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关键词:水利水电工程;环境影响;保护措施
1引言
近年来,随着我国经济的不断发展和社会的不断进步,我国社会在发展建设过程中不断兴修了很多水利水电工程。水利水电工程可以调节水资源,使其得到合理运用,还能对自然出现的灾害进行抵抗,比如防洪抗旱等。目前,随着水利水电工程建设投入的不断增加,它们对我国自然和人文环境的影响也随着时间流逝变得越来越严重,对我国社会稳定的影响也日益凸显。为此,文章专门针对水利水电工程建设出现的问题提出了对策,以此来改变我国水利水电工程建设混乱、对环境影响大的问题。
1.1水利水电工程建设对于人类的意义
兴修水利水电工程对我国的农业灌溉、航运和水利发电都有很大的作用。我国兴修水利水电工程已经有多年的历史,古人建设的水电水利工程能够把自然界的分散河流聚集到一起,充分利用自然的力量来给人类造福。近年来,已经为我国社会带来了巨大的经济效益,已经成为了我国社会发展的重要推动力。1.2水利水电工程的生态保护案例分析水电水利工程的建设对我国社会发展来说具有极其重要的意义,我们在庆幸这个工程为我们带来巨大效益的的同时也要注意到它们给我们的人文环境和自然环境所带来的危害。美国的格兰峡大坝的生态环境保护就是一个很成功的案例;通过对格兰峡大坝进行长达一年时间生态、环境监测,对大坝建立了生态环境监测系统,利用这个系统能够及时发现污染源,然后采取手段对其进行整改
2水利水电工程建设对自然环境的影响
2.1对水文和水体的影响
兴修水利水电工程,首当其冲受到影响的就是当地的水文和水体。天然河流的水文环境在没有外力的影响下,会持续保持自己的流速和航道大小,但是经过人工的改造之后,上下游的流量过程会被改变,在下游的鱼类和水体植物均会受到影响;在水体方面,水库的蓄水功能会让天然活水进入其中并且保持不动,在这种情况下,水体将会发生质的改变,届时,水质或将会因为水温升高、水压增大等原因变成一个轻微污染源。
2.2对气候和土壤环境的影响
在进行水利水电工程建设时,大气环流的平衡有可能会因为水道改变等原因失调。在土壤方面,水体的冲刷会使得土壤失去原来的肥沃,加之水体的覆盖,土壤也不能维持原来的平衡状态,使得居住在土壤的生物和生长的植物失去生命力。
2.3对泥沙淤积和生物物种的影响
水利水电工程建设势必会造成水道泥沙的淤积。因为工程建设要保持水质和保证水的清澈度,这样就要对水里的泥沙进行拦截,但是如果使用的方法不当,有可能造成上游水环境污染,泥沙将会大量淤积,水的澄清度也会随之下降
3生态保护措施对策及建议
3.1增强生态环境保护意识
在水利水电工程的建设过程中,负责人要始终保持着强烈的生态环境保护措施,以此来监督工程人员在建设过程中对自然环境负责。国家政府要对兴修水利水电的周边人群灌输保护生态环境的重要性,增强大家生态环境保护意识。只有人人对环境保护做出行动,我们的生态环境才不会恶化,人类的生存环境才能得到保障。
3.2完善环境评价体系
环境的评价体系对环境检测、加强后续环境影响评价有着重要作用。基于此,在兴修水利水电之前,要加强完善好环境评价体系,让相关的法律、法规未水利水电的兴修保驾护航。也能够对生态环境的保护增加砝码。
3.3建立生态补偿机制
在水利水电的管理机制方面,我国政府应当建立一个完整的监督管理机构。在工程建设的过程中,全程加强对水库的管理。秉承着“谁损害,谁赔偿”的管理制度,要求人人对自身和他人做好监督,防治损害生态环境的事情发生;如果有发生,也应当按照具体情况对生态环境进行恢复和经济赔偿。
4结论
水利水电工程建设意义重大,乃是推动我国经济发展的一大功臣。但我们要时刻谨记,保护生态环境才是我们的最终目的;地球只有一个,家园也只有一个,我们要生存,就要保护好我们的地球和家园,保护好生态环境。
参考文献:
[1]邹淑珍,吴志强,胡茂林,刘彬彬.水利枢纽对河流生态系统的影响[J].安徽农业科学,2010(22):33~35.
