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新疆地下水的研究论文

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新疆地下水的研究论文

第一节 水资源需求分析

一、社会经济发展指标预测

(一)社会经济现状指标

2005年新疆生产总值2604 亿元,比上一年增长10.9%。其中,第一产业增加值494亿元,增长6.6%;第二产业增加值1165亿元,增长14.4%;第三产业增加值945亿元,增长9.3%。在国内生产总值中,第一、第二、第三产业增加值占国内生产总值的比重分别为19.6%、44.7%和35.7%。

2005年农林牧渔业总产值831.06 亿元,比上年增长7.4%。其中,农业产值595.84亿元,增长7.0%;牧业产值183.52亿元,增长9.0%;林业产值15.29亿元,增长5.8%;渔业产值4.34 亿元,增长5.4%。年末牲畜存栏头数为5333.60 万头(只),比上年增长2.4%;全年新增有效灌溉面积9.05万公顷。

2005年年末总人口2010.35万人,比上年增加47.24万人,增长2.4%。其中,城镇人口764.85万人,增加8.2%,城镇化率为37.2%;乡村人口1263.50 万人,增加17.49 万人,下降0.8%。全年人口出生率为 16.4‰,死亡率为 5.0‰,人口自然增长率为11.4‰。

(二)社会经济发展指标预测

社会经济发展指标预测方法是利用《新疆统计年鉴(2006)》、《新疆维吾尔自治区土地开发整理规划》(2001~2010 年)的有关基础数据,采用《新疆维吾尔自治区地下水资源开发利用规划报告》中的有关规划定额进行预测。

1.农业发展指标

土地变更统计显示,2005 年底,新疆农用地6306.07 万公顷,建设用地122.07万公顷,未利用地10220.83万公顷,详见表3-2-1。《新疆维吾尔自治区土地开发整理规划》(2001~2010 年)提出:2001~2010年开发整理土地160.68 万公顷,新增耕地面积66.67万公顷,详见表3-2-2,至2010年,预测全疆耕地面积为483.07万公顷(7246.05万亩)。

表3-2-1 新疆2005年土地资源利用现状 单位:万公顷

表3-2-2 各地(州、市)土地开发整理安排表(2001~2010年)单位:公顷

续表

2.工业发展指标

根据《新疆统计年鉴》2006 资料,工业总产值增长率按9%计算,预测到2010年工业总产值为3626.00亿元。

3.人口增长预测

根据《新疆统计年鉴》2006资料,人口增长率按1.1%计算,预测到2010年人口达到2122.93万人。

二、需水量预测

(一)需水量预测原则

水资源供需发展趋势预测的基本原则,主要考虑以下几个方面

1.节流与开源并举,利用与保护并重

为了满足未来经济发展对供水不断增长的需求,根据各区域社会经济发展和水资源需求,以及生态环境状况等具体情况,在进一步强化节约用水和现有工程配套改造挖潜的前提下,适当建设水资源开发利用工程,以保持供水量适度增长。做到新建工程与现有工程配套改造并进,节流与开源并举,利用与保护并重。

2.经济合理的原则

根据社会净福利最大准则,对水资源的需求与供给同时进行调整,使社会经济发展模式与资源环境承载能力相互适应。依据边际成本替代准则,在需求侧采取生产力转移、产业结构调整、水价格调整、行业器具型节水等措施,抑制需求的过度增长,并提高资源的利用效率;在供给侧统筹考虑降水和微咸水直接利用、洪水和污水资源化、地表水和地下水联合利用等措施,辅之以跨流域调水,增加水资源对区域发展的综合保障功能。

3.统一调配原则

根据国家社会经济发展战略,结合新疆区域社会经济需求,考虑水资源的区域分布特点,对水资源在流域间和流域内两个层次进行统一调配。流域间配置解决水资源天然分布与历史形成的用水重点地区不相协调的问题,主要依靠跨流域调水工程进行大范围内的水量余缺调配;流域内层次的配置以流域为基础进行,通过工程和非工程措施实现。

4.可持续发展原则

基于可持续发展的原则,兼顾满足国民经济需水和生态环境需水,水资源配置应立足于水资源的持续利用。从保持人与自然和谐发展的观念出发,协调发展进程中的人—地关系和人—水关系。兼顾除害与兴利、当前与长远、局部与全局,在社会经济发展与生态环境保护两方面进行权衡,合理分配社会经济用水与生态环境用水。根据自然规律和经济规律,在社会经济发展需求和资源环境承载能力之间寻求平衡,在水资源高效持续利用的资金需求和社会经济的承受能力之间寻求平衡。

5.工业、城镇、农村生活用水按95%保证率考虑,农田灌溉、经济林、饲草按75%保证率考虑,防风林、成林、牧草生态用水按50%保证率考虑

6.到2010年使我区春旱缺水的矛盾基本得到缓解,基本满足农牧业、石油和工矿企业、城镇生活、生产和生态各方面的用水要求

(二)需水量预测依据

《全国地下水资源开发利用规划工作技术细则》5.1 中明确指出,地级行政区2000年和2010年的社会经济发展指标及其供水需求预测,可引用《全国水资源中长期供求计划》中的成果。本次工作本着上述指示精神,参照《全疆水资源中长期供求计划》中的成果进行分析计算。

需水预测的目标和原则:对水资源需求的预测应以可持续发展为目标,既预测国民经济需水,也兼顾生态环境对水资源的需求。对于水资源相对比较贫乏的新疆,节水是一项长期的任务,需水定额按照节水型农业、节水型工业、节水型社会的要求来确定。在预测定额时,考虑了各流域的水资源条件、水资源开发利用潜力、节水水平等众多因素,参考了国内外用水效率比较高的地区的用水水平。

(三)2010年需水量预测

1.渠系有效利用系数和用水定额的确定

依据《全疆水资源中长期供求计划》成果,确定本次需水量预测的有关参数和定额。

(1)渠系有效利用系数,详见表3-2-3。

表3-2-3 渠系有效利用系数规划表

(2)农业灌溉定额:农业灌溉是指大田和水稻田的灌溉定额,详见表3-2-4。

表3-2-4 农业灌溉定额规划表 单位:立方米/亩

(3)城镇生活用水定额:城镇用水人口为市镇人口中的非农业人口,生活用水定额包括居民生活用水、公共设施用水和商品菜田用水3部分。规划指标见表3-2-5。

表3-2-5 城镇生活用水规划指标 单位:升/人·日

(4)工业用水定额:工业需水量预测包括电力行业、乡镇企业、其他行业等需水量的预测。故工业用水定额采用重复利用率提高法,利用万元产值耗水量推算工业需水量。全疆工业万元产值用水量规划指标详见表3-2-6。

表3-2-6 工业用水定额规划表 单位:立方米/万元

2.需水量预测

根据《新疆统计年鉴》,2006 中各地(州、市)2005 年工业总产值、人口指标,年工业总产值增长率依据《新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》提出的9%计算,人口增长率按11‰计算,工业用水定额、城镇生活用水定额按上述分析确定的定额进行计算,据此预测工业和城镇生活需水量。耕地面积依据《新疆维吾尔自治区土地开发整理规划(2001~2010)》资料,农业灌溉定额北疆地区综合水田和旱田平均取700 立方米/亩,南疆地区平均取750 立方米/亩。据此预测的需水量详见表3-2-7至表3-2-9。

表3-2-7 工业需水预测分析表

表3-2-8 城镇生活需水量预测分析表

续表

表3-2-9 农业需水量预测分析表

续表

3.需水量确定

2010 年全疆工业需水量 68.4549 亿立方米,农业需水量513.7456亿立方米,城镇生活需水量9.4534 亿立方米。全疆需水总量为591.654亿立方米。详见表3-2-10。

表3-2-10 2010年需水量预测结果汇总表 单位:亿立方米

续表

4.耗水量、回归水量和工业及城市废污水排放量预测

根据《新疆维吾尔自治区地下水资源开发利用规划报告》资料:依据《新疆水中长期供求计划》中城镇生活、工业生产和农业灌溉不同耗水率情况,进行地(州)耗水量、回归水量和城市废污水排放量的预测,详见表3-1-11。

表3-1-11 耗水量及回归水量分析预测统计表 单位:万立方米

续表

5.生态环境需水量分析

生态环境用水在水资源丰富的湿润地区,并不构成问题,而在水资源紧缺的干旱、半干旱和半湿润地区,由于在经济发展过程中,城市和工业用水挤占农业用水,农业用水又挤占生态用水,导致生态环境的恶化。

关于生态环境用水评价,国内外的研究一致认为,应以生态环境现状作为评价生态用水的起点,而不是以天然生态环境为尺度进行评价。因此,狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源量。生态环境用水评价的区域,应当是水资源供需矛盾突出,生态环境相对脆弱和问题严重的干旱、半干旱和季节性干旱严重的半湿润区。

生态环境用水的评价工作起步较晚,目前能掌握的资料有限。现就国家“九五”攻关重点项目《西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究》(96-912)有关专题提出的成果,对新疆的生态环境用水状况,作粗略的评价。

(1)生态和经济耗水的平衡分析

新疆气候干旱、光热条件好,但生态环境非常脆弱。近年来,部分地区由于过度开发水土资源,荒漠化、盐碱化等生态问题十分突出。根据“九五”攻关96-912-01 课题“生态环境保护”研究专题,利用遥测判读所得到的生态要素信息和地面水文观测资料,用分流域水量平衡分析估算法,求得现状经济耗水量、人工生态和天然生态耗水量,其成果见表3-2-12。

表3-2-12 生态耗水与经济耗水平衡表 单位:亿立方米

(2)典型河流耗水量的平衡分析

为了分析水资源开发利用程度对生态环境的影响,选择水资源开发利用程度不同的4条河流进行比较,详见表3-2-13。

表3-2-13 典型河流耗水量比例关系表

博尔塔拉河、奎屯河是天山北坡西部艾比湖的源河,水资源开发利用程度相对较低,经济耗水量分别占41%和50%;生态耗水分别占59%和50%。目前尚有部分余水退入艾比湖,会同其他河流的退水,共同维持艾比湖现状湖面的稳定。其余河流的经济耗水量所占比重都小于50%,生态环境用水大于50%,尚有一定比例的余水供给下游的终端湖泊或荒漠区的地下水。

玛纳斯河与呼图壁河是玛纳斯湖的源河,这两条河的水资源开发利用程度较高,经济耗水量均已超过60%。因此,在河流末端的玛纳斯湖已干涸。由于玛纳斯河与呼图壁河通过发展人工绿洲生态替代了大部分的天然绿洲,该地区的生态环境基本没有恶化。

通过以上分析可知:内陆河地区任何一条河流都是生态河流,随着水资源的开发,人工生态耗水的增长,必然要对天然生态环境带来影响。经济耗水与生态耗水的比例关系,直接反映流域的生态环境状况。水资源的开发利用应当有一定的限度,根据我国内陆河水资源开发利用的现状,要使生态环境不再继续恶化,经济耗水应控制在30%~50%范围内比较合理,最高不宜超过60%。目前内陆河地区水资源开发利用的程度已达到50%,部分地区甚至超过60%,生态环境已明显恶化,因此内陆地区水资源的进一步开发,必须对生态环境可能产生的不利影响作出评价。联合国发表的“全面评价世界淡水资源”报告,曾对用水紧张程度进行分类(详见表3-2-14),认为用水与可用淡水之比达到20%~40%属于中高度用水紧张的范围,要求加强供需水的管理,确保水生生态系统的用水。用水与可用淡水之比超过40%属于用水高度紧张范围,流域内将出现严重水荒,对水生态系统产生严重影响,缺水将成为经济增长的限制因素,现有的用水格局和用水量需作调整。这一资料可供新疆水资源合理开发利用参考。

表3-2-14 用水紧张程度分类

根据新疆的实际情况,为保护和改善生态环境,需考虑以下几方面的用水:①保护和恢复内陆河流下游的天然植被及生态环境;②水土保持及水保范围之外的林草植被建设;③维持河流河道内所必需的水量,如冲沙水及湿地、湖泊、洼地等生态用水;④回补超采区的地下水。

很多专家对维持目前的天然生态系统需水量进行过多方面研究,认为现状条件下天然生态系统需水量主要包括三部分:一是570.7万公顷湿地草甸需水150.9亿立方米。55.4万公顷荒漠河岸林需水10.4 亿立方米。2.49 万公顷河谷林需水 1.3 亿立方米。98.07万公顷灌木林需水16.1 亿立方米。以上天然生态植被共计需水178.7亿立方米。二是3 个重要湖泊(博斯腾湖、乌伦古湖、艾比湖)的生态需水量为27.4 亿立方米。三是重要河道的生态需水量1.5亿立方米。以上3项共计需水量约208亿立方米。

因此,在现状条件下,不包括天然植被利用的降水及吸收的地下水,天然生态用水量为208 亿立方米是不可减少的。这些水量基本上是天然河道经引水后下泄的水量,必须得到保证,以确保绿洲外围的天然生态系统安全,保护绿洲的稳定和持续发展。

对内陆河流域来说,河道每年要有一定下泄水量用于输盐和维系河道两岸及外延区荒漠植被用水和尾闾湖泊用水,生态用水量视不同河流而异,但它是确保流域生态系统稳定和农业可持续发展所必须的。根据国际上的经验,干旱地区生态用水要占到水资源总量的30%~40%。故208 亿立方米的生态用水量是可计算水量中必须给予保证的最低限。

第二节 水资源供需平衡分析

一、水资源供需平衡现状分析

根据《新疆维吾尔自治区地下水资源评价》(新疆维吾尔自治区国土资源厅2002年)资料,1999年全疆总水资源利用量为485.9亿立方米,其中,利用地表水434.24 亿立方米,占89.37%;开采地下水51.35亿立方米(不含坎儿井、引泉量),占10.57%;污水处理回用0.293亿立方米,占0.06%。详见表3-2-15。

表3-2-15 1999年新疆行政分区供水量统计表 单位:亿立方米

1999年地表水利用量434.24亿立方米,占全疆地表水总径流量的41.4%,占全疆地表水资源量的46%。准噶尔盆地地表水利用量为143.2493亿立方米,占全疆地表水利用量的33%。塔里木盆地地表水利用量为289.7632 亿立方米,占全疆的67%,较准噶尔盆地高出1倍。详见表3-2-16。

