南水北调中线工程泥沙问题

南水北调中线 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 泥沙问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究 作者:何鹏专业:林学院水土保持和荒漠化防治班级:201301 学号:20131488 指导老师:郝建锋 摘要:随着南水北调工程的开展,越来越多的问题也随之出现,泥沙问题也变得显著。在南水北调中线工程跨越当地河流的交叉建筑物设计中,对河流泥沙及河床变形问题进行物理模型、数学模型的研究,并对泥沙问题进行处理。 关键词:中线工程;泥沙;泥沙处理及利用 南水北调通往北京的水已经开通,但是在这中间却处理了很多问题,泥沙问题就是一个典型,在对这途中的泥沙处理,植被防止侵蚀产沙。本文通过对泥沙来源和河床泥沙流失的研究,并归纳泥沙处理的方法,来研究南水北调中线工程中存在的泥沙问题。 1 南水北调中线概况及泥沙来源 南水北凋中线工程从长江最大支流汉江的丹江口水库引水,渠线经伏牛山垅岗与平原过渡地带北行170km,越过汉江、淮河分水岭-方城垭口,进入淮河流域。北行300km于郑州西穿越黄河。穿黄后进人海河流域,线路基本沿太行山东麓与京广铁路西侧北上,穿漳河进入河北省,穿北拒马河中支进入北京市,至终点玉渊潭,全长1246km,其中黄河以南462km,黄河以北774km。供水范围主要包括北京、天津、河北、河南和湖北五省市。南水北调中线工程将给京、津、华北地区城市提供优质水源,有效改善用水和生态条件,提高生活质量,为工业发展增加新的活力。同时北方地区还可部分还原被挤占的农业用水量,改善农业生产条件。 南水北调中线工程河北省段总长461kin,总干渠与大型河道交叉建筑物52座,其中渡槽17座,渠道倒虹吸21座,暗涵2座,河道穿总干渠建筑物12座。南水北调总干渠与当地诸多大型河道的交叉建筑物的设计中,对河道河床可能存在的冲刷、淤积及主河槽摆动等变形要素提出要求,为此对河床泥沙及演变规律研究成为南水北调中线工程设计中的一个重要课题。 从泥沙来源的地类来看,坡耕地、裸地是侵蚀泥沙的主要来源地.林地和草地均具有较强的水土保持功能[1]。 2 泥沙的组成和流失情况 (1)降雨过程造成的水土流失也对田间 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 土养分含量产生一定的影响。植被相对稀少,施肥时间相对较短的西瓜地养分流失的幅度明显高于油菜地,并且水解氮与速效磷含量降低的 非常明显,全磷含量在降雨前后,田间表土没有明显减少[2]。在降雨产生最大径流后,流失泥沙细小颗粒会相对逐渐减少,粗大颗粒相对增加;而整个径流过程中,流失泥沙所含养分含量是逐渐降低的,其中水解氮与速效磷含量降低幅度很小,明显小于氮、磷的全量的降低幅度[2]。降雨是导致水土流失的原动力,降雨量、降雨强度、降雨类型及降雨历时等降雨特征与土壤侵蚀密切相关。大量研究表明,降雨强度越大,历时越长,雨量越大,对下垫面提供的侵蚀动能越大,对土壤的侵蚀能力越强[3]。使得泥沙问题逐年严峻,泥沙进行不断地迁移,并且潮流也是河口泥沙迁移扩散的原因之一[4]。 (2)水土流失导致土壤中大量细小颗粒与养分流失,其中流失泥沙携带的养分含量与细小颗粒含量呈明显的正相关,而大量细小颗粒与养分随径流流失导致田间表土在降雨径流后呈现土壤粗骨化与养分降低的趋势[2]。 (5)流失泥沙具有富集粘粒和富集养分的特性。油菜地与西瓜地粘粒的富集率都达到1.2,全氮与有效磷的富集率都在1.3以上,全磷和水解氮富集率基本处在1.1~1.3之间[2]。 (6)当试验条件确实存在困难或宏观研究对数据精度要求不高时,特别是生产建设项目水土保持监测,称重法和比重计法具有较好的适用性,且称重法较比重计法适用性更好。另外,泥沙密度取值不同对测算结果影响较小,一般可取2.7g/cm3[5]。 (7)随着林地覆盖率的增加,径流泥沙都有了不同程度的减少,而且泥沙量减少的幅度大于径流量。这说明植被增多、耕地减少的土地利用变化对流域产流产沙量的减小影响显著,进而反映了退耕还林、植树造林等水保措施对保护水土流失是有效的[6]。 