关键词 雨水利用;低影响开发;径流量
中图分类号TV5 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)114-0122-03
0 引言
水是一个国家的灵魂,通过蒸发、输送、凝结、下渗和地下径流等环节,在水体之间不断的循环着。其中,在区域的水循环和城市的水循环中,雨水循环占着重要的作用,对于生态环境的改善以及调节水区资源起着重要的作用。当前,我国的城市化发展非常迅速,城市的建设方面取得了巨大的成就,随着城市的经济快速发展,规模不断扩大,城市人口密度加大,越来越多的农田和绿地被建筑物所取代,土地的利用形式发生变化,使得城市的生态环境也随之改变,从而在雨水方面也不可避免的出现了一些或大或小的问题,主要有:地表径流量的增大,洪涝灾害变得越发频繁;雨水面源污染严重,河流水质逐渐恶化;此外随着地表径流下渗减少,地下水资源难以得到补充等等。所以,降低洪涝灾害的发生率,减少城市污染,这些问题变得越来越紧迫。
1 国内外雨洪控制的进展
1.1 源头性控制
近年来,由于洪涝灾害的不断加大,各个国家对于雨洪的研究也越来越深入,雨洪管理体系变得越来越完善,很多国家实施了从源头进行控制的措施。其中,低影响开发的措施在美国最受关注。从上个世纪开始,低影响开发的理念就由美国提出,首先通过分散的源头控制,逐渐发展为控制城市暴雨所产生的径流以及污染,从而使得开发前后的水状态趋于缓和。
低影响开发的主要思想就是在城市的开发建设之中,运用各种手段来减轻对于环境的破坏,恢复自然生态环境。所以,为了净化水环境,许多国内外的专家对于低影响开发进行了研究,并且还建立了应用基地。他们关注解决雨洪问题的方法,介绍应用低影响开发的原则,最后表明低影响开发的技术在解决城市雨洪问题上的潜力巨大。
随着“绿色城市”口号的提出,低影响开发的模式得到了越来越重要的应用,我国在借鉴国外的先进经验的基础之上,建立了很多重要的项目,从而促进了城市水资源的循环利用,使得城市的经济、环境得到了可持续的发展。
1.2 中途控制
当今时代,城市化的发展越来越快,使得城市的合流管道的溢流问题以及城市的雨水问题变得越来越严重。合流管道污染问题已经成为城市改善水环境的制约因素。为了改善水质、减少雨水污染物,国外对于排水系统进行了研究,主要是在溢流建筑物中加入各种悬浮固体,从而能够有效地减少固体污染物的排放量。另外,建设相应的储蓄池也能够控制雨洪量。为了解决雨水对河流的冲击污染,我国上海市建立了相应的雨水储蓄池,有效地缓解了水量的压力和水质的污染。除此之外,对于现有的排水系统进行改造,进行分流制,也能够控制水的排放量。德国就利用此方法进行控流,实现了对雨洪的管理。
1.3 末端控制
雨洪的末端控制方法主要是由河道的集中存储技术、人工湿地技术组成。在河道的末端,经过储蓄池的的调储之后,可以利用沉淀的方法对其进行处理,达到标准之后进行排放。其中,利用人工湿地处理污染的水体进行是个很好的方法,一方面能够减少污染,使得河道的水质改善,另一方面还可以改善生态环境,人与自然得到应用的统一。很多国家对于人工湿地技术进行了研究,并将要作为末端控制技术进行实施。我国昆明市在河道的出口处建立了人工湿地,对其污水进行控制,处理效果很稳定,使得污水排放量明显减少。
1.4 非工程性控制
非工程性控制主要是指利用政策、法令、工程以外的非技术手段与经济方式来加强雨洪控制。它主要由城市的雨洪管理方式、城市的规划控制以及法律法规的教育、宣传等组成。
城市的雨洪管理方式:因为我国对于雨洪的管理方式研究起步比较晚,发展相对比较落后,所以为了解决水资源的短缺、城市的内涝问题,应该充分利用国外的先进经验,建设以“环境、安全”为目标的管理体系。由于完善城市雨洪的管理体系,涉及到很多应用领域,需要多个部门、多专业的积极协作。不管是发达国家还是我国的水资源问题都已表明,创建合理的管理体系已经是迫在眉睫。