表3-2-16 1999年新疆水资源利用情况统计表 单位:亿立方米

全疆地表水资源量为942.1933亿立方米/年,地表水供水量为434.2404亿立方米/年,地表水供水量占全疆水资源利用总量的89.42%,全疆平均地表水利用率为46%,其中,准噶尔盆地地表水利用率为31%,塔里木盆地地表水利用率为60%,南疆地表水开发利用程度高于北疆。全疆河川多年平均径流总量885.3亿立方米/年,扣除高原、荒漠区难以利用的37.8 亿立方米/年,地表水可利用量为847.5亿立方米/年。现状生态环境需水量为208 亿立方米/年,国际河流出境水量259.2亿立方米/年,若扣除难以利用的和生态环境用水以及现状国际河流的出境水量,可供国民经济利用的地表水量约为400 亿立方米/年左右。现状地表水可利用量与目前实际引入灌区的地表水基本相当,除国际河流外,新疆地表水已基本无开源潜力。

全疆地下水可开采资源量为233.1242 亿立方米,地下水实际开采量为51.3965 亿立方米,全疆平均地下水开采系数为0.22。其中准噶尔盆地地下水开采系数为0.28,塔里木盆地地下水开采系数为0.19,北疆地下水开发利用程度高于南疆。虽然全疆地下水开发利用程度整体上处于较低水平,全疆范围内地下水可供水量远大于需水量,具有很大的开发利用潜力,现状供需平衡结果:地下水开发潜力剩余181.7277亿立方米/年。但新疆地下水开发利用很不均衡,南疆与北疆、经济发达地区与不发达地区之间存在较大差异,北疆地下水开发利用程度远高于南疆,北疆的天山北麓经济带远高于北疆其他地区。天山北麓个别地区已出现了地下水超采现象,乌鲁木齐市、石河子市、昌吉州、吐鲁番地区、哈密地区地下水开采系数均已接近或超过1,地下水已处于超采状态,不同程度地出现了区域地下水降落漏斗。如奇台县1991~1996 年地下水平均开采量为3.33 亿立方米/年,大于可开采量2.47 亿立方米/年,也大于总补给量2.97亿立方米/年。从全县现有26 个观测井得到的数据看,多年动态变化中地下水位持续下降,下降0~1 米的有3个点,下降1~2米的有2个点,下降2~4 米的有9 个点,下降4~5米的有6个点,下降5~6米的有2个点,下降6~7米的有4个点,平均下降3.7 米。奇台县平原泉水共有6 条,1966 年年径流量11200万立方米,1979年为5000 万立方米,1993 年降至460万立方米,到1996 年仅为2.2 万立方米,30 年内泉水逐渐减少,目前几乎干涸。地下水位持续下降,平原泉水的减少,固然与地面水利工程的完善、灌溉技术的提高有一定关系,然而,超量开采是导致地下水位持续下降、泉水干涸的主要原因这一客观事实是不可否认的。

二、水资源供需平衡预测分析

(一)地表水资源供水潜力分析

(1)全疆河川多年平均径流总量885.3 亿立方米/年,扣除高原、荒漠区难以利用的 37.8 亿立方米/年,地表水可利用量为847.5亿立方米/年。现状生态环境需水量为208 亿立方米/年,国际河流出境水量259.2亿立方米/年,若扣除难以利用的和生态环境用水以及现状国际河流的出境水量,可供国民经济利用的地表水量约为400亿立方米/年左右。现状地表水可利用量与目前实际引入灌区的地表水基本相当,新疆地表水已基本无开源潜力。

(2)预测2010年污水排放量为19.5918 亿立方米,根据自治区“十五”规划,到2005年工业废水排放要达到75%以上。据此推算,到2010年,污水排放处理率按75%计算,污水处理回用量将达到14.6939亿立方米。现状年污水处理回用量仅为0.293亿立方米,此举可以新增供水量14.4亿立方米。

(3)1999年全疆总水资源利用量为485.9 亿立方米,其中,利用地表水434.24 亿立方米,占89.37%;全疆农业用水约占总用水量的70%,个别地区可达90%以上,行业用水比例严重失调,而且浪费相当严重。如,有的地区农业用水采取大水漫灌的方式,全疆平均毛灌溉定额一般在1000 立方米/亩以上,个别地区可达1500立方米/亩以上;工业和生活用水浪费的情况也不容忽视,全疆工业万元产值耗水量平均达435立方米(南疆平均为448立方米/万元,北疆平均423 立方米/万元),远高于全国平均水平。因此,通过节水措施、提高水资源利用率,可以大大提高水资源的供水潜力,灌溉定额如果能够下降到700 立方米/亩,按灌溉面积416公顷计算,每年可以节约水资源180 亿立方米。详见表3-2-17。

(二)地下水资源供水潜力分析

1.地下水资源开采潜力分析

现状年新疆地下水平均开采程度只有22%,尚有181.7739 亿立方米/年的地下水可开采资源量的潜力;如加上引泉量(17.345亿立方米/年),开采程度为29%,尚有166亿立方米/年的地下水可开采资源量的潜力。

塔里木盆地平均开采程度为19%,低于全疆平均水平,有117亿立方米/年的地下水可开采资源量的潜力。但哈密地区和吐鲁番地区开采程度均已在110%以上,并有3个超采区,地下水已无潜力;其他地区仍有较大潜力。

准噶尔盆地平均开采程度为28%,高于全疆平均水平,有66亿立方米/年的地下水可开采资源量的潜力。昌吉州、乌鲁木齐市已无潜力;石河子市虽超采严重,但从大的流域范围考虑仍有一定潜力;其他地区仍有较大潜力,但部分县市(如博乐市)潜力也已不大。

2.地下水资源规划开采量保证程度分析

规划2010年总的可供水量为855.3403亿立方米,总的需水量为589.9995亿立方米,供需平衡结果尚有265.3408亿立方米的盈余,总体上是有保证的。但需要说明的是,新疆地域广阔,水资源时空分布极不均衡,真正需水量大的地区主要集中在范围极为有限的绿洲带,加之生态环境脆弱,生态需水量很大,因此总体上仍然表现为水资源不足,特别是在天山北坡经济带表现尤为突出,乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、昌吉州已经表现为供需严重失衡。

表3-2-17 水资源供需平衡预测分析表 单位:亿立方米

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据说广义的三塘湖盆地包括淖毛湖盆地,因地质构造相同,石油和地质部门常使用“三塘湖-淖毛湖盆地”这个概念,简称三淖盆地,现以牛圈湖东侧作为两县分界线。网上的确很难搜到关于淖毛湖盆地的系统地理信息,建议你找专门研究新疆自然地理的研究机构或研究人员了解,或者找当地的县志等材料(估计只有纸质的)获取相关信息。

地下室防水的研究论文

为了保证地下工程在峻工后的正常使用,以及减少维护费用,解决好地下工程的防渗漏工作是关键。通过对一些地下工程施工过程及竣工后使用情况的调查,发现造成地下工程渗漏的主要原因就是防水层质量不可靠,而混凝土自身又存在诸多问题,使抗渗能力大打折扣。防水层质量不过关,主要是材料方面和施工方面的原因,也有设计方面的问题。笔者主要从提高混凝土本身抗渗能力的方面进行探讨。 按防水工程的重要性,地下工程的防水等级分为四级,不管哪个防水等级,结构自防水是根本防线,因此在施工中分析影响防水混凝土自防水效果的相关因素,采取相应预防措施,改善混凝土自身的抗渗能力,成为施工人员关注的重点。 防水混凝土的自防水效果影响因素主要有以下几点:1、混凝土防水剂的选择及配合比的设计:2、原材料的质量控制及准确计量;3、施工中的振捣及细部结构(施工缝、变形缝、后浇带、钢筋撑角、穿墙管、穿墙螺栓、桩头等)的处理;4、混凝土的拆模时间及拆模后的养护。 一、防水剂的选择及配合比的设计,为了提高自防水混凝土的抗渗能力,人们在防水材料的研究上倾注了巨大的精力,防水材料的性能有了很大的改善。如中国建筑材料科学研究院研制成功的U型膨胀剂就是一种良好的防水抗渗材料。在混凝土中掺入l0%一14%U型膨胀剂,能使得混凝土抗渗能力提高1—2倍,达S30,因此选择一种应用成熟的、效果较好的混凝土防水剂是混凝土配合比设计成功的前提。 选择了性能良好的膨胀剂。还必须选择有相应资质和能力的试验室进行配合比设计,进行配合比设计时的抗渗水压值应比设计值提高0.2Mpa,水泥用量≥300kg/m’,砂率宜 为35—45%,水灰比≤O.55,入泵坍落度不宜大于140mm。另外,采用商品混凝土时必须考虑路途远近及道路运输状况,适当延长混凝土的初凝时间,避免浇筑过程中出现冷缝,并推迟水泥水化热峰值出现时间,减小温度裂缝。 二、原材料的质量控制及准确计量 组成自防水混凝土的主要原材料有:水泥、砂、石子、膨胀剂、粉煤灰、水等。水泥品种强度等级应≥32.5#,石子粒径宜为5-40mm。含泥量≤1%,砂宜用中砂,含泥量≤3%,膨胀剂的技术性能必须符合国家标准一等品; 粉煤灰必须达到二级,掺量≤20%,水应采用不含有害物质的洁净水。在施工前进场材料必须现场抽样检验。达不到要求不得使用,重点控制砂石含泥量及级配。混凝土如采用现场搅拌,i-t-R系统使用前必须进行校验。人工添加膨胀剂及粉煤灰时必须对操作人员进行交底和培训,务必添加准确,误差≤0.5%。加入膨胀剂后的混凝土搅拌时间应比普通混凝土延长30~60s. 三、施工中的振捣及细部结构(施工缝、变形缝、后浇带、钢筋撑角(环)、穿墙螺栓、穿墙管、桩头等)的处理混凝土振捣时必须专人负责,振捣时间宜为10~30s,以混凝土泛浆和不冒气泡为准,确保不漏振、不欠振、不超振。 l、墙体施工缝的施工。按照《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)的规定,墙体水平施工缝应留在高出底板表面不少于300mm的墙体上,施工缝防水的构造形式主要有设置BW遇水膨胀止水条和中埋钢板止水带两种。设置BW止水条是近年发展起来的一种新工艺。主要有操作简单、施工速度快等优点。但由于现场施工条件复杂,其可靠性及止水效果往往不及传统的钢板止水带。墙体水平施工缝浇灌混凝土前,其表面浮浆和松散混凝土必须清除干净,然后再铺30--50厚1:1水泥砂浆。铺设水泥砂浆的铺浆长度要适应混凝土的浇筑速度,不宜过长或者间断漏铺。兰j混凝土砂浆在墙体中的卸料高度>3m时,可根据墙体厚度选用柔性流管浇灌,避免混凝土出现离析现象。 2、变形缝的施工为避免止水带局部出现卷边或接头粘接不牢,在施工中应采取以下几项措施:①选购止水带时应按图纸要求选购长度能够满足底板加两侧墙板的长度尺寸,如长度不能满足要求而需接长时,可采用氯丁型801胶结剂粘结,并用木制的夹具夹紧,最好采用热挤压粘结方法,以保证粘结效果。②止水带安装过程中的支模和其他工序施工中,要注意不应有金属一类的硬物损伤止水带。③浇注混凝土时,应先将底板处的止水带下侧混凝土振捣密实,并密切注意止水带有无上翘现象;对墙板处的混凝土应从止水带两侧对称振捣,并注意止水带有无位移现象,使止水带始终居于中间位置。④为便于施工,变形缝中填塞的衬垫材料应改用聚苯乙烯泡沫塑料板或沥青浸泡过的木丝板。 3、后浇带施工由于工程施工的需要,常在地下结构中留设后浇带,而渗漏常出现在后浇带两侧混凝土的接缝处。后浇带的施工时间宜在两侧混凝土成型6周后,混凝土的收缩变形基本完成后再进行。或者通过沉降观测。当两侧沉降基本一致,结合上部结构荷载增加情况以及底下结构混凝土浇筑后的延续时间确定。施工前,应将接缝面用钢丝刷认真清理,最好用錾子凿去表面砂浆层,使其完全露出新鲜混凝土后再浇筑。施工时可根据混凝土浇筑的速度在接缝面上再涂刷一遍素水泥浆,但每次涂刷的超前量不宜过长,以免失去结合层的作用。后浇带混凝土中还可掺人15%的u型膨胀剂,在混凝土硬化时起收缩补偿作用。混凝土浇筑应采用二次振捣法,以提高密实性和界面的结合力,设计中往往会对该部位配筋进行加强,针对配筋较密的特点,后浇带宜采用T型的形状,以方便拆除模板。支设吊模时支撑模板的钢筋必须从中间截断,以免该钢筋成为渗水通道。 4、钢筋的绑扎施工中必须注意将撑环、撑角设置在双排钢筋之间,对应的位置也应加设保护层垫块。撑环或撑角的每一端应有不少于2道绑扎。为了慎重可靠,宜采取焊接的方法固定在钢筋上。 5、安装模板设置的穿墙螺栓或穿墙管,施工规范规定要焊接止水环,但对施工中的止水环焊缝的检查要求不够严格。以致于施工中往往存在局部漏焊和严重夹渣现象,为渗水提供了通道。因此,要加强对止水环焊缝的检查,在满焊的条件下应逐个敲去焊缝检验,对不合格的要补焊后方可用到工程中。用于支模的穿墙螺栓也可采用汽压焊和电渣压力焊顶锻形成止水环工艺,但需注意顶锻后形成的止水环径部分应大于钢筋直径2.5倍以上。而且止水环相对穿墙螺栓中心不得有严重偏移现象。当混凝土达到一定强度后,应在穿墙螺栓端头迎水面侧凿除20----30mm深的混凝土,截去穿墙螺栓,用膨胀砂浆做墙面处理。对于较大的方形套管,管子的底部常因无法振捣而出现空洞蜂窝现象,我们对此类套管采取在止水环两侧分别开出直径不小于振捣棒直径的洞口,便于将振捣捧插入套管下部混凝土中振捣,同 时排出气体,从而保证了这部分混凝土的密实性。 6、近年来因桩头处理不好形成的渗漏水引起工程底板渗漏水的情况时有发生,因此在新版本的《=地下工程防水技术规范》中增加了桩头部分应做防水的条文,并给出近年来应用效果较好的几种做法,在实际施工中可根据实际情况选用其中的一种。不管选用哪种处理方法,桩头及桩四周的垃圾均必须清理干净。否则将起不到应有的效果。 四、混凝土的拆模时间及拆模后的养护 防水混凝土宜延长带模养护时间,拆模后的竖向构件,如地下室侧壁等,应采用涂刷混凝土保护剂的方法进行养护。 规范规定,有防水要求的混凝土养护时间不得少于14d,建筑物的底板往往同时是大体积混凝土,因此必须根据施工季节及现场的施工条件制订合理的养护方案,使混凝土中心温度与表面温度的差值、混凝土表面温度与大气温度的差值均不大于25℃。减小温度裂缝的发生,对混凝土的抗渗能力有极重要的意义,达到“不裂不渗”的效果。