3 天然河床的不稳定性 天然河床在行洪期间极不稳定的,其河床的变化主要受到洪水流速的影响,而洪水流速又受河流形状、糙率、行洪流量及紊流状态的综合影响. 天然河道总体上为上游比降大、下游比降小,因此定性而言河道中下游在自然状态下一般以河床淤积为主.但在一场大洪水行洪过程中,随着涨水段流速不断加大和退水段流速逐渐减小,河床必然存在一个由淤积到冲刷,再由冲刷到淤积的变化过程. 天然河床的不稳定性不仅仅表现为主河槽的冲淤变化,而且对塑造河道形状起到反作用。凸岸河床不断淤积,凹岸河床不断冲刷,河床演变规律总是造就天然河道的形状蜿蜒曲折。 为了保护广大平原地区的生命财产安全,新中国成立后,一方面在上游大型河流的出山口处修建了大量控制性工程,在一定程度上消减了洪峰流量,降低了洪水的危害性;另一方面,在河道中下游修建了河道堤防工程,对于疏导洪水起到重要作用。既使如此,在中下游河道总是不断出现险工,在河道还未达到设计行洪水位时,局部堤段常出现各种各样问题。 4 跨河工程与河床稳定性的相互影响 4.1 跨河工程对河床稳定性影响 南水北调中线工程跨越大型河流的方式主要有倒虹吸、渡槽、暗渠等型式,少量采取当地河流倒虹吸的型式。无论采取哪一种跨河建筑型式,节省投资角度考虑总是尽可能地压缩交叉建筑物的长度,从而直接缩窄了河道行洪断面,相应改变了该河段的水流状态,河床的不稳定性具有加剧的影响。倒虹吸工程主要从河道两岸压缩行洪断面,当天然行洪滩地较为开阔时对河道行洪水位的影响是很有限的,但对河道水流状态的影响却不可忽视。在占据行洪滩地的工程上、下侧都将形成局部旋涡水区,主河槽部分流速加大并在交叉工程下游呈扩散水流形式。渡槽工程除具有倒虹吸工程对河床稳定性影响特点外,槽墩的布设更加剧了影响程度。受槽墩影响,交叉断面水流的紊流状态更为显著,对局部河床的影响更具有不均匀性和不确定性。在某些情况下,行洪期间的水流飘浮物还会堵塞槽孔,完全改变正常行洪条件。渠工程与倒虹吸工程相类似,但由于受水位限制,埋设深度一般较浅,河道两侧滩地对行洪断面的影响可能更明显。对于当地河流采取倒虹吸的交叉型式,由于南水北调中线总干渠较宽,几乎完全改变了河流的行洪条件。以上几种交叉工程型式都对河床稳定构成了人为威胁。 4.2不稳定性对跨河工程的要求 由于河床所具有的不稳定性,在南水北调跨河工程设计中必须充分考虑河床不稳定性对工程所带来的长期影响。首先,交叉工程的设计必须保证河道行洪要求,对河道行洪断面的缩窄不能引起河流行洪条件发生显著变化。在考虑缩窄行洪断面宽度时不仅要考虑对上游壅水影响,而且必须考虑到对水流状态的影响。其次,交叉工程的设计必须充分考虑河床冲淤要求。在渡槽设计中,槽墩埋深除结构本身要求外还必须考虑防冲刷要求,也应考虑河床淤积可能对行洪水位的影响。在倒虹吸与暗涵设计中,应重点保证河床冲刷对埋设深度的要求。对于当地河流采取的倒虹吸型式,应尽可能延长河道下游尾水段,避免由于倒虹吸淤积后影响南水北调工程安全。 5 河床泥沙研究途径 针对南水北调中线工程在跨越河流时所遇到的泥沙问题,在南水北调中线总干渠交叉建筑物设计中利用物理模型、数学模型进行了研究,为保证交叉建筑物安全提供了有利依据。 5.1物理模型方法 物理模型方法是利用水工试验设施,模拟河道自然地形和河床组成条件,通过观测模拟行洪条件下的试验数据,分析河道在实际行洪状态下可能产生的河床变形。物理模型方法的优点是直观、反映河床变形内容齐全,缺点是费用高、耗时长。物理模型方法成果的精度取决于模型比尺,当模型比例尺较大时,为了满足相似条件的要求,河道形态发生变形,特别 是泥沙颗粒在满足相似要求后其水里指标将发生根本性质的变化,试验成果也将失真。为了取得较为满意的物理模型试验成果,不得不保持较为合理的模型比尺,相应也须加大试验场地,成本提高。由于南水北调中线工程跨越大型河流数量众多,只能安排具有代表性的极少数河流进行物理模型试验。河北省各河流特性和河床组成差别较大,物理模型试验方法所取得的研究成果只能反映部分河流的河床变形特性[7]。 5.2数学模型方法 数学模型方法是利用计算机技术,按照有关水沙数理特性,建立方程组,并通过对方程组求解的途径分析河床在不同工况和水情条件下的变形情况。数学模型的特点是速度快、成本低、具有可重复性和可移植性。 