城市的规划控制:城市的规划是否合理,不仅影响到城市的雨水收集问题,还对缓解城市的水涝灾害、改善生态文明、补充地下的水资源有深远的影响。现今,我国某些地区以环境、经济、社会为起点,开展了对雨水的重复利用研究,充分利用发达国家的经验,探索出了适合我国国情的相应规划,开发商已经在项目的建设中开始实施控制雨洪的工程。
法律法规的教育、宣传方式:上世纪的90年代,美国制定了污染物的排放削减制度,并且对于暴雨的排放量权限进行了控制。另外,德国也规定了相关法律:对于污染严重的降雨需要经过处理达到标准以后才能排放。除此之外,其他国家也采取了很多的经济手段,来激励人们实施新的处理方法。从2004年开始,我国也颁布了很多与雨水的利用有关的法规,政府开始鼓励人们建设收集雨水的设施,还确定了雨水利用的标准。对于教育宣传方面,政府制定了相关的宣传手册、环保购物装置,向大家免费发放。此外,还建立了环境教育基地,并且通过报纸、电视台、网站等媒介,宣传了环保工作的动态。
2 我国城市雨洪径流的特性分析
2.1 地表径流的水量
城市雨洪具有双刃性,它是一种资源,也是一种灾害。在城市化的过程中,不透水的地表面积越来越大,从而使得洪峰流量增高,汇流时间变短。并且,近年来随着气候变化的多样性,使得暴雨的发生越来越频繁,增加了城市洪涝的风险。根据研究表明,北京市中心的径流总量、径流系数都比郊外平原区要高,由此可见,城市化越来越高的地区,承受洪涝灾害的能力越差。所以,应该充分利用雨水这部分资源,淡水资源短缺的现状就会有所改变。
2.2 地表径流的污染物
要想使城市的污染问题得到很好地控制,必须提高城市水体的质量,全面了解污染物的种类以及来源,这样有利于制定有效的污染控制措施,从而提高处理污水的效率。常见的污染物主要有:重金属、有机碳类物质、悬浮颗粒等。
2.2.1 重金属
重金属是雨水流中的主要污染物之一,并且还具有很大的毒性。但是在雨水的冲击作用下,它很难降解,并会长时间的存在于水体的环境中,所以,雨水中的重金属很受关注。一般情况下,重金属的主要来源是建筑施工、大气的沉降以及城市交通行为。重金属浓度的大小与颗粒物的大小有关,根据研究结果表明,绝大多数的重金属的颗粒物大小集中在小粒径上,因此,重金属污染的问题要想得到解决必须除去小的颗粒物。另外,季节、地理条件以及温度都是水中重金属转化的主要因素。
2.2.2 有机碳类物质
在城市的水体中,有机碳类化合物的分解就会消耗水中的溶解氧,使得水体发臭发黑,以至于影响水体景观。另外,有机碳的溶解会对水体环境造成很大的危害,它会使得多环芳烃与重金属之间的分布受到影响,从而影响了颗粒物对于重金属与烃类物质吸附作用,就会使得暴雨对重金属和烃类物质的转运。
有机碳类物质最容易吸附在小颗粒的物质上,经研究发现,有机物大多数存在于小颗粒物质的表面,并且当有机物吸附在上面的时候就会增强重金属与疏水有机物结合的能力。虽然这个过程会促进重金属的去除,但是因为有机物质容易被降解,就会使得颗粒物质吸附的污染物重新变为溶解态。
2.2.3 悬浮颗粒
在城市的降雨径流中,污染物悬浮颗粒的大小变化很大,主要由交通行为、建筑施工、尾气排放、路面冲刷、工业生产以及土壤侵蚀等造成。悬浮颗粒影响着水体环境污染物的分解以及转移。它所携带的无机物以及有机物会随着雨水冲刷进入到水体环境之中,并且多数的污染物不但可以是颗粒状的形式吸收有机物,而且还可以是颗粒态形式附于沉积物之中。所以,悬浮物以及携带的所有污染物都可以通过沉淀去除。
对于不同的降雨量,地表径流所携带颗粒物的粒度分布不仅与水力条件有关,还与干旱的天数有着密切的关系。
3 降雨径流的污染特征分析
降雨径流的污染主要受降雨事件与地面颗粒物的影响,在此主要讨论了径流初期的雨水冲刷以及输送规律。