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地下室防水施工与监理 【作者中文名】 卢滨; 【作者单位】 广州珠江工程建设监理公司; 【文献出处】 广东建材, Guangdong Building Materials, 编辑部邮箱 2008年 01期 期刊荣誉:ASPT来源刊 CJFD收录刊 【关键词】 地下室防水; 防水混凝土; 卷材防水; 施工缝; 【摘要】 本文通过对广州市某大厦地下室防水的施工案例,介绍防水混凝土、卷材防水及、施工缝的施工工艺,并结合现场施工做法和监理工作进行分析。 【DOI】 CNKI:SUN:GDJC.0.2008-01-059 【相似文献】[1] 梁柳林. 谈谈地下室防水混凝土原材料的选择及配合比设计[J]. 沿海企业与科技, 2006,(08) [2] 李耀扬, 汤衍祥. 地下室防水工艺的改革[J]. 铁道建筑, 1993,(02) [3] 李政, 刘福春. 鞍山阳光大厦地下室防水混凝土施工[J]. 建筑技术, 2000,(04) [4] 赵志军, 孔柏玉, 谷晓辉. 地下室防水新理念与技术的成功实践[J]. 重庆建筑, 2003,(04) [5] 杨文田. 防水混凝土的配制与施工要求[J]. 科技情报开发与经济, 1996,(02) [6] 檀文斌. 广州新大厦地下室防水工程施工[J]. 广东建材, 2006,(04) [7] 卢滨. 地下室防水施工与监理[J]. 广东建材, 2008,(01) [8] 扬邦治. 防水混凝土的研究[J]. 铁道建筑, 1986,(05) [9] 陈业明. 高层建筑地下室防水混凝土工程质量监理要点[J]. 建设监理, 1996,(02) [10] 王勇. 地下室防水新技术与应用[J]. 广州大学学报(自然科学版), 2002,(04) 地下室防水设计 【作者中文名】 高翠凤; 【作者单位】 福建省漳州市芗城工业加工区开发总公司 福建漳州; 【文献出处】 科技资讯, Science & Technology Information, 编辑部邮箱 2008年 07期 期刊荣誉:ASPT来源刊 CJFD收录刊 【关键词】 地下室防水设计; 等级; 难点; 【摘要】 地下室的围护结构经常受到各种水的侵蚀,为保证地下室具有良好的使用环境、使用条件和使用年限,应做好地下室防水设计。本文主要针对地下室防水设计的问题展开论述。 【DOI】 CNKI:SUN:ZXLJ.0.2008-07-069 【相似文献】 [1] 高翠凤. 地下室防水设计[J]. 科技资讯, 2008,(07) [2] 梁琪瑶, 古永保, 易伟霞, 陈建新, 温洛, 郭志勇, 贺小西, 郑绍勋. 紫外线辐射强度预报[J]. 河南气象, 2001,(02) [3] 邵奎仲. 等级面粉生产工艺中存在的问题及改进[J]. 黑河科技, 2003,(02) [4] 邢志栋, 刘兴昌. 泥石流区域环境量化分析[J]. 西北大学学报(自然科学版), 1998,(03) [5] 王升堂. 安徽省舒城县土地适宜性评价研究[J]. 皖西学院学报, 1999,(02) [6] 代学珍. 河北省区域开发增长极系统的确定[J]. 北京大学学报(自然科学版), 1999,(04) [7] 张田林. 电表读数要考虑电表的准确度[J]. 物理实验, 2000,(05) [8] 孙振营, 胡洪安. 定量型多指标决策的层次分析法探讨[J]. 郑州轻工业学院学报(自然科学版), 1998,(03) [9] 孙波, 赵怡. 投资的收益和风险的数学模型及算法研究[J]. 数学的实践与认识, 2001,(04) [10] 焦明连. 论低等光电测距导线的技术标准[J]. 化工矿物与加工, 1998,(05)

地表水地下水联合调度研究论文

唐建生1,2,夏日元1,2,李兆林1,2,徐远光2,蓝芙宁2

(1.中国地质大学(北京),北京 100083;2.中国地质科学院岩溶地质研究所,桂林 541004)

资助项目:国家科技攻关2002BA901A13;中国地质调查局计划项目200310400043;广西科技攻关0133001-1。

作者简介:唐建生,男(1957—),瑶族,中国地质科学院岩溶地质研究所研究员;中国地质大学水资源与环境工程学院在读博士研究生。主要从事岩溶资源与环境研究。

摘要:从水土资源分布调查与资料分析着手,针对岩溶平原干旱区形成的基本因素、水土资源配置特征、岩溶水资源赋存与开发条件,揭示岩溶平原区发育地表、地下双层水文网和岩溶强烈发育的特点,即地下水文网与地表水文网有很高的流域边界和水流方向一致性,平原区夷平化程度较高,水力梯度平缓,以及受地下水排泄基准面的控制,地下岩溶层的厚度较小,但发育的强度高,岩溶空隙的均一性强于峰丛、峰林岩溶区。在新、老构造活动的影响下,形成了具有网络状的导储水岩溶介质系统。岩溶含水层具有较强的水资源储集和调蓄功能,在旱季,地表水枯竭或断流,地下水位下降5~8m,浅部(20m以内)岩溶含水层储集的水资源量可达300×104m3/km2。抽取地下水,增加1m水位降深,黎塘地下水系统内的岩溶平原区,可以多取水253×104m3,相当于增加2个小(一)型水库。在示范试验研究基础上,提出示范区地表/地下水联合开发、充分开发利用岩溶地下含水层的调蓄功能,采用分散浅井技术规避地质灾害,推广节水技术,提高水利利用率的岩溶区水资源可持续开发利用措施。

广西桂中地区以裸露和浅覆盖的岩溶平原为特征,主要有峰林平原、孤峰平原和峰林谷地等岩溶类型,岩溶系统表层的岩溶化极强,各类岩溶空隙构成地表物质与能量迅速渗漏转移的复杂介质结构系统。造成地表土层浅薄贫瘠,植物少,土壤结构疏松,涵、保水能力差,调节功能弱,以致处在南亚热带湿润季风气候带,降水量充沛(平均降雨量1451mm)的条件下,仍然存在严重的农田用水和人、畜饮水困难,旱灾频繁。据历年资料统计,桂中地区几乎每年都有不同程度的旱灾发生[1]。其中最大干旱年(1963年)受旱面积达29.3×104hm2;5年连续大面积干旱年(1988~1992年),平均每年受旱面积21.9×104hm2,占总耕地面积的48%,旱情对农业生产影响极为严重,为历史罕见,平均每年减收粮食18.34×104t,减收甘蔗55.41×104t,经济损失超过10亿元。可见,频繁的旱灾严重制约着本区的经济发展。岩溶平原区地下水分布广,储存量大,调蓄能力强,供水投资少[2]。作者针对岩溶干旱区的综合治理,提出了以岩溶水资源有效利用与土地资源合理利用为切入点,实施地表、地下水联合调配、开发,调整水资源与土地资源配置和农业生产结构,综合治理岩溶旱区农业生态环境技术途径。采用引水提水、水源调蓄、节水灌溉、土壤改良、高效农业、生态重建等综合治理技术进行典型示范,组织开展了“广西桂中旱片综合治理示范”和“桂中岩溶峰林平原典型水文地质调查与地下水资源示范”等项目。本文将部分示范研究成果进行总结。

1 地理、地质环境概况

1.1 自然地理、水文

黎塘示范区位于广西宾阳县东部(图1),地处东经109°02′~109°18′、北纬23°04′~23°20′之间地带。区内有铁路以黎塘为枢纽,北接柳州,西连南宁,东南通达贵港、湛江。公路交通网纵横交错,柳南高速公路呈南北向穿越本区,南捂高等级公路以东西向经过本区,交通便利。岩溶区分布面积占土地面积的66.86%,地形地貌为岩溶孤峰平原和岩溶丘陵地带。地处北回归线以南,属南亚热带季风气候区,年平均气温21.0℃,7月份气温最高,可达40.0℃,1月份是最冷月,最低气温为0.5℃。黎塘年降水量为1200~2000mm,多年平均降水量为1584mm,年内各月份降水量分布不均,多集中在5~9月份,约占全年降雨量的76%以上。

图1 黎塘示范区交通位置

区内以新埠江为主干河流,全长25km,属珠江流域红水系红水河流域清水江一级支流的次级河流,平均水力坡度3‰,由北东向西南转向北汇入清江。除主干流外,有细江支流为间歇性河流,枯水年份一般在11月至次年3月断流。主干流河流平水期流量约为4~6m3/s,主要补给源为大气降水和地下水。

示范区地势开阔平坦,基岩地层岩性为泥盆系—石炭系的碳酸盐岩,地下岩溶极为发育。地下水位埋深一般小于10m,年可利用资源量25.15×104m3/a·km2,主要用于黎塘镇工业和居民生活。区内水利工程老化,且多已废弃,农田用水多为农民自行抽取新埠河水进行灌溉,且多为漫灌方式,水资源利用效率很低。距河道较远的地带则为“望天田”和旱地,干旱缺水问题严重。

1.2 地质环境

本区岩溶含水层由泥盆系下统郁江组上段至石炭系上统的碳酸盐岩组成,非岩溶区主要分布寒武系至泥盆系下统郁江组下段的碎屑岩,部分地段近地表浅部分布有白垩系碎屑岩,局部分布厚1~10m的第四系。本区地下水主要赋存空间为碳酸盐岩溶洞管道—裂隙介质。

该区主要分布灰岩、白云岩,构造裂隙发育,根据岩性、构造、岩溶发育程度及水文地质现象等资料,含水岩组分为富含水层、中等含水层、弱含水层、相对隔水层。富含水层包括马平组灰岩、大塘阶灰岩夹白云岩、融县组下段灰岩、东岗岭中段灰岩夹白云岩;中等含水层为黄龙组灰岩白云岩、融县组上段白云岩、东岗岭上段、下段灰岩白云岩;弱含水层为莲花山组粉砂岩及榴江组上部不纯灰岩夹白云岩;相对隔水层包括榴江组硅质岩、郁江组页岩及那高岭组泥页岩。地下岩溶非常发育,据钻探揭露资料显示,在地下10~88m都有大小不等的溶洞发育,大者达7~17m,为地下水的储存、富集创造了有利条件。

本区在构造上位于广西山字型弧顶内侧,属镇龙山复背斜的北翼。地层走向大致是北东东—南西西,向北西倾斜,倾角20°~40°。由于中部凌村—志广F5断层呈北东东—南西西向一组逆断层的影响,地层有缺失和重复现象。伴随着该组断层产生的北北西—南南东向平推断层,使得中部及西部地层沿走向方向上都发生了不同程度的位移。

从黎塘镇附近点的统计资料看,高角度(50°以上)的张裂隙及剪切裂隙发育,主要是310°~340°、50°~90°两组裂隙。一般宽0.01~0.15m,长数米,可见深0.1~1m不等,多为岩石碎屑及粘土充填。部分裂隙经地下水长期溶蚀作用后,相互连通成为富水的岩溶通道。

受构造、地层控制,东南面是由中下泥盆统碎屑岩系组成的低山丘陵,标高250~650m,沟谷呈扇形向北西、北东发育,季节性有水外流,补给平原区。东部为中泥盆统至石炭系碳酸盐组成的峰林谷地,标高210~320m,基岩裸露,其间有洼地及漏斗发育,是大气降雨补给地下水的主要地带。西部、北部为孤峰平原,平原标高90~105m,覆盖层较厚。北部的平原间有一上泥盆统榴江组硅质岩组成的局部隔水层,呈北东—南西向延伸,阻隔黎塘平原地下水径流区的水力联系,形成了南部林山—白水塘富水段和北部鸦乌—石龙富水段。

2 岩溶地下水的蓄积条件

2.1 岩溶地下水蓄水建造特征

图2 黎塘地区岩溶含水层电测解译密度分布图

(据广西水文地质工程队黎塘地区电测资料编绘)

黎塘地区处于广西山字形构造前弧,主控构造为新华夏构造体系。随着中-新生带的区域构造演变,形成以NNE或NE向与NWW或NW向的两组构造控制下的碳酸盐岩单斜储水建造。岩溶含水层中溶洞和溶蚀缝隙的发育与两组构造密切相关,溶蚀洞缝的发育方向与构造裂隙展布方向相近。本区岩溶管道或地下河多沿NNE或NE向断裂带或地层接触带发育,形成地下水自北东向南西运移的主径流带,而NWW或NW向溶蚀裂隙则往往成为区域地下水向主径流带汇集的主要途径。地球物理探测结果表明,岩溶发育带具有较低的视电阻率,在黎塘地区相对较低的视电阻率地带,除了沿主要断裂带展布外,同时与本区的两组构造裂隙的岩溶化密切相关,在区域上形成网络状格局(图2),由此构成岩溶地下水的蓄积和运移网络体系。