河床的冲淤变化不仅与泥沙的起动有关,而且受到浑水的明显影响。在某些情况下,浑水的影响远大于泥沙起动的影响。从目前研究水平来看,河道的水流理论研究较为成熟,对河道泥沙的演变规律研究和应用相对薄弱。特别是对于大型河流在高 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 洪水行洪期间河床全方位的演变过程难以取得实测资料,因此对于数学模型的分析成果也就缺乏验证资料。另一方面,在南水北调中线工程所穿越的河流中河床组成千变万化,既有以细沙为主的河流,也有以沙卵石甚至以卵石为主的河流,显然对不同河床组成的河流应采取不同的理论进行分析。通过研究,对河床的冲淤变化分析应采取定性与定量分析相结合的方法,定量分析的精度不能过分苛求,但对河床组成必须认真分析,选择相适应的理论。此外,研究河段长度不宜过长,应尽可能保持河流特性的一致性。事实上,为了确定河床是否发生明显的冲淤变化,在有些情况下,一维模型比二维模型更为准确。通过预测主要河段的冲淤趋势及厚度,结果显示: 21 世纪初期,广州珠江河网总体呈缓慢淤积态势,年淤积速率约为 2. 0 cm/a; 且在不同水期主要表现为“枯冲洪淤”的特点。其中,南航道、沥滘水道是主要的淤积河段,速率约在 8 ~ 9 cm/a; 而沙贝海、新造水道是主要冲刷河段,但人为窄缩河道、航道疏浚及人为采砂活动对河道形变趋势都能产生一定影响[8]。 6 泥沙处理及河床泥沙相关结论 林地活地被物和枯枝落叶物具有较好的防止土壤侵蚀的作用,人为破坏草地和疏林地水土保持功能也很强,其土壤侵蚀量远远小于允许侵蚀量。此在治理中应以沟谷地为主,侵蚀最为严重的沟头、沟坡和沟道布设防护林。治理坡耕地是防治水土流失的重要内容[9]。 泥沙防治要应地适宜,不同的环境要用不同的方式,尽可能保护周围环境生态不受伤害。例如在“十大孔兑”流经的上游丘陵沟壑地区,开展以小流域为单元的综合治理工程;中游库布齐沙漠,以防沙治沙、恢复和增加植被为主;在下游冲积平原、川道以及滩区,利用其得天独厚的用洪用沙条件,大力发展分洪、用洪工程,加强川道的治理和利用。从而利用综 合治理对策实现黄河宁蒙河段人口、资源、环境、社会的可持续发展[10]。应地适宜,科学的进行水土防治和泥沙处理,保护周围环境生态。 通过对南水北调中线工程河北省段大型跨河交叉工程的泥沙演变规律研究,可得出以下基本结论: 1天然河床及布置交叉建筑物后的河流冲淤变化规律十分复杂,应采取定性与定量分析相结合的原则,注重对不同类型河流规律的总结归类,确保分析成果不产生较大偏差。 2分析河床变形规律的不同研究方法各有优缺点,尤其物理模型方法成本高,耗时长,应做好分析成果规律总结和推广。 3目前对河床变形规律的研究还不十分成熟,各种理论之间的差异也较大,不能单纯依赖某一种方法分析结果作为工程设计依据,必须多种方法相互验证,做到与类似工程、类似河流成果的相互比较,保证建筑物工程的安全性。 参考文献: [1] 刘卉芳,魏天兴,朱清科,等.晋西黄土区小流域泥沙来源分析[J].水土保持通报,2004,04, [2] 胡宏祥,洪天求,马友华,等.土壤及泥沙颗粒组成与养分流失的研究[J].水土保持学报,2007,01 [3] 陈月红,余新晓,谢崇宝.黄土高原吕二沟流域土地利用及降雨强度对径流泥沙影响初探[J].北京林业大学 学报,2009,01 [4] 李银波,孙明光.河口泥沙迁移扩散的动力计算与分析[J].中山大学学报(自然科学版),1999,s1 [5]程冬兵,张平仓,张长伟.泥沙含量简易测算方法的探讨[J].水土保持学报,2014,28(1),193-197 [6]曾赟.土地利用和气候变化对四川省紫色丘陵区径流泥沙变化的影响研究[J].水土保持通报,2013,03 [7]李保杰,黄巧华,于法展,等.河口泥沙通量的研究现状[J].水土保持学报,2006,02 [8]李彤,李适宇.广州珠江感潮河网水流泥沙数值模拟[J].中山大学学报(自然科学版),2012,05 [9]魏天兴.黄土区小流域侵蚀泥沙来源与植被防止侵蚀作用研究[J].北京林业大学学报,2002,z1 [10]缑倩倩,韩致文,王国华,等.黄河宁蒙河段泥沙加入量分析及防治对策[J].水土保持通报,2012,04