3.1 降雨事件分析
1)降雨量
降雨量的大小不但受到地区的影响,而且还与季节有着明显的关系。对于我国南部地区,属于亚热带气候,降雨量丰富,并且干湿分明。平均每年的降雨量很大,年际之间的雨量变化也很大,全年大部分的降雨量出现在汛期,只有很少一部分位于后汛期。而且,这个时期的平均降雨量很大,主要是由于在这段时间内热带低气压、热带气旋等气候的出现较为频繁。每一年中各个月份的雨水量变化呈现单雨峰趋势。
2)降雨天数
我国南方的平均降雨天数为145天,其中最多的年份是185天,最少的也有108天。跟降雨量相同,降雨的天数主要是集中在汛期,其中,小雨占得天数较多,中雨、大雨的天数相对较少。
3)降雨强度
降雨的强度主要是指单位时间的降雨量。对于不同类型的降雨强度会对污染物的冲刷有不同的特点。对于降雨强度出现最大的时间不同,可以将降雨事件大致分为三种。
降雨前期类型:降雨强度出现最大值的时候出现在降雨前期,并且随着降雨时间的延长而变得越来越低。中期降雨类型:降雨强度的最大值出现在降雨事件中间时段,并且随着降雨时间的增长而逐渐降低,出现“两头较小,中间较大”的分布形态。末期降雨类型:降雨强度的最大值出现在降雨事件末端,其中,中前期降雨强度的增长较小。
3.2 径流初期的雨水冲刷
一般情况下,初期的降雨量中污染物的含量与后期相比较高,我们把这种现象称作初期冲刷效应。在初期的冲刷中,很多污染物进入水体中,这是水体环境退化的主要原因。经研究表明,降雨开始的初期,雨水的冲刷会是得降雨所携带的大量污染物浓度出现最高,但是,在同一个降雨事件之中不同的污染物或者是不同的降雨事件的同一个污染物经过初期的雨水冲刷而产生的浓度峰值是不同的。在一般的情况下,能够影响冲刷效应的因素有很多种,比如降雨强度、汇水面积、前期的干旱天数、不渗透面积的比以及清扫的频率等等。
对于我国降雨径流的污染特征分析之后,可以发现沉积物中的大多数颗粒物质的粒径比较小,并且具有较强的吸附能力。因此,除去小颗粒物质是减少污染的主要途径之一。此外,污染物的浓度与降雨的时间也有关系,在降雨的过程中,初期的污染物浓度较高,随着降雨时间的延长,污染物的浓度逐渐降低并且在后期趋于稳定。初始冲刷强度不但与土地的类型有关,而且与前期的干旱天数、降雨的强度等因素有关。
4 低影响开发的试验研究
由于初期降雨的冲刷使得污染较为严重,污染物的浓度很高,需要进行处理。在此,主要利用下凹绿地、人工湿地、透水砖以及新型雨水口,这四种低影响开发的技术进行相关的研究。
4.1 下凹绿地
环境影响后评价指标体系
水利水电工程在进行建设的过程当中因其自身的特点不可避免的会对周边水环境、土壤环境以及生态环境造成较大的影响,严重时甚至可能对其造成难以挽回的损失和伤害,正是因为这样,我们在进行水利水电工程建设时就必须采取必要的措施来对其进行良好的控制。水利水电工程建设对水环境的影响主要表现在水温、水文、地下水水位以及下游河道的淤积变化状况上,对土壤环境的影响主要表现在土壤的酸碱性变化、土壤含水量以及土壤化学性质上,对生态环境的影响则主要表现在水生生物、水土流失、气候、地质以及自然景观之上。在本文当中,我们针对于水利水电工程所建立起来的环境影响后评价指标体系如上图所示。
模糊物元综合评价方法及其模型的建立
物元分析方法实际上是一门新兴的科学分析方法,在我们国家最初是由著名学者蔡文提出来的。在物元分析方法当中,最为核心的思想就是采用“事物、特征、量值”这样三个要素来对各项具体的事物进行描述和说明,并由这样三个要素来组成有序三元组基本元,也就是我们在这里所说的物元。从这样一种分析就可以看到,物元分析实际上强调的是对物元以及物元变化规律的研究,这样一种研究与探索显著的优势和特点就能够较好的解决现实生活当中的不相容问题。在这其中,如果物元量值本身据具有模糊性的话,就会相应的构成模糊不相容问题。通过上文当中的基本定义我们就可以看到,我们所说的模糊物元分析法实际上就是将模糊数学与物元分析进行有机的结合,通过这两者之间的交叉渗透来对事物特征所对应量值具有的影响因素和模糊性进行综合性分析,最终得到解决模糊不相容问题的有效方法。而具体到水利水电工程,我们在上文当中已经进行了说明,即其定性指标较多,使得对其所进行的环境影响综合后评价往往具有较大的模糊性和主观性,也正是因为这样,我们认为采用模糊物元综合评价方法来对其进行研究将得到更加有效的结果。