在垂向上,地下水储存空间的分布,取决于不同深度的岩溶发育程度,受区域侵蚀基准面的影响,据钻探资料分析,孤峰平原区,基岩埋深一般4~9m,局部裸露[3]。地下岩溶随深度可分为强发育带,发育深度小于20m;较强发育带的深度为20~60m;中等发育带的深度为60~90m;岩溶弱发育带在90m之下。可见,本区岩溶水主要赋存于地下60m以内的岩溶含水介质空间。

2.2 岩溶水动态

观测结果表明,岩溶水系统中自补给区到径流区至汇水排泄区,地下水的埋藏深度变浅,地下水位的变化幅度变小(见下表)。岩溶平原区地形起伏平缓,一般3~5m,即使与水位变幅叠加,该区域的枯季地下水埋深一般小于10m,多在2~6m,降雨后水位变化滞后时间短。丰水期地下水出露地表,形成溶潭、凌或岩溶湖、季节性泉水,为推广浅井灌溉技术奠定了物质基础。

黎塘新埠江流域岩溶地下水动态观测结果表

注:为2004年丰水期至2005年枯水期观测结果。

2.3 岩溶含水层的调蓄功能

如前所述,岩溶平原区表生带岩溶发育强烈且相对均匀,岩溶管道多呈网络状;中层岩溶带未充填洞穴和管道十分发育,侧向水流通畅。经过长期发育演化,岩溶平原岩溶系统内部结构有序度已达到最佳状态[4]。在本区主要表现为:岩溶水系统的径流排泄区具有孤峰平原特征,岩溶平原面起伏高差小,一般2~6m,接近水平的二维平面;地表和地下水文网的流域面积和水流方向已趋向一致;平原区地层的夷平化程度,与其含水性能和形成地下暗河的性能好坏相对应,强岩溶含水层在地表已基本被夷平,仅遗留极个别孤峰。岩溶储水建造由岩溶化强的溶洞管道—裂隙介质构成,具有较均一的地下水导储网络,宏观上起着汇聚和储存地下水的作用。

根据钻孔揭露情况,岩溶发育具明显垂直分带性(图3),浅层(表生)岩溶带、中层溶洞带和深层溶洞带,其深度界线大致在地面之下20m以内、20~60m和60~90m,在90m以下岩溶发育微弱。①浅层岩溶带(0~20m段)以溶沟、石牙、漏斗为主,溶隙宽大,多与浅部风化裂隙重叠,溶洞管道发育,总岩溶率高,但充填强烈。②中层溶洞带(20~60m段)平均总岩溶率下降,但空洞率增大至4.5%,以充水的溶洞、溶缝为主。洞穴形态的特点之一是串珠状发育,即由较宽阔的洞穴和相对狭窄的喉结相间组成,喉结的瓶颈效应限制着表生带碎屑物质下移,从而形成充填程度较低的中层溶洞带。由于岩溶发育程度相当高,洞穴管道连通性好,侧向水流通畅。③深层溶洞带(60~90m段)对该深度段岩溶研究程度低,洞穴管道主要沿大型近直立的结构面(岩性或构造)发育,管道的孤立性表现渐趋明显,岩溶发育不均一性加强。

图3 黎塘地区溶洞发育垂直分带

(据广西地质局贵县幅1/20水文地质调查报告修改)

从钻孔抽水试验可知,含水层释放的水量实际上表示岩溶含水空间充填物质——水、气交换,对于浅埋藏、开放型的含水层岩溶介质空间,当所含水分析出并充气时,它就具有再充水的功能。由上述可知,本区岩溶含水层厚度可达90m,较强岩溶带发育深度达50~60m,而自然条件下的年际水位变幅一般小于10m,可见自然条件下,岩溶含水层以充水为主,含水介质空间的水、气交换只占用了约20%岩溶空间,仍具有很大的调节潜力。

根据本区钻孔抽水试验结果分析,浅层岩溶带和中层岩溶带平均给水度分别为0.022、0.015。对浅层岩溶带而言,相当于每米厚度有22mm水柱的调蓄能力;20m厚的浅层岩溶带整体调蓄能力相应为440mm(相当于44万m3/km2),相当于当地年平均降雨量(1584mm)的27.8%,表明具有较强的地下水调蓄的能力,水位下降1m,形成的调蓄空间达2.2×104m3/km2。

2.4 岩溶地下水资源状况与开发潜力

黎塘新埠江地下水系统是一个具有边界完整封闭、相对独立的补给、径流、排泄水流循环系统,岩溶含水介质具有溶蚀管道-裂隙特征,岩溶储水建造接受大气降水和系统内非碳酸盐岩地区地下水的侧向补给。

根据多年平均降水量计算,黎塘新埠江地下水系统的降水资源量为6.50×108m3/a,该区多年平均径流总量3.18×108m3/a,水库蓄水量0.062×108m3/a,地下水系统的天然资源量为(1.65~1.68)×108m3/a,地下水可利用资源量为0.69×108m3/a,探明可采资源量0.44×108m3/a。

目前,该区地下水开采,主要用于生活饮用、工业生产及农田灌溉,地下水开采已形成了一定规模,主要集中在黎塘镇人口、工业密集分布区,开采方式以机井为主,少数挖大口井或直接提取天然岩溶水点的地下水。据调查统计,全区仅以机械抽取(2002年)地下水的开采量达0.082×108m3/a,其中生活饮用水约占47.4%,工业生产用水占32.8%,农田灌溉用水占19.8%;利用民井分散取水方式,用于农村人、畜供水的地下水开采量达0.062×108m3/a,每年地下水开采量共计0.144×108m3/a,占探明地下水可采资源量的32.7%。地表水开采量0.73×108m3/a,其中生活和工业用水占21.5%,农业用水占78.5%。

由上所述,黎塘新埠江流域地下水系统的降水资源总量多年平均达6.50×108m3/a,平均年径流量3.18×108m3/a,其中地下水天然资源量为(1.65~1.68)×108m3/a,探明的地下水可采资源量0.44×108m3/a。目前已开采的地表、地下水量为0.908×108m3/a,占平均年径流量的28.55%;已探明地下水资源中还有2/3未利用,可见该区的地表、地下水资源仍具有较大的开发利用潜力。

3 岩溶平原区水资源有效利用措施

黎塘镇耕地面积5267hm2,其中水田3267hm2,旱地2000hm2。现有水库的总库容803万m3,电灌站总装机容量120万kW,设计总灌溉面积367hm2。由于水库工程老化失修、干渠及配套设施水毁渗漏,没能发挥应有的灌溉效益,致使367hm2保水田变成单造田,有647hm2水田改成旱田。每年缺水量为340万m3。研究区内,地下水与地表水水力联系密切,本区地表水和地下水为一个不可分割的系统,开发利用地下水应上下统筹考虑。因此,地表水与地下水合理安排,才能做到有效地合理地利用水资源,提高防旱抗旱能力,保障水资源的持续利用[5]。

3.1 地表、地下水联合开发,强化地下水防旱抗旱功能

水系统的物质循环,最重要的是水的循环,大气降水、地表水、地下水三者之间在一定尺度空间下产生水量的交换和运移。地表水与地下水通过岩溶裂隙、管道相互转化,并且随季节而变化。枯水期,地下水补给地表水,成为河道的基流;洪水期,地表水通过岩溶管道倒灌,补给地下含水层,使地下水位升高[6]。而岩溶水系统的地下储水介质空间是有限的,降水补给量超过其储集能力时,地下水溢出地表,通过地表径流排出系统。在枯水季节,大气降水急剧减少,区内新埠江地表水均由地下水排泄所补给,上游支流随着地下水位下降河道干枯、断流。这段时间是该区旱情高发季节,地表水资源不足,地下水资源是农业生产的唯一供水水源。在此条件下,开展地表、地下水联合开发,地表水采取泵站提水,地下水则兴建与灌渠或耕地配套的浅井群网,建立水田-旱地复合灌区。在旱象发生时或枯水季节,采用浅井抽取地下水,保障农田和旱作蔬菜、瓜果生产供水。

3.2 充分开发利用岩溶地下含水层的调蓄功能

岩溶平原区地形平坦,地下水埋深较浅,天然露头较少。地下水分布的基本特征是东北部峰林谷地区地下水埋深较大,多在10~15m。天然露头以溶洞、竖井为主,在和吉一带向峰林平原过渡区,地下水天然露头以溶井、溶潭(凌塘)为主。黎塘一带以孤峰平原为主,地形平坦开阔,除见到一些溶潭外,河流两岸可见到岩溶泉、地下河出口,地下水埋藏浅,多在2~8m,地下水的基本运动规律是以峰丛山区为补给区,峰林平原为径流区,孤残峰平原则为溢出带。如前所述,受区域排泄基准面控制,钻孔揭露本岩溶平原区的岩溶含水层厚度可达90m,较强岩溶带发育深度达50~60m,而自然条件下,随季节变化从含水层中排出地下水而形成的调蓄空间只在地面以下的8~10m之内,可见对于整个岩溶含水层来说,含水层的调蓄功能只发挥约20%的作用。

根据岩溶含水介质系统调蓄功能分析结果,如果抽取地下水,使得水位多下降1m,形成的调蓄空间达2.2×104m3/km2,本地下水系统内岩溶平原区面积约115km2,地下水开采增加1m的降深,可以多取水253×104m3,相当于增加2个小(一)型水库。而所需补充的水量仅为本区径流资源量的8‰或地下水可开采资源量的3.7%。

3.3 科学布井,合理开发浅层岩溶水资源,规避地质灾害风险

根据岩溶平原区岩溶发育规律和地下水系统介质结构特征,按照地下含水层的管道-裂隙网络兴建浅井灌溉体系,采用浅井、大口井等开发方式,解决旱片灌溉用水。分散布井,开发浅层地下水,具有规模小、投资省、见效快等特点。同时,可以避免水源区局部形成大降深,地下水位强烈变化,有利于激发地下含水层的调蓄能力和地下水回补,可以避免岩溶塌陷产生所造成的危害。

3.4 推广节水技术,提高水利利用率

岩溶平原区耕地面积广、人口密度大,水资源供需矛盾突出。农业用水量占水资源总量的2/3,现有农田水利工程大部分于20世纪五、六十年代建设,设计标准低,运行时间长,输水渠道年久失修,田间配套斗、支渠不全或破损、渗漏严重,水利有效利用率低,有效灌耕比低于30%[6],平均灌溉水有效利用率仅在40%左右。因此,必须坚持开源与节流并重的原则,在重视兴建新水源工程的同时,加强节流、节水水利工程建设,推广节水农业技术,提高抗旱能力。主要包括①灌区节水灌溉渠道网络配套工程,健全灌区斗、支渠防渗渠道系统,提高供水利用率,增加有效灌溉面积。②旱地节水灌溉工程,采用喷灌、管灌、滴灌技术,解决甘蔗、蔬菜、果园灌溉。旱地分布区往往是地表水利工程的水尾区,灌溉水源多采取地下水,其供水成本较高。通过旱地种植园区建设,引进高效优质作物品种,采用节水灌溉,提高单井灌溉面积和供水增值率,以获取更大的经济效益。③农艺节水技术推广,采用地膜种植技术,解决春、秋季节降水不足,防止强烈蒸发,保水保肥,保障作物生长;引进耐旱新品种,针对本区秋旱频率高、旱象严重的特点,选育或引进成熟早或生长期短、适应性强的优质作物品种,避免旱象影响的同时获得好的生产效益;调整种植结构,改两季水田种植为水旱交替种植,改善秋季耕作需水与供水资源的矛盾,水稻种植安排在雨季,降水资源丰富,引进高产优质品种,保障粮食生产;旱作种植蔬菜、瓜果等生长过程中不需要短时间大量供水的作物,可充分利用地下水含水层的调蓄供水功能,从时间上调整水土资源配置,达到防旱抗旱效果。

4 水资源有效利用示范

在示范区的核心示范片——吴江村,开展地表、地下水联合开发与浅层地下水含水层调蓄示范。该村处于岩溶平原区,发育季节性地表河溪,河床到地面2.5~3.5m,是本区农田供水的主要水源。据访,一般年份断流2个月左右,枯水年份9月开始流量剧减,11月中旬至次年3月初断流。因此,秋冬农业生产依赖于地下水源供水,岩溶含水层为石炭系下统夹薄层泥灰岩的中厚层白云质灰岩、白云岩、灰岩,富水程度中等,为岩溶管道-裂隙水。地下水埋深0.5~6m。设计开展地表、地下水联合开发,地表水采取泵站提水,地下水则兴建浅井群网,建立水田-旱地复合灌区。

该示范片现有人口3370人,有耕地面积354hm2,其中水田137hm2、旱地217hm2,项目实施以来,先后投资320万元,修建一个地表水提水站,配套建设6000m的三面光防渗引水渠道;开挖六处地下水浅水井,修建一个100m3的蓄水池和约27hm2的管灌管网,确保了农田的正常灌溉。实现有效灌溉面积233hm2,从而彻底地改变了该村以往“靠天吃饭”的状况。在此基础上,开发20hm2的经济果林示范基地和167hm2优质蔬菜基地,农业种植形成了水稻、蔬菜、玉米、糖蔗、水果的多元结构。通过示范工程项目的实施,并不断地引进新品种、新技术,并以特色品种注册了“桥美萝卜”品牌。由于改善水源和灌溉条件,2004年种植白萝卜、胡萝卜200多hm2,平均产量52500kg/hm2,比2001年增产40%,家家建起了“萝卜楼”;玉米平均产量6750kg/hm2,比2001年增产50%。通过水资源有效利用开发示范,使该村委的农业经济发展较快。2004年农民人均纯收入2302元,比2001年增加682元,年增长率达14%。

5 结论

岩溶平原区发育地表和地下水网同时并存的双层水文网。因旱期盆地抬升与后期排泄基面下移,岩溶水向下切蚀形成地下河道,与谷地表面地表河网构成双层排泄系统。雨季河水位顶托,盆地地下水位上涨,埋深仅0.5~1m,甚至溢出地面与地表河相连。旱季,地下水回落,地表尚有一定降雨径流,形成间隔5~8m的双层排泄。最枯季节,地表河断流干涸。地下水沿岩溶管道、裂隙运移排泄。该区NE断裂构造和NW向挽近期构造裂隙十分发育及岩溶化也较为强烈,为地下水的赋存提供了良好的空间;受排泄基准面控制水力梯度很小,径流缓慢。地下水埋层浅、回补快、水质优,开发条件优越。近期年开采量不足总量的5%,应加大地表、地下水联合开发力度,充分发挥岩溶含水层的调蓄功能。

采用浅井、大口井等开发方式,属微型水利,群众有建设能力,地下水开发具有规模小、投资省、见效快等特点。在干旱区建设供水系统,按照地下含水层的管道-裂隙网络兴建浅井灌溉体系,解决旱片灌溉用水,供水保证率和利用率高。可以通过行之有效的“以奖代补”政策等刺激措施,实行“谁建设、谁拥有、谁管理、谁受益”的优惠政策发动群众兴建,以降低投资风险和管理风险,形成规模化效益。但地下水开发应适度进行,原则上控制在可采资源量的75%,即年开采规模0.52×108m3以内,可大大缓解农业灌溉、中小型企业生产用水和农村生活用水的矛盾。从该区水文地质环境条件看,不宜过分集中开采地下水,避免出现降落漏斗,发生地面塌陷等地质灾害问题。

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水资源管理就是综合运用行政、法律、经济、技术和教育等手段,对水资源开发利用保护进行调节的各种行为。在水资源日益短缺的今天,水资源管理的目的是提高水资源利用率和利用效率,使其发挥最大的社会、环境、经济效益。 1 我国农业水资源管理存在的主要问题 1. 1 缺乏有效的管理机制,导致水资源短缺与水资源浪费共存 现行的水资源管理机制,是一种非高效利用水资源的机制,由此造成水资源短缺与水资源浪费共存尴尬局面。众所周知,我国的农业水资源严重短缺,但与此形成明显对照的是水资源浪费极其惊人。我国主要灌区的渠系利用系数只有0. 4~0. 6 ,即约有一半的水被浪费。例如,我国北方旱区水资源极其紧张,浪费却相当严重,海河流域渠系利用系数约为0. 45 ,引黄灌区下游输水损失达30 %~50 % ,河西走廊一些渠道,水量损失竟高达60 %~80 %。 1. 2 现行体制和政策难以形成有效的节水机制 现行的水资源管理体制存在的弊端,导致管理单位失去节水的积极性,如灌区没有法律地位,缺乏经营管理自主权。灌区处于两难境地,具有“事业单位,企业管理”的说法,实际上,作为事业单位,没有人事部门下达的行政编制,财政部门不安排事业经费;同时又要求它实行企业办法管理,它既没有法律地位,又受多种限制,不能像企业那样追求利润。现行的政策不利于节水。目前的灌区收入主要依靠水费,在固定的价格条件下,水费的多寡取决于供水量的多少。一些灌区为了获得较多的收益,甚至鼓励多用水,有些灌区虽然节约了水,但被无偿地调给其它部门,无利可图,严重地影响了节水积极性,不利于节水机制的形成。 1. 3 过度超采,生态环境恶化 由于对地下水严重超采,导致一系列生态环境问题产生,甚至恶化。如在井罐区出现大面积地下漏斗区,全国出现56 个漏斗区,总面积达8. 2 ×104km2 ,漏斗的出现,引起地面沉降或裂缝,甚至导致海水入侵。例如,全国已发现地面塌陷700 点多处,秦皇岛市已经形成32. 4km2 的海水入侵区;黄河流域由于过量不合理使用,多年来不断断流,已经对相关地区产生重大生态环境影响。 1. 4 水利工程管理单位收不抵支,举步维艰 由于水价太低,全国平均水费为运行成本的50 %左右,导致经营单位亏损严重,生存处于困境,甚至难以维持生存。 1. 5 水资源“农转非”现象严重 “农转非”是指农业水资源通过不同的途径改作它用。我国水资源“农转非”现象更加普遍,而且随着时间的推移趋势更加明显,制约农业的发展。1949 年我国农业用水量约为1001 ×108m3 ,占全国总用水量1031 ×108m3的97. 1 % ,到1998 年,该比例下降到74. 65 % ,与此同时,工业和城市生活用水比例由2. 9 %上升到24. 6 %。 2 我国水资源管理未来将出现的趋势 2. 1 由供水管理向需水管理转变 传统的水资源管理可以统称为供水管理,其主要的特征是根据工农业用水需求,建立大中型水利工程来实现水资源供需平衡,它为缓解甚至彻底解决水资源供需矛盾发挥了重要作用,并且在今后相当长的一段时间内,在某些地区仍将发挥重要的作用。随着水利工程不断兴建,工程难度愈来愈大,成本也不断增加,而且随着径流开发加大,带来了系列的生态环境问题,水资源供需矛盾也不断加剧,完全依靠增加工程解决水资源问题已经成为不可能,运用综合手段缓解水资源供需矛盾成为一种必然。供水管理的最大缺陷是忽略了用水者节水的可能性,它将水资源供需矛盾的解决寄托在水源供给上,其结果是水资源浪费的增加和低效。必须改变供水管理为需水管理。所谓的水资源需水管理就是综合运用行政的、法律的和经济的手段来规范水资源开发利用中的人类行为,从而实现对有限水资源优化配置和合理利用,它强调把水资源作为一种稀缺的经济资源,对水资源的优化利用应着眼于现存的水资源供给,而不是自发的向新的供水能力投资以满足未来的水的需求。在今后相当长的一段时间内,农业水资源供给量不可能增加,我们必须依靠现在的4000 ×108m3左右水实现农业的可持续发展,需水管理是实现这一目标的关键所在。 2. 2 由单项管理向综合管理转变 水资源管理是一个系统工程,涉及到众多方面,如农业、水利、科技、气象、城建、环保、宣传、计划和行政部门等等。在以往的水资源管理中,各个部门是“铁路警察,各管一段”,缺乏系统地考虑问题,其最终的结果是有利则争,无利则推,使水资源开发利用短期化,持续发展思想很难贯穿到实际工作中去。未来的水资源管理,是站在可持续发展的高度管理水资源,是将水资源放在社会经济环境等大环境中去开发利用,所以,其管理是综合管理,如地上、地下、降水、污水、中水综合管理等,并且与经济结构、社会发展等有机地结合起来。 对于农业而言,为了实现水资源的综合管理,首先设立综合协调机构,从组织上为部门的联合创造条件,如国务院成立全国节水农业工作领导小组,宏观指导全国节水农业工作开展;其次,制订多部门参与的可行的节水农业规划,节水农业发展必须有一个切实可行的节水农业发展规划,并且将此规划作为有关部门工作重要组成部分。为此,首先应该下大力气完善规划基础工作,明确节水农业技术体系,制定科学的节水农业规划,为多部门联合提供实现的基础。第三,充分重视发挥地方部门的联合效益,地方是节水的真正主力,只有充分发挥地方各部门积极性,才能事半功倍。如山东桓台县是老井灌区,县委组织水利、农业、气象、财务和宣传部门参与,目前成为全国第一个节水吨粮县。 2. 3 由行政区划管理向流域管理转变 按流域(地区、灌区) 统一开发利用和管理水资源,是我国水资源管理的一个方向,其最大的特点是打破单纯的行政区划管理,走向以流域为单元的综合统一管理轨道。水资源按流域形成自然体系,只有按流域统一管理方可做到保护与合理配置相结合,使上下游依赖水资源的各经济部门得到均衡发展。对于农业水资源而言,具体内容是以流域为单元,对地表水地下水联合运用,优化调度,合理利用。灌区应以开发利用浅层地下水为基础,以地表水作补充,以浅层水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库,以调控地下水埋深达到适宜动态为指标,最大限度地把天然降雨转化为可持续利用的水资源,综合治理旱涝盐碱,获取最好的经济、社会和生态效益。 2. 4 由计划模式向政府与市场相结合的模式转变 由于我们认识上的偏差和制度的制约,水资源管理一直是按照计划经济模式设计和运行,其结果是政府管得太多,市场作用没有得到发挥。随着市场经济逐步建立,水资源管理机制必然向市场机制转变,由于水资源市场的特殊性,决定了不可能完全由市场来调解水资源,所以,未来的水资源管理模式必然向政府与市场相结合的模式转变。最近水利部部长在中国水利年会上作了“水权与水市场- 水资源优化配置的重要经济手段”的报告,充分地说明了这一点。 2. 5 用户参与水资源管理成为一种必然趋势 公众参与水资源管理在未来水资源管理中占有重要地位。农业用水效率,离不开用户的参与,一切技术和措施最终通过用户的实践来实现,用户是节水提高效率的主体,其行为和素质在某种程度上决定节水效率的提高,所以用户参与水资源管理是非常重要的。 目前,在我国已经出现了用户参与水资源管理模式,如江苏、山东、安徽、河南和河北部分地区建立了农户参与管理的一种新型的经济自立灌排区。试区成立了由各级地方行政、水行政、节水专管单位负责人和用户组成节水管理委员会,一切重大决策通过该委员会决定,或者成立用户自己选举具有法人地位的自我管理组织用水者协会,有关节水工作由灌区和协会共同协商解决,其效果比较明显。

地下水污染治理研究论文

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水污染及其控制方法

【摘要】水是人类生产生活中必不可少的宝贵资源,因此水体一旦受到污染,不仅使水资源的数量、质量下降,直接或间接地危及人类的生存和发展,而且污染后的水体也很难再得到恢复和控制。本文主要对水体污染的类型特征及我国的水污染现状进行了综合评述,简要的阐明了水污染可能会带来的危害及水污染的常规处理方法,并就目前水污染防治过程中所面临的困难提出几点建议。

【关键词】水体污染;现状;危害;防治;控制方法

1、水体污染及其类型

1.1 水体污染[1]

水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和自净能力即水体的环境容量,破坏了水中固有的生态系统,破坏了水体的功能及其在人类活动和生产中的作用,降低了水体的使用价值和功能的现象。我国水污染具有影响地域广、持续时间长、水质季节性变化、污染类型复杂等普遍特征。

1.2 水污染现状

近年来,我国江河、湖泊和海域普遍遭受不同程度的污染,各种类型的水污染事件更是不断地发生。如2004年2月在四川沱江发生严重氨氮超标排放事件,工业废水不合格排放致使大量鱼类死亡,100多万人饮水受到影响,直接经济损失超过3亿元;2005年11月,中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸,苯类污染物泄露流入第二松花江,造成水质污染[2]。当然,我们也采取了很多措施来缓解我国水污染严峻的状况,如从1998年开始的“淮河水专项”,到今天为止已经坚持了16年之久。

1.3 水体污染的类型[1]

从污染成因上来看,水体污染可以分为自然污染和人为污染。从污染源来看,水体污染可分为点源污染和面源污染。从污染的性质来看,水体污染可分为物理性污染、化学性污染和生物性污染。

2、水体污染的危害

水体污染将直接降低生活饮用水的品质,影响人类健康,并对水生生物的生存环境造成不同程度的破坏,影响工农业生产的正常进行,进而导致水生态失衡、生态系统退化,产生一系列的社会生态问题,并且直接影响到社会的安全稳定和经济的正常运转。

3、水污染控制技术

3.1水污染控制原则

要实现对水污染的全局调控和有效综合防治,需从宏观控制、技术控制和管理控制三个方面着手,以可持续发展为指导思想,对产业结构和工业布局进行合理的优化与调整,对工业生产工艺和污水处理技术进行改进,对受纳水体和排污口进行科学有效的管理和监督控制。

3.2水污染处理技术[3-4]

随着水污染状况的不断恶化,及其对人类生产、生活带来的诸多不利影响,越来越多的人认识到了水污染控制与管理的重要性和迫切性。现代污水处理技术,按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类。

废水的物理处理通常是借助物理力或机械力使得废水中的某些污染物质得以分离的单元操作过程。废水的化学处理,就是利用化学反应的作用去除水中的杂质,其处理对象主要是废水中无机或有机(难于降解的)溶解物质或胶体物质。生物化学处理法,是利用微生物的代谢作用,使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。

4、水污染防治面临的困难[5-8]

4.1 水资源保护的意识淡薄, 可持续发展的观念不强

人们对水资源保护和水污染治理的重要性还缺乏足够认识,在发展当地经济的过程中, 只注重经济效益, 忽略水资源的合理利用与保护,个别地区和企业甚至损人利己,以污染临近或下游地区的水资源与环境为代价来发展本地经济。

4.2 管理体制不顺, 缺乏配套的政策措施

现行管理体制未能有效利用经济手段, 未能形成一系列激励水污染治理、水资源优化配置和节约用水的政策措施, 从而导致水污染严重和水资源的有效利用程度不高, 用水浪费惊人。

4.3 有法不依, 执法不严现象根深蒂固

目前, 与水资源保护和水污染治理有关的法律不少, 如《中华人民共和国水法》( 2002 年)中第三十四条规定,禁止在饮用水水源保护区内设置排污口。另外在《中华人民共和国水土保持法》( 1991 年) 、《中华人民共和国水污染防治法》( 1996 年修订)等立法中, 也有关于水污染防治的相应条款。但是由于在处理水污染事件过程中,相关法律法规未能得到及时落实和有效贯彻,使得“有法不依,执法不严”情况持续存在,水污染状况日趋严重。

4.4 科研滞后, 缺乏有效的技术支持

由于水资源时空分布的不均匀性、动态性和随机性, 使得水污染防治技术不能得到统一、系统的规划和研究。流域水资源优化配置、水资源和环境的承载能力与经济发展的关系、水污染防治的有效措施, 水资源保护与管理的决策支持系统等都缺乏深入研究。

5、对水污染防治的建议[9]

5.1 源头控污

5.1.1 加强环保宣传,提高环保意识

5.1.2加强企业的环境管理,合理安排企业布局

5.1.3 加强法律法规建设,改善相应的执行机制

5.2 选择适合本地区的水污染控制技术

我国地大物博,水资源时空分布不均,经济发展地区性强,针对这一情况,不同地区在污水处理时应根据当地的地形地势,道路交通条件及居民住宅布局等具体不同情况,选择适宜当地自然环境且成本低,管理维护简单,效率高的污水处理技术。

6、总结

水是生命之源、生产之要、生态之基,水作为人类生产、生活必不可少的宝贵资源,它的污染和短缺将给人类带来致命的威胁。特别是在经济飞速发展的今天,水污染的问题更不能被忽略,我们应该吸取以往城市发展中水污染对人们的经济生活带来的严重影响的教训,充分重视水环境问题,努力实现各个地区的经济和水环境保护的持续、健康、和谐的发展。

参考文献:

[1]毕润成.生态学[M].北京:科学出版社,2012: 83-86.