水利水电工程环境影响综合后评价方法研究
1建立评价事物的模糊复合物元
我们在水利水电工程建设过程当中希望采用模糊物元法来对其环境影响进行综合后评价,首先需要做的就是建立起评价事物的模糊复合物元来,具体来说,就是在对水利水电工程环境影响进行后评价的过程当中,通过量化的分析来对其进行直观的总结与评价,然后将项目可能对环境产生的影响划分为具体的等级,且注意在进行等级的划分时考虑一些主要的因素即可。在本文当中,我们对环境影响程度给出以下五级,谨供参考:一级对周围环境有较大的负面影响,二级对周围环境有较小的负面影响,三级对周围环境基本上没有负面影响,四级对周围环境有较小的负面影响,五级对周围环境有较大的负面影响。在实际操作的过程当中,需要在水利水电工程建成以后进一步采取措施,旨在保证水利水电工程在建成以后对上述三个方面的指标无过大影响。值得注意的是,我们在上文当中所给出的指标既包括定性的,也包括定量的,对于不同性质的指标在工程实际当中的处理措施也有一定程度的区别,其中定性指标的取值往往需要通过相关方面的专家来对其进行确定,而定量指标的取值则需首先利用实际测得的数据进行处理和计算得到单因子评价结果,然后再由相关方面的专家来对其进行确定。
2建立评价指标的权重复合物元
在这其中首先需要将不同的影响因素按照其影响程度划分为主、次因素的权重复合物元,然后依次采用不同的等级值来代表不同主要因素的实际权重值,在这样一种规则下权重就可以采用模糊层次分析法来对不同影响因素对环境的影响程度进行计算。在实际的水利水电工程环境影响评价过程当中的模糊复合物元,还需要进一步确定出其各个评价指标量值的相对隶属度,这样做的目的是希望不同的评价指标之间能够更为合理的构成降半梯。最后说明的一点就是水利水电建设项目当中的环境影响评价相关隶属度较为分散,因此在实际计算过程当中还需要对其进行加权处理。
[关键词]深层搅拌桩 加筋垫层 数值分析 水平位移 变形特性
[中图分类号]TU472.3+6 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-7-462-2
1引言
水泥土深层搅拌桩(DMP桩)联合加筋垫层法是一种有效的软土地基处理方法,该法用来解决许多软土地基上的路基工程,如减小软土地基中水平位移及实现路堤的快速填筑[1]。该法应用中,不同筋材的抗拉刚度及砂垫层与筋材之间的摩擦特性均对水平位移的发展有很大的影响。垫层与筋材之间的协调作用与变形机理是较为复杂的问题,目前尚无统一认识。本文采用数值分析方法,可直观的反应砂垫层与土工格栅协调工作及软土地基的变形特性,分析了筋材抗拉刚度、筋土界面摩擦刚度及砂垫层厚度对软土地基水平向变形特性的影响,从而为工程设计做一定的指导。
2数值分析模型
2.1DMP桩的平面应变等效
假设沿纵向水平位移忽略不计,数值分析可采用平面应变计算模型。桩体采用正方形布置,为空间问题。为简化计算,可采用等效桩墙法[2~4],将空间问题转化为平面应变问题来考虑。本文采用置换率等效方法,按照公式(1)对DMP桩弹性模量进行等效计算。
式中,Ee 为DMP桩墙的弹性模量, Es为桩长范围内各层土弹性模量的加权平均值,A为桩截面面积,D为桩径,l为桩中心距。DMP桩桩体强度fcu采用400kPa,根据规范[5],Ep=(100~200)fcu,取中间值,即弹性模量Ep为60MPa。