[2]程声通.水污染防治规划原理与方法[M].北京:化学工业出版社,2010.5: 5-8.

[3]赵庆良,任南琪.水污染控制工程[M].北京:化学工业出版社,2005.3: 79.

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[8] XXIX IAHR Congress. Environmental hydraulics and eco-hydraulics[ C] . Proceedings of Theme B. Beijing, TsinghuaUniversity Press, 2001.

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进入“九五”以来,我国大规模水污染防治在“三河三湖”"淮河、太湖、巢湖、滇池、海河、辽河等重点流域全面展开。经过几年的努力,已经取得了阶段性成果,部分河段水质有所改善。但是,由于历史的原因,我国水环境问题比较复杂,在现有经济技术条件下,解决水环境问题需要经过一个缓慢的过程。因此,在今后相当长的时期内,重点流域的水污染问题仍将十分严重。 1. 我国水环境问题及其影响因素 我国水环境面临着水体污染、水资源短缺和洪涝灾害等多方面压力。水体污染加剧了水资源短缺,水生态环境破坏促使洪涝灾害频发。据1999年《中国环境状况公报》显示,目前我国七大水系、主要湖泊、近岸海域及部分地区的地下水受到不同程度的污染。河流以有机污染为主,主要污染物是氨氮、生化需氧量、高锰酸盐指数和挥发酚等;湖泊以富营养化为特征,主要污染指标为总磷、总氮、化学需氧量和高猛酸盐指数等;近岸海域主要污染指标为无机氮、活性磷酸盐和重金属。这些因素构成了水环境问题影响范围广,危害严重,治理难度大等特征。我国水环境问题产生的原因是多方面的,但主要是人类主观因素的影响。长期以来,我国经济增长方式粗放,企业单纯追求经济效益,忽视环境效益和生态效益。工业发展中,水消耗量大、利用率低。不仅单位产值污水排放量大,而且万元产值用水量各省区间差距悬殊。1998年全国平均万元GDP用水683m3以上。其中,北京161m3,天津201m3,上海300m3。但是,黑龙江、内蒙古、江西、广西、贵州、青海、甘肃等省区大多在1000m3以上。宁夏、新疆为4000m3左右。北京1m3灌溉用水可以生产2kg粮食,而宁夏才生产不到1kg。同时,在传统的计划经济体制下,粗放型的经济增长方式,使企业生产经营缺乏节能降耗的动力。企业技术改造往往以扩大再生产为目的,生产工艺落后,更新换代速度慢。随着经济体制改革的不断深入,经济增长方式的日趋转变,以及科技水平的快速提高,水资源的合理开发和利用将逐步走上科学化管理轨道。但是,这种转变需要一个较长的历史过程。水环境问题严重的另一个重要原因,是国家政策导向的偏差。长期以来,国民经济和社会发展注重经济增长速度、主要产品产量、城镇居民收入增长等指标,没有把资源消耗和环境代价纳入经济核算体系。迄今为止,城市环境基础设施建设仍作为“非生产性福利事业”。城市污水处理、垃圾处理由政府包揽,使政府不堪重负,以至于拿不出钱搞环境基础设施建设,甚至建成污染处理设施也因经费来源问题没解决而难以正常运转。在计划经济体制下,一些经济发展政策有悖于环境保护。我国一度“遍地开花”的“十五”小企业,布局分散,规模不经济,生产工艺落后,造成了严重的环境污染和生态破坏。 区域经济发展和区域环境容量不相适应,也是造成水环境污染的重要原因。以往在确定地区产业发展方向、地区生产力布局时,往往忽视区域环境容量。我国主要江河出现的严重流域性水污染,在很大程度上与流域产业结构和布局不合理有直接关系。淮河流域四省自80.年代初开始,利用当地资源,大力发展高耗水的化工、造纸、制革、火电、食品等小型工业,污染物排放量超过了淮河的承载能力,使淮河流域水质急剧恶化;由于缺乏科学认证和科学管理,一些缺水地区盲目发展高耗水型工业,造成地下水位下降;一些资源丰富的地区发展单一的资源型产业,不发展与之相配套的加工业,产业结构雷同,形成严重的结构型污染。 自然因素的影响在一定程度上加重了水环境问题的恶化,增加了水污染防治的难度。近年来,由于气候变化引起全球温度、湿度、降水量的分布变化,使一些国家和地区的灾害频发。我国北方地区气候也明显变暖,华北地区冬季平均气温90年代比50年代上升2.1℃。气温上升,地表径流减少,蒸发量增大,发生旱灾的机会增多。1997年我国北方地区受厄尔尼诺现象的影响,降水量异常偏少,温度偏高,海河水资源量只有多年平均量的40%;黄河水资源量为多年平均量的61%。由于河道径流减少,水体自净能力下降,加剧了水环境恶化。1998年受厄尔尼诺现象影响,长江中下游、嫩江、松花江流域降水量偏多,导致特大洪水灾害的发生。 我国水资源地区分布不均,南多北少,相差悬殊,水资源分布与人口、经济和社会发展布局极不协调。北方黄河、淮河、海河、松辽河,以及内陆河5个流域,总人口占全国的47%左右,耕地面积占65%以上,GDP占全国的45%以上,而水资源却只占全国水资源总量的19%,人均占有量仅为南方地区的1/3。这些因素也是导致水环境问题突出的重要方面。 2. 重点流域水污染防治面临的主要问题 “九五”以来,我国重点流域水污染防治以淮河治理为先导,太湖、巢湖、滇池,以及海河、辽河相继开始。通过采取工业污染源的末端治理,以及在产业结构调整和压缩过剩生产力中,取缔、关闭、和淘汰生产工艺落后、设备陈旧、污染严重的企业等一系列措施,治理工作取得一定成效。部分水域已经接近实现第一阶段的污染防治目标。“九五”水污染防治作为我国历史上第一次大规模的流域水污染防治,积累了大量宝贵经验,对于开拓我国的环境与发展道路具有长远的战略意义。但是,从总体上看,重点流域的水污染防治工作进展还比较缓慢,取得的成果十分脆弱。在实践中暴露出来的一些问题充分说明,我国当前和今后一个时期流域水污染防治仍面临严重挑战。 2.1 黄河、长江流域水环境问题亟待解决 “九五”期间“三河三湖”的治理仅仅是拉开了我国水污染防治的序幕。在大规模治理“三河三湖”的同时,必须看到,黄河、长江的污染问题也到了非治理不可的程度了。黄河这个中华民族的摇篮,他养育了人类,也无数次地给人类带来灾难。如今,由于人类活动的作用力,使黄河的环境问题日趋严重。1999年,在黄河流域的114个重点监测断面上,V类和劣V类水体分别为70%和56.2%,黄河主要支流的污染更为严重,而且黄河的污染主要来自支流。目前,黄河水量少,自净能力弱,水环境处于危机之中。在西部大开发中,黄河流域的经济发展将进入较快增长时期。黄河的水污染必然使沿岸的水资源短缺“雪上加霜”。 长江上游沿岸地区经济社会的快速发展和城市化进程的加快,使这一地区的污染物排放量迅速增加,污染问题随之加重,特别是三峡库区及其上游的水质不断恶化。如果不采取有效措施,预计到2010年,长江上游重点地区废水排放量将以年均4.1%的速度增长;沿江城镇生活垃圾入江量,将由1995年的约200万t增加到2010年的467万t;三峡库区的水体自净能力将大幅度下降。2009年三峡库区建成蓄水后,库区将由一个流速快、流量大的河流变成一个流速缓、滞留时间长,回水面积大的人工湖。水体稀释自净能力下降,水污染必然加重。根据预测,三峡工程建成后,湖区上游岸边污染带主要污染物浓度将比建坝前增加2-10倍,将成为重污染区。 2.2 城市生活污水逐年增加,污水处理设施建设严重滞后 城市基础设施是工业建设的载体,制约着工业建设规模和发展速度。长期以来,我国城市建设不恰当地把基础设施建设的载体地位降低为工业的一般附属物地位,基础设施的发展与人口、资源、环境和工业建设不协调,导致基础设施长期超负荷承载。特别是城市环境保护基础设施,仅仅在近几年才开始兴建。全国绝大多数城市的污水处理能力远远满足不了实际需要。 随着人口迅速增加和人民生活水平的日益提高,生活污水产生量大幅度增长。近年来,城市生活污水和工业废水排放量的比例已接近持平。但是,城市污水处理厂的建设远远不能适应经济社会发展的需要。一般情况下,城市污水处理厂的建设周期为3年。从目前的建设进度看,实现“九五”期间国家提出的全国50万人口的城市都要建设集中式污水处理装置的要求,还需要相当长的时间。以淮河为例,按规划,到2000年,淮河流域四省需要建设城市污水处理厂52座,总投资60.8亿元,形成污水处理能力352万l/d。到1999年6月建成的污水处理厂只有3座,污水处理能力仅为44万l/d。集中式污水处理设施建设缓慢的原因,除了资金短缺外,现行管理和运行机制的掣肘也使城市污水处理厂的建设和运营陷于困境。由于没有真正落实“污染者负担”的政策,地方财政因无力支付污水处理费用,常常使建成后的污水处理厂不能正常运行,环境保护投资不能有效发挥环境效益。 2.3 大量的面源污染问题尚未找到解决途径 目前,全国的工业污染已经开始得到有效控制。到2000年底,全国所有工业污染源都将实现达标排放。城市污水处理正在逐步加快步伐。但是,农村经济发展带来的农药、化肥、畜禽养殖污染量大面广,有一定治理难度。从50年代到90年代,我国农药施用量增加近100倍,成为世界上农药用量最大的国家。我国每年因农药中毒的人数占世界同类事故中毒人数的50%。而且由于农药的大量流失,造成严重的水体污染。全国化肥使用量也在成倍增加。1995年是1978年的4倍。目前,偏施化学氮肥,使氮、磷、钾比例失调现象比较严重。而且化肥的利用率只有30%左右,大量化肥流失,进入河流、海洋、湖泊,成为水体面源污染的主要来源。同时,由于大量化肥的使用,农村畜禽粪便的农业利用减少,畜禽业的集约化程度提高,加重了养殖业与种植业的脱节。畜禽粪便的还田率只有30%多,大部分未被利用。1998年全国畜禽粪便产生量是当年全国工业固体废物产生量的3.4倍。这些畜禽粪便大部分未经处理直接排入江河湖海。同时,作为农村经济的重要组成部分,乡镇企业的发展也一直是困扰农村环境的一大难题。据1991年和1997年两次全国乡镇工业污染源调查,乡镇工业二氧化硫、烟尘、化学耗氧量和固体废物排放量分别增长了22.6%、56.5%、246.6%和552%;在全国主要工业污染物排放总量有所控制的情况下,乡镇企业排污量却在增长,这将对水环境构成严重威胁。 2.4 经济政策不配套,污染治理资金严重短缺 在计划经济体制下,我国污染防治资金以国家预算内资金为主。随着市场经济体制的建立,完全依靠行政手段管理环境已经不能奏效。但是,由于市场经济条件下的环境经济政策体系尚未建立,多元化的环境保护投资体制难以形成。作为促进污染防治的重要经济手段排污收费制度,目前还很不完善。主要问题是,排污收费标准过低,不能发挥刺激污染防治的作用。超标排放污水收费作为排污收费的主体,其收费额不足污染处理设施运行成本的一半;污水排放收费最高不超过0.5元/l;排污收费项目不全,主要对象是大中型企业和部分事业单位,城市污水处理费仅在少数城市开征,而且收费标准较低,“污染者付费”的原则没有充分体现;排污费的转移支付机制尚未建立,流域内上下游之间缺乏利益补偿政策,水资源的开发利用与保护不协调,造成水资源的浪费。 “九五”期间我国环境保护投资有了大幅度提高,特别是国家采取积极的财政政策,在扩大内需中把环境保护作为重点投资领域,一些水污染防治重点项目得到国债资金的支持。但是,由于环境保护资金渠道狭窄,投资量小,污染治理资金短缺的问题仍然非常突出。按计划,“三河三湖”水污染防治约需资金1260亿元,但是目前已经落实的资金与需求相差甚远。1998年国家增发财政债券和银行贷款资金用于基础设施建设,分配给淮河流域10亿元财政债券资金用于城市污水处理厂建设。但是,这些资金仅为淮河城市污水处理厂总投资的16.5%,而且投资项目达34个之多。由于地方配套资金不足,开工的项目不少,却因缺乏资金施工建设进度缓慢,很多工程至今投资尚无着落。 3. 关于水污染防治的政策建议 我国是在经济技术相对落后的情况下实现经济快速发展的。人口基数大,人均资源少,环境污染和生态破坏的防治将是一项长期的战略任务。特别是水环境污染问题的解决不可能一蹴而就,需要经过一个艰苦的治理过程。因此,我们必须在认真总结“九五”期间水污染防治经验教训的基础上,借鉴世界一切成功的经验,结合我国的具体情况,不断加强政策创新、制度创新和技术创新,逐步走出一条具有中国特色的水污染防治道路。 3.1 在决策中控制新的水环境问题产生 国家和地方各级政府,在确定经济发展速度、制定国民经济和社会发展计划、资源开发计划、区域开发计划,以及制定经济技术政策,进行重大经济决策时,应当对实施这些决策可能产生的环境影响做出科学评价,评价的结论作为各级决策的依据。在决策中综合考虑环境、经济和社会因素,统筹兼顾,使发展对环境的影响降低到最小。建立科学的评价指标体系,设置专门的评价审议机构,并使这一制度法制化,逐步建立起依法决策的运行机制。 区域经济的发展要充分考虑水资源保护。限制缺水地区发展耗水型产业,调整缺水地区的产业结构,严格控制高耗水、高耗能和重污染的建设项目。近期应重点调整北方缺水地区的产业结构,防止水资源短缺问题进一步加剧。生态环境脆弱地区的经济发展应考虑为生态用水留有余地,防止因过度开发导致下游地区河湖萎缩、土地沙化、生态退化。在水源地区,引导和组织水源地生态经济体系建设,避免水源地区经济发展导致下游城市水源污染。 3.2 资源的开发和利用要坚持开源节流并举的方针 大力开展节水活动,采取有效措施,减少水消耗。有组织地推行节水、高效的农灌技术;完善科学的农业用水管理措施,尽快改变农业生产大量耗水的局面。制定单位产品用水定额和水重复利用率考核指标,建立工业用水考核制度;明确规定冷却水及工艺用水等工业废水必须循环利用和再生利用;大力发展水的闭路循环使用,最大限度地减少废水排放量。 在开展节约用水,解决我国水资源短缺的同时,全面加强水污染防治,特别是重点流域的水污染防治。流域治理的重点在城市,城市工业废水和生活污水的治理,要走集中与分散治理相结合和废水资源化路子。因地制宜地建设污水处理设施,处理后的污水要用于工业冷却水、城市景观和园林绿地用水等。 3.3 建立和完善资源有偿使用制度和价格体系 国家有关部门应抓紧组织开展资源定价研究,有计划地对关系国计民生的重要资源和国家稀缺资源制定分类指导的价格政策,尽快改变“资源无价”,资源产品低价的不合理状况,使水资源价格体现资源价值、资源利用和污染防治费用。同时,积极推进水资源资产化管理进程,加强资源核算体系的研究,为逐步将水资源核算纳入国民经济核算体系创造条件。 3.4 完善环境经济政策 抓紧制定有利于环境保护的环境经济政策,进一步强化市场经济体制下的环境经济手段。尽快提高排污费标准,使之高于污染治理成本;制定水污染防治相关政策,建立资源更新的补偿机制;全面实现“污染者付费”的原则,在用水收费中,普遍增加污水处理费,作为城市污水处理厂运行费用;环境保护作为“市场失效”的领域,特别是环境科技研究与开发、环境保护基础设施建设等,国家应加强产业政策支持。同时,鼓励和推动环境保护基础设施建设和管理的企业化。 积极建立环境税收制度。扩大资源税的征收范围,对地下水等稀缺资源征收资源税;对新建污染项目征收固定资产投资方向调节税,控制结构型污染;对现行排污费与费改税进行利弊分析,探索征收污染附加税;对从事城市污水处理的企业实行零税率;对生产再生资源和利用再生资源生产的产品,应给予税收减免的优惠。 3.5 大力推行清洁生产 工业部门要加快产业结构调整,合理调整工业布局,推动资源消耗小、效益高的高新技术产业发展。结合技术改造推行以清洁原料、清洁生产过程和清洁产品为主要内容的清洁生产。要把清洁生产当作在可持续发展战略指导下的一次工业企业的全面改造,在全国所有工业企业推行清洁生产。通过加强环境管理审计,建立科学的管理体制,促进我国工业向新的技术基础转移,以集约方式提高质量,降低消耗,增加经济效益。并在此基础上逐步建立我国资源节约型生态工业生产体系。 3.6 加强农村面源污染的防治 农村要推行以改善农业生态环境,加快农村经济发展为主要内容的生态农业生产体系。全面推广种植业、养殖业、加工业合理配置的“大农业”生产模式,注重农、林、牧、副、渔各业全面发展,农、工、商综合经营。把现代化科学技术和传统农业精华有机结合起来,逐步增加有机肥料的使用,减少化肥、农药的使用。开发生物农药技术,推广以菌治虫、以虫治虫的生物技术替代农药。目前,我国已有2000多个生态农业试点,应当在总结经验的基础上,把推行生态农业作为农村经济发展中的一场革命,在全国广大农村普遍展开。逐步把农村富余劳动力从污染型乡镇工业转移到生态农业建设上来。县、乡两级政府要制定生态农业建设规划,国家有关部门要加强技术推广,有计划地在全国乡、村培养一批技术骨干,指导农民发展生态农业。 3.7 加快城镇污水处理厂建设,大力发展环保产业 改革现行城市污水处理体制,实现污水处理厂建设和运营的社会化、市场化、企业化。污水处理厂的建设要引入竞争机制,按照“谁投资谁所有,谁管理谁受益”的原则,建立多元化投资建设、企业化运营管理、社会共同负担费用、政府给予必要的政策扶持的模式。积极探索城镇给排水建设和运营一体化的管理体制。逐步使政府从直接管理污水处理设施的建设和运行中解脱出来,让污水处理真正走向市场。 环保产业的发展应当成为国民经济新的增长点。国家应制定扶持环保产业发展的经济政策,在投资、信贷、税收等方面给予优惠;鼓励一部分产品过剩的企业转向环保产品生产和服务;组建环保产业集团,尽快形成产业规模;抓紧培育环保市场,把原来政府管理的环保服务事业推向市场。同时,要加强环境科学研究,组织开展高浓度有机废水处理等急需的重点水处理技术攻关;加速污染防治和生态工程成套设备的国产化,改变我国环保产业落后的现状,以适应我国污染防治的需要。 参考文献: [1] 钱 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[2] 井文涌.采取有力措施,推进中国水环境保护:水工业与可持续发展.北京:清华大学出版社,1998. [3] 解振华.完成跨世纪的环保任务.科技日报,1999 09 28(1). [4] 周春晖主编.过程控制工程手册[M].北京:化工出版社,1992.[2] 李永和主编.工业酸度计[M].北京:化工出版社,1988.

地下水与地面沉降研究方法论文

城市地下岩土工程是岩土工程的一部分,是城市可持续发展,特别是我国大城市可持续发展所面临的诸多问题之一,更是摆在岩石力学工作者面前的新课题和新任务。 1 城市地下岩土工程是新世纪城市建设的重要环节 随着国民经济的高速发展,我国城市化水平正在快速提高,从1990年的18.96%提高到1997年末的28.9%。城市化水平的提高标志着城市工程建设的飞速发展。但是,我国城市建设基本上沿用“摊大饼”的粗放发展模式,给国民经济带来不应有的损失。主要是: (1)城市范围无限制地外延扩展,耕地损失严重。据卫星遥感资料判断和测算,1986~1996年间,全国31个特大城市城区实际占地规模扩大50.2%,有的城市占地成倍增长。另据预测,至2010年,我国城市总数将从1996年的640座增加到1 000座,其结果是占用了大量耕地。到下世纪中叶,我国城市化水平将提高到65%左右,这意味着城市人口将比1990年增加7亿多人,按每个城市人口用地100 m2计,将占用耕地1亿多亩。土地问题是我国可持续发展的关键,城市人口急剧增长与地域规模的限制已成为城市发展的突出矛盾,城市 发展非走节约土地的集约化发展模式不可。 (2)城市人口密度大,形成了所谓的“城市综合症”。首先表现在城市交通阻塞,行车速度缓慢。例如北京市干道的平均车速比10年前降低50%以上,且正以年递减2 km/h的速度持续下降。上海、北京每公里道路的汽车拥有量相应为506辆与345辆,为发达国家大城市相应拥有量的1倍及至数倍。其次是,由于城市基础设施落后于城市面积的扩展和城市人口的增长,造成城市环境的恶化。当前我国城市环境形势日趋严重,大气污染日趋加剧,全国500多座城市大气质量达到一级标准的不到1%,酸雨面积超过国土面积的40%,重庆等城市尤为严重;城市污水80%未经处理排入江河;城市地下水受到污染;垃圾围城现象普遍;噪声污染普遍超标,建筑空间拥挤,城市绿地减少,生态恶化。 (3)城市总体抗灾抗毁能力偏低。在城市总体规划中,除防洪、防空外,目前尚缺少综合防灾的内容,城市基础设施的防灾措施处于空白。为了克服这方面的弊端,解决城市人口、环境、资源三大危机,医治“城市综合症”,实施城市可持续发展,世界发达国家都在把地下空间作为新的国土资源,开发利用城市地下空间,成为越来越受到重视的城市建设指导方针和发展方向。 城市功能空间能转入和宜转入地下的领域是很广阔的,包括商业、交通、部分市政设施、文化娱乐休闲、部分工业生产、仓储、防灾(避难)和救灾空间等。充分利用地下空间是城市立体化开发的最重要组成部分。它可以达到扩大空间容量、提高开发集约度、消除步车混杂、交通顺畅、商业更加繁荣,地面绿地增加,环境优美开敞,购物与休闲,娱乐相互交融的多功能效果,与向城市上空发展的模式相比,是一种更为合理的发展模式。 向地下要土地、要空间已成为城市建设发展的必然趋势,显示了无比的优越性。我国及国外大城市的地下商业城(街)、地下车库、地下影剧院、地下铁道、地下人防系统,是众所周知的城市地下工程。有的国家已开始实施和计划采用地下污水收集和处理设施、地下垃圾处理厂、地下超导磁直接储存电能、地下供热供冷系统、地下多功能公用隧道(共同沟)以及具有抗灾功能的地下空间系统。它们是未来城市建设的发展方向。 2 城市地下岩土工程的特点及难点 众所周知,地下岩土工程是一个具有悠久历史的领域。可以说自有人类以来就有岩土工程,特别是进入工业社会以后岩土工程处处存在,但是城市岩土工程,除了传统的地面房层工程外,地下岩土工程却是随着现代城市的兴起而发展的。经过最近几十年的实践,无论从设计、施工、设备和工艺,还是理论、技术和经验,都已达到相当高的水平,特别是深埋地下岩石工程,更是达到了较成熟的程度。 但是,城市地下岩土工程却具有与一般岩土工程不同的特点,主要是:多数埋深较浅。地面建筑、交通设施密集,地下管线多,开挖造成的影响大,地质条件复杂,多以土体为主,常有膨胀土、沙层、地下水,尤其是沿海沿江城市,淤土、软土的开挖难度更大。因此,城市地下岩土工程存在许多需要解决的特殊问题。主要是: (1)浅埋、超浅埋暗挖施工技术。城市地下工程的埋深,不仅直接影响工程造价,而且关系到工程使用方便与否,因此,城市地下工程一般埋深较浅。在浅埋、特别是超浅埋的条件下,地下工程需要穿越建筑物和线路、街道,地面保护成为施工技术中的首要问题。 (2)复杂、恶劣环境下的开挖技术。诸如流砂层、膨胀土、高压缩性软土淤土、风化破碎岩石、高浓度瓦斯地层、大涌水、硫化氢、岩溶、高应力、地下管线、地面大车流量、大型载重车多、建筑物密集等等,都是地下岩土工程施工中的难题。 (3)大断面隧道开挖、支护技术。主要是地铁车站及商场、仓库、厅、室,其跨度尺寸达10 m以上。 (4)开挖影响控制技术。随着工程埋深的减小,开挖对地面的影响越来越大,在超浅埋条件下,开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关,是地下工程施工中最为复杂的问题。 3 城市地下岩土工程的开挖技术及其适应条件 我国城市地下工程建设起步较晚,随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设,特别是近年来的工程实践,城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下隧道及井孔工程先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等,这些技术有的已达到国际先进水平。 3.1 明挖法 明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点,城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。 明挖法的关键工序是:降低地下水位,边坡支护,土方开挖,结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有: (1)放坡开挖技术。适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖,随挖随刷边坡,必要时采用水泥粘土护坡。 (2)型钢支护技术。一般使用单排工字钢或钢板桩,基坑较深时可采用双排桩,由拉杆或连梁连结共同受力,也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。 (3)连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽,也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷,同时具有隔水效果,适用于软土和松散含水地层。 (4)混凝土灌注桩支护技术。一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁,还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。 (5)土钉墙支护技术。在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔,加入较密间距排列的钢筋或钢管,外注水泥砂浆或注浆,并喷射混凝土,使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。 (6)锚杆(索)支护技术。在孔内放入钢筋或钢索后注浆,达到强度后与桩墙进行拉锚,并加预应力锚固后共同受力,适用于高边坡及受载大的场所。 (7)混凝土和钢结构支撑支护方法。依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系,与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系,承受侧向土压力,内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。 3.2 暗挖法 适用于城市中不能采用明挖法施工的地方,亦适用于松散层及含水松散层地层。 一般应按照“新奥法”原理设计和施工,采用较强的初期支护,先注浆后开挖的方法。施工原则是:“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。一般用30~50 mm钢管超前棚顶导管,然后注入水泥或化学浆,形成“结石体”,以增强围岩自稳能力。每次开挖进尺0.75 m左右,先进行环状开挖,留核心土,预喷5~8 cm混凝土,架拱架和钢筋网,再喷25~30 cm混凝土,形成初期支护,做防水层后再做二次衬砌。 暗挖法有单拱单跨和多拱多跨暗挖施工技术。北京地铁西单车站为多拱多跨。也有三连拱、四连拱、五连拱地铁车站、公路隧道和地下商场。北京天外天地下商场为五连拱结构。还有平直墙暗挖施工技术。国际上传统的暗挖法其顶部都是拱形结构,我国创造出平顶直墙超浅埋暗挖施工技术,如北京长安街过街道。 在岩石中进行暗挖施工时,一般采用钻爆法。为了保护围岩的自承能力,普遍采用光面爆破技术。为了减少对地面的振动影响,还采用微差爆破及合理设计爆破参数等减振技术。 3.3 盖挖法 指的是边坡支护为连续墙、混凝土灌注桩,其上为盖板所构成的框架结构,并在其保护下开挖及结构施工的方法。它具有快速、经济、安全的优点,是较明挖法对环境影响少,较暗挖法成本低的一种方法。适于市区高层建筑密集区。 盖挖法可分为由浅而深地逐层开挖、逐层做结构的盖挖逆作法以及依次开挖至底后再做结构的正作法两种。前者适用于地质条件复杂、开挖断面大的情况,后者反之。 3.4 盾构法 指的是全断面推动园筒状钢盾构进行开挖的方法。施工方法有人工、半机械及全机械化多种。盾构由液压千斤顶推进。用盾构法能完成直径几十厘米至十多米尺寸的隧道,以及双联、三联和四联盾构的大型工程。它适于稳定和不稳定松散含水地层。 从施工技术上看,盾构法有泥水盾构法、土压平衡法(可控制地面沉降)、开敞式机械化盾构、气压盾构、插刀盾构及混合盾构等多种。在岩石地层中,也可采用隧道掘进机(岩石盾构)。 此外,国内外还开发了称为“地老鼠”的非开挖技术,包括导向钻进、定向钻进、冲击矛、夯管、水平顶管及螺旋钻等。我国首都机场跑道下采用这种方法完成一次顶进�273 mm、壁厚8 mm、长110 m作为安装通讯电缆用的钢管。我国最长铺管长度可达500 m,最大铺管直径800 mm,铺设设备达到国际先进水平。 3.5 冻结法 地层冻结法是采用人工制冷固结不稳定松散砂土地层或软岩地层,并隔断地下水的施工方法。在拟开凿的地下工程周围钻凿一定数量的冻结孔,通过冻结管中的供液管,循环由制冷设备提供的低温盐水,使地层局部形成不透水且有一定强度能抵抗地压的冻结壁,并在其保护下进行开挖施工,工程完工后,冻结壁融化,地层岩土恢复原状。此法适用于松散含水地层,已在煤矿广泛采用。上海地铁1#线、2#线的联结通道及泵站、上海杨树浦水厂泵站基坑、北京地铁大北窑区间隧道等复杂高难地段,均用此法获得成功,并首次试成水平冻结技术及液氮快速冻结技术。 3.6 沉管(箱)法 沉管(箱)法是采用将事先预制的钢筋混凝土结构,焊封头部钢板、然后放水浮运沉入到设计的位置来建造水下岩土工程的方法。国外及我国煤矿均有大量施工实例。广州珠江隧道采用了这种方法。适于修建过江、过海隧道的水中部分及浅表土层中的竖井施工。 3.7 钻井法 钻井法是一种用途广泛、技术先进的岩土井、孔施工方法,其全部开挖工程在地面操作,工人不需“入地”,劳动强度小,它是通过专门的大直径钻机(我国最大钻井直径9.3 m)驱动钻杆及钻头钻进,泥浆护壁,压气排渣,井壁漂浮下沉,壁后充填固井等工序,一次超前钻进,分级扩孔成井。我国煤矿已成功采用此法完成47个深井井筒。此外还有由下而上施工的反井钻进技术。钻井法在我国矿山、铁路、交通、国防、水电等复杂及水下岩土工程中得到成功应用。 3.8 注浆法 注浆法指的是通过注浆设备以选定的注浆工艺利用钻孔进行岩土加固的一种施工技术。它早就被广泛应用。根据注浆材料不同有单液和双液注浆,水泥注浆、粘土水泥和化学材料注浆;根据注浆机具不同有重力注浆和压力注浆,有渗透注浆和喷射注浆等。 