2.2材料计算模型及参数选取
建立2D平面应变有限元模型,桩及土单元均采用6节点三角形单元,材料模型采用Mohr-Coulomb弹塑性模型,土体采用的计算参数见表1。土工格栅采用只受拉应力。桩体采用线弹性模型。
2.3数值分析计算模型
采用对称建模:路基宽8m,坡度1:1.5,地基土宽度50m,深度38m。中心线及右边水平向约束,底部全约束。通过激活与杀死单元,控制计算载荷步来控制堆高来模拟分步施工。水泥土搅拌桩(DMP)桩长18m。分析采用桩径500mm,桩间距2.0m,砂垫层厚度600mm。根据公式(1)及表(1)中各层地基土的弹性模量,计算得到桩墙的等效弹性模量Ee为60MPa。有限元网格划分见图1。路堤土分6层填筑,填土历时曲线见图2。
3计算结果分析
3.1土工格栅抗拉刚度
取一层筋材进行计算,布置在垫层中间。界面摩擦刚度选择为1.0。抗拉刚度为4000、2000、1000、500、30 kN/m,不考虑筋材拉断。路堤坡脚地表A点距离坡脚分别为1.3m。图3为不同土工格栅抗拉刚度对A出地基剖面上水平位移影响的对比图。
由图3可见,随着土工格栅抗拉刚度EA值的4000kN/m减小到30kN/m,A点地表以下至7.5m深度范围内水平位移将增大,增大的幅度约10%。深度7.5m以下,侧向位移几乎不受抗拉刚度变化的影响。可见,在堆高8m时,土工格栅抗拉刚度仅对浅层地基土的侧向位移有减小作用。土工格栅抗拉刚度超过2000kN/m后,其对于减小浅层水平位移的作用提高不大。
3.2摩擦刚度
土工格栅与砂垫层之间的摩擦刚度,指的是垫层与土工格栅之间的摩擦力与砂垫层强度的比值,即将砂垫层的强度进行一定的折减,作为界面的强度。当摩擦力超过此强度后,界面断开。界面摩擦刚度R按照0.6~1.0考虑。取两层筋材进行计算,均匀布置在垫层中间。抗拉强度选择60kN/m。路基堆高为6m时的摩擦刚度的对坡脚水平位移的影响见图4。
由图4可见,当堆高为6m时,土工格栅与砂垫层之间的界面刚度为1.0、0.8、0.7和0.6,对水平位移的影响很小。其主要影响范围为深度7.8m以上,即为堆载体平均宽度的0.35倍左右。
图5为界面摩擦刚度与堆高的关系。由图可见,随着摩擦刚度的增大,堆高是增大的,并且增大逐渐趋缓。
3.3砂垫层厚度
取两层筋材进行计算,均匀布置在垫层中间。抗拉强度选择30kN/m,摩擦刚度选择为0.8。砂垫层厚度对侧向位移的影响见图6。由图6可以看出,垫层厚度从400mm增大到600mm,坡脚处A点最大水平位移Sx递减趋势较明显,当厚度超过700mm,厚度h再增大,水平位移Sx减小趋势减小。可见,砂垫层厚度不宜过小,过小厚度不利于减小侧向位移,过大对减小侧移作用也不大。考虑到砂垫层与筋材的摩擦及砂垫层的应力扩散作用,取400~700mm是较为合适的。
4结论及建议
通过以上研究,对于水泥土搅拌桩联合加筋垫层处理的软土地基,加筋垫层对于路堤坡脚水平位移的影响,得到了以下结论:
(1)土工格栅抗拉刚度变化对软土地基水平位移的影响主要集中在地基浅部,约为堆载体平均宽度0.2倍范围内。抗拉刚度从4000kN/m降到30kN/m,浅部侧向位移约增大10%。
(2)砂垫层与土工格栅间的界面摩擦刚度选择0.8~1.0进行数值分析,对坡脚水平位移影响不大,但随着摩擦刚度的降低,会导致极限堆高的减小。
(3)土工格栅与砂垫层之间的界面摩擦刚度对坡脚水平位移的影响同样集中在浅部,且对侧向位移的影响很小。
(4)砂垫层厚度对于减小侧向位移有一定的作用。当砂垫层厚度超过某个值后,减小侧向位移的作用有限。加筋垫层的合理厚度在400~700mm之间。
参考文献
[1]胡立科. 桩承加筋土复合地基性状试验研究与有限元分析. 浙江大学,2008.
[2]陈福全、杨敏. 地面堆载作用下临近桩基性状的数值分析[J].岩土工程学报,2005,27(11):1286~1290.
[3] Chai Jin-chun,Shen Shui-long. Simple method of modeling PVD-improved subsoil[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2001,127(11):965~972.
[4] 叶观宝,廖星樾,高彦斌等. 长板-短桩工法处理高速公路软土地基的数值分析[J].岩土工程学报,2008,30(2):232~236.
【关键词】跨江大桥;行洪;物理模拟;流向
1、工程概况
在大江大河上修建码头、桥梁、船厂等涉水建筑物时,需考虑其修建对行洪的影响。按照国家相关法律法规要求,修建涉水建筑物需要进行相应的防洪影响评价[1-2]。长江,不仅是我国经济发展的黄金水道,也是我国南方重要的泄洪通道,因此在长江上修建涉水建筑物需要进行严格的防洪影响评价[3]。
某拟建码头位置位于长江南岸的华容县东山一带,该处水深优良,河势稳定。距调关镇约40km,距华容县约40km,距岳阳市约70km。码头结构采用斜坡式,由趸船、活动钢栈桥和架空栈桥组成。钢质趸船尺度65×11m;钢栈桥采用钢桁架结构,主尺度30×4.5×3.5m(长×宽×高)。架空栈桥由斜坡段和水平段组成。架空斜坡道坡顶高程37.4m,坡底高程25.07m,斜坡道水平投影长111.67m,宽7.6m,坡比1:9。水平段长84.63m,宽7.6m。斜坡道上设置钢带作为钢栈桥滑移轨道。钢栈桥平面尺度为30×4.5m(长×宽)。架空栈桥排架间距20.0m,每个排架布置2根φ800钻孔灌注桩,上部结构从上而下依次为100mm砼面层、1200mm“T”梁、横梁和墩台。
由于拟建码头工程部分建筑物位于河道内,将占用一定的行洪断面面积,可能对河道行洪和堤防运行管理等产生影响。根据有关法律、法规的规定,需对河道管理范围内的项目建设进行防洪影响评价。本文以该拟建某码头为例,对长江上典型涉水建筑物的防洪影响评价进行了详述。
2、河床演变分析
2.1工程河段近期河床演变分析
拟建码头附近局部河段主流走乌龟洲右汊,并贴乌龟洲右缘中下部流出后沿河道左岸下行。分析2002年—2007年深泓线平面位置可知,2002年—2007年河段深泓线平面摆幅较小,最大摆幅不超过250m。拟建码头位于右岸,本次套绘了1980~2008年共9个测次的25m,套绘结果表明工程河段25m岸线平面变化较小,摆幅均在60m以内。
2.2工程河段演变趋势预估
三峡工程蓄水后2003年7月~2006年10月,姚圻脑—陈家马口河段总体有所冲刷,河床累积冲刷量约为1490万m3,其中乌龟洲头部和右缘略有冲刷,左缘略有淤积。2002年~2006年,乌龟洲洲体形态比较稳定,平面位置向左略有所移动,洲尾右缘最大左移约300m。三峡建坝后本河段河床将冲刷粗化,但两岸边界条件仍与三峡建坝前基本相同。预计本河段经过未来几年护岸工程的加固和新护,总体河势将更为稳定。
3、防洪评价计算
3.1数学模型及其验证
采用水深平均二维模型来描述河道水流运动,其直角坐标系下的控制方程为[4]:
(1)水流连续方程
(2)水流运动方程
式中:z为水位;h为水深;u,v分别为水深平均流速在x,y方向的分量;g为重力加速度;n为糙率系数;νT为水深平均涡粘系数。
对于计算边界,上游边界给定流量,下游边界给定水位,对于岸边界则采用水流无滑移条件。
选取工程附近长约26km的河段作为二维数学模型的计算区域,采用正交曲线网格对计算区域进行剖分,并在工程位置附近进行了网格加密。具体计算方法见文献[5]。
采用计算河段2008年4月的实测水文地形资料进行验证计算。经验证计算表明,实测水位与计算水位以及实测流速与计算流速的误差均较小,水位、流速的模拟值与实测值的差值符合相关规范要求。可见,本文所采用的平面二维数学模型能较好地模拟本河段的水流运动特性。
3.2计算工况与计算结果
本报告对防洪设计洪水、98洪水和平滩流量三种条件下工程修建前后河道水位和流速的变化进行了分析计算。参考相关规划,本报告以54洪水作为防洪设计洪水。
通过对三种工况进行计算可知:(1)在98洪水条件下,工程实施后水位的变化值及变化范围最大;在防洪设计洪水条件下,水位壅高最大值为0.5cm,水位降低最大值为0.6cm,水位变化值大于0.1cm的最大影响范围位于码头栈桥上游约120m和码头栈桥下游约140m的区域内。(2)在98洪水条件下,工程实施后流速的变化值及变化范围最大。在防洪设计洪水条件下,工程附近局部区域水流流速增加的最大值为0.01m/s,码头上、下游流速减小的最大值为0.07m/s,流速减小在0.01m/s的影响范围位于码头栈桥上游约140m及码头栈桥下游约170m的范围内。(3)三种工况下,工程建设前后工程附近局部流场均变化不大,趸船布置方向与水流方向基本一致。
4、防洪综合评价
4.1工程建设对河势稳定影响分析
拟建工程河段河势主要受上游来水来沙、地形地质等边界条件控制,受护岸工程影响,工程所在河道右岸基本稳定,滩槽冲淤变化较小,河床形态以及河道平面位置相对稳定。
根据数模计算结果,工程兴建后,码头上下游局部水域水位和流速略有变化,码头对计算河段的河道水位、流速影响值和影响范围均较小。拟建码头的兴建不会明显改变工程河段的流态,对河床及岸坡不会造成大的冲淤变化,对河势影响不大。
4.2工程建设对河道行洪的影响分析
数模计算结果表明,工程兴建后,对河道洪水位的影响不大,水位的变化主要集中于拟建工程附近局部区域内,表现为拟建工程上游水位壅高,下游水位降低。
工程建设引起的局部水位最大壅高0.5cm,水位壅高值相对于该河段水位的自然变幅较小;从壅水范围来看,水位壅高0.1cm的区域仅局限在码头栈桥上游120m范围内。工程对流场的影响也仅限于工程附近局部区域。在防洪设计洪水条件下,工程实施后流速增加最大值为0.01m/s,流速减小最大值为0.07m/s;工程河段流态没有明显变化,主流位置稳定。工程的修建对河道水位流场影响不大,不会对河道行洪带来明显不利影响。
4.3工程建设对防汛抢险的影响分析
防洪大堤不仅防御洪水,而且是防汛期间防汛指挥和运送防汛物资的交通要道。拟建码头为浮式结构,码头栈桥与堤顶平顺相交,进出码头均通过堤顶公路。因码头非货运码头,极少用到堤顶公路,可以保证汛期防汛车辆的畅通。可见,码头建成后对汛期防汛抢险影响甚微。
5、结论与建议
5.1结论
本文以长江上拟建某码头为例,对其进行了防洪影响评价分析,主要认识如下:
(1)本文对拟建工程所在的河段进行了河床演变分析,分析表明,受河势控制工程的作用,近年来拟建工程附近河段河势总体上变化不大,工程所在右岸岸线摆动微弱,深泓摆幅有所减小,基本具备兴建拟建工程的河势条件。
(2)采用平面二维水流数学模型进行了拟建工程河段的模拟计算;计算成果及河床演变的综合分析表明,拟建工程的修建不会对该河段的行洪和河势条件产生明显不利影响。
(3)综合分析认为拟建工程的修建对河道行洪安全影响小,不会导致现有河势发生大的变化,不会影响防汛抢险工作。
5.2建议
(1)工程开工前,建设单位应落实施工期安全度汛预案。工程建设过程中,应妥善维护好堤防、护岸等防洪工程设施,确保防洪安全。
(2)拟建工程完成后,应注意监测工程附近水流结构及河床变化情况,了解其变化情况,以便及时采取有效措施加以防范。
参考文献
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