近年来发展起来的高压喷射注浆法,在岩土工程的加固和治水中更是发挥了独特作用,例如高压旋喷桩法、高压定喷墙法以及水平旋喷法。三重管高压旋喷桩法在上海地铁1#线的施工中,对淤泥地层进行帷幕堵水、防渗加固,效果十分理想。高压旋喷桩与灌注桩结合法在高层建筑地基基坑护坡工程中更是得到广泛应用。 4 城市地下岩土工程中的开挖影响及环境保护 城市地下岩土工程中的开挖影响指的是开挖引起的围岩移动与地面沉降,不包括其它扰民影响。地下开挖必然会在其周围岩土体中引起位移与变形。由于开挖深度小,其影响必然要波及到地面上,但由于开挖宽度有限,其影响也是可以控制的。影响的程度与范围,取决于众多因素。对于浅理、超浅埋隧道式开挖工程,主要取决于开挖方式、断面跨度、导坑形式、机具、支护方式与时机、构件刚度、回填、地面载荷(动、静载)、岩土体性质及地下水抽排等。 据实测研究,隧道式开挖引起的地面沉降,其横剖面一般呈盆状,大体上用可概率积分曲线来描述。 对于浅埋和超浅埋隧道式开挖引起的地面沉降,其最大下沉值大致由开挖空间支护前的下沉、地下水抽排引起的下沉以及开挖空间支护后的下沉等构成。这些下沉可通过采取一定的减沉措施减少到最小程度。从北京、上海和广州等城市的地铁施工实例结果看,北京地铁“复—八线”两侧高大建筑物累计下沉量最大仅为2.5 mm,北京地铁西单车站正上方累计地表最大下沉量也未超过30 mm;广州地铁有一段隧道横穿市区主干道天河路,隧道顶距路面7 m,地层为饱含水细砂层,地下密布有供水管、污水管及电缆线,地面昼夜车流量约12万辆,还有载重30~60 t大型集装箱运输车快速通过。开挖后,据对128个测点观测,最大下沉为20.7 mm,低于国际上地面沉降控制标准。 根据国内外浅埋开挖实践,地面减沉的措施有: (1)围岩预加固。为了加固软弱和松散岩、土体,一般采取导坑或全断面预注浆。对于软弱或破碎岩体,采用单液或双液压力预注浆;对于松散土体,采用单液或双液高压旋喷预注浆。 (2)强力支护。包括预支护、提高支护构件刚度及壁后充填等。预支护有管棚和插板两种方法。管棚钻孔深度受导坑尺寸限制,可兼作注浆管,适用条件广泛。插板需用千斤顶顶进,具有防水效果,但不能用于卵石地层。及时支护可以有效减少支护前的下沉。锁脚锚管是用于分步支护构件基础的稳定,为下部开挖与支护安装创造良好条件,减少上部支护构件的沉降。提高支护构件刚度可以减少支护后的下沉。壁后充填是减少支护构造与岩土体之间空隙的有效措施,在一次支护和二次支护后采用小导管注浆法进行充填。 (3)分步开挖,及时支护。实践证明,分步开挖、及时支护可以有效地减少围岩及地面下沉。例如北京长安街过街道,跨度大(开挖跨度11.6 m)、超浅埋(表土厚度仅0.6~1.0 m)、有动载、地下管线多,为了减少地面下沉,采用“中洞法”分步施工,地面下沉减到24 mm,效果良好。 (4)降水—回灌技术,是治理地下水和减少地面下沉的有效方法,已在北京地铁施工中推广应用。一般是“浅抽深灌”或“前抽后灌”。据北京地铁“复—八线”实测,采用此法后其两侧高大建筑物下沉未超过2.5 mm。 值得研究的是,近年来我国试验成功的“高水速凝材料”,具有快速固结含水砂层的性能。如能在地下工程中进行试验,对于阻隔地下水渗入施工空间,将具有良好的应用前景。 5 国外地下岩土工程开挖技术的新进展 (1)全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工,包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化,同时采用计算机技术进行监控,从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量。 (2)盾构法得到较大发展。近30年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术,日本已生产盾构近万台,用于地铁、铁路、公路,水工及管网施工,已出现双联、三联、四联盾构,能完成三跨地铁车站,开挖宽度达17 m。日本正设想设计直径80 m的盾构,在地下建造人造太阳和住宅区。 (3)微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径2 m以下的盾构。刀盘掘进,遥控和卫星定位控制方向和坡度,然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机,通过切割轮成孔,退回钻杆后安装管线或电缆。 (4)预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装,管片上留有注浆孔,衬砌拼装完成后,由注浆孔向壁后注浆,堵塞空隙,增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达24.48 m。 (5)预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机,采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽15 cm,长4~5 m的槽缝,然后向槽缝内喷射混凝土,并在其保护下开挖土方,做防水层及二次衬砌,形成隧道。 (6)顶管大管棚法。修建地铁车站时,在顶管内灌混凝土,形成大管棚,再在其保护下进行暗挖施工。 (7)微气压暗挖法。就是在具有1个大气压以下的压缩空气环境下,按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水,保证工作面干燥;由于气压存在,可减少地面沉降;还可降低衬砌成本。 (8)数字化掘进,又称计算机化掘进(Data drilling,Computerised drilling),应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时,钻杆的推进是程序化的,从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理3套钻杆,其作用是监督钻杆的运动,必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排,掘进方向由激光束控制,实现了孔的严格定位,从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是:控制隧道掘进的超挖;实现掘进方案的优化;消除了工作面上的人工测量。 作者简介 刘天泉 教授,院士,1927年生,1958年毕业于波兰克拉科夫矿冶学院采矿系,获硕士学位,1959年起至今,在煤炭科学研究总院从事地下开挖影响理论与控制技术研究工作。地址:北京市和平里煤炭科学研究总院,邮码:100013。 作者单位:刘天泉(中国工程院院士,煤炭科学研究总院) 钱七虎(中国工程院院士,总参军事科学技术委员会) 参 考 文 献 1 城市地下空间开发利用设计与施工技术.中国建筑科学研究院,1998(8) 2 钱七虎.可持续城市化与地下空间开发利用.世界科技研究与发展,1998(10) 3 邵根大.北京地下铁路建设中最新的技术进步.北京地铁建设,1994(5) 4 侯景岩等.北京地铁工程降水—回灌技术研究.北京地铁建设,1996(4) 5 洪伯潜等.地下工程特殊施工技术.能源与矿业工程学部学术报告汇编,1998 6 傅同雷.从广州地铁施设中探求防止地面下沉的方法.北京地铁建设,1996(3) 这个很有权威性哦,对您有帮助么?

论地下工程引起的地质问题及防治措施论文

摘要:随着城市建设的大力发展,地下工程建设越来越多,由此引发的各类工程地质问题也逐渐显现出来,根据城市地下工程的特点,对地下工程开挖引起的工程地质问题进行了分析并提出了预防措施。

关键词:地下工程;工程地质问题;预防

城市地下工程具有现场环境条件复杂、施工难度大、技术要求高、工期长、对环境影响控制要求高等特点,是一项相当复杂的高风险性系统工程。但是,地下工程建设一般都在市区内,在其施工过程中常常会引起周围地层的位移、变形、沉降与塌陷等环境地质效应,对周围地面建筑物及基础、地下早期人防和其他构筑物、公共地下管线和各种地下设施以及城市道路的路基、路面等都可能构成不同程度的危害,已经出现并且孕育诸多工程地质问题。

1地下工程开挖引起的工程地质问题

1.1地面沉降

1.1.1地层初始应力状态的改变引起的地表沉降:地下工程开挖是在存在初始应力场的地层中进行的,开挖引起地层初始应力状态的改变,即二次应力场,它是由地层初始应力场与开挖引起的附加应力场的叠加应力场,对应二次应力场开挖的位移场仅是由开挖引起的附加应力场。地表沉降的主要机理是由开挖面的应力释放,附加应力等引起地层的弹塑性变形。引起初始地应力状态改变的主要原因有:

(1)地下工程开挖引起的附加应力;

(2)地下工程施工对地层的扰动和地层损;

(3)地下水渗流引起的地下水位的变化。

1.1.2土体的固结沉降:地下工程施工引起的地表沉降与时间有关。土体内部含水渗出,体积逐渐减少,这一现象成为土的“固结”。随着土体的固结,土体的压缩变形和强度逐渐增长。因此,土的固结所产生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的问题之一。根据地下工程施工的特点总结固结沉降的主要原因有:

(1)地下水位下降引起的固结沉降;

(2)土体空隙水压力变化,引起土体的固结沉降;

(3)土体扰动后,重新固结后产生沉降;

(4)土体的次固结和流变。

1.2洞室围岩失稳

地下开挖后,洞壁围岩由于失去了原有的岩体的支持而向洞内产生松胀变形,如果变形超过了围岩所能承受的能力,围岩就会被破坏。围岩的变形破坏程度常取决于围岩的应力状态、岩体结构和洞室的断面形状等。洞室开挖使地下原来的应力状态被破坏,围岩应力重分布,产生变形位移。

均质岩土体中应力未达到或未超过其强度以前,在开挖过程中的变形,以弹性变形为主,变形速度快,变量小,瞬时完成,一般不易察觉;当应力达到或超过岩土体强度时,塑性变形十分明显,发生压碎、拉裂或剪破。当岩体强度主要由结构面控制时,与上述情况基本一样,但当结构面组合构成围岩不稳定条件时,岩体除了弹性变形外,塑性变形也比较明显,它表现为围岩分离体(岩块)的相互错动,围岩松动时围岩稳定性降低,为进一步松动创造了条件。

1.3斜坡破坏

斜坡破坏主要发生在山区城市,除直接经济损失外,还可能造成人员伤亡,其原因主要是:由于自然地质作用和工程地质作用引发的,而工程地质作用造成的斜坡破坏较自然地质作用频率大。当然决非任何斜坡破坏都能称为地质灾害,但斜坡破坏确属重大的地质灾害类型之一。

斜坡破坏主要形式为滑坡,其影响因素主要有岩性、构造、地形、地震、降雨及人类活动等。其中,许多山体滑坡现象是由地下工程活动引发的,即主要是由于地下工程的开挖或采掘影响到了上部的山体,使岩体开裂,地面倾斜,并在一定条件的配合下,导致山体失稳形成滑坡。在隧道建设中,滑坡现象主要发生在浅埋、偏压及进出口等地段,其危害常常比较严重。为评价斜坡岩土的稳定性,预防斜坡破坏导致的地质灾害,认识引起斜坡破坏的内在原因与外部条件,掌握其运动发展规律显得非常重要,尤其是当前在城市这个人类经济活动的密集区,斜坡破坏造成的经济损失和人员伤亡都是巨大的`,都是由于工程活动不合理造成的。 1.4地下水污染

在城市环境地质中地下水的不良作用主要表现为地下水的侵蚀。地下水的不良作用和地下水污染主要由人为引起。随着经济持续稳定发展,人类活动加剧,对地下水的污染越来越严重,主要表现为:多数城市垃圾随意堆放;工业废水和废液不经处理或初步处理后任意排放。首先污染地表水,经地表水补给地下水或渗入地下水,再污染地下水,使地下水具有侵蚀性,对城市的建筑物基础及地下工程不断侵蚀破坏。

2防治措施

2.1开展详尽的工程地质勘察

工程地质勘察资料是地下工程施工的重要依据,通过详细的工程地质勘察,为设计施工提供需要的参数和指标,确定合理的开挖方案、开挖步骤,如果地下工程建设所涉及勘察资料不详细、不准确,势必给支护工程带来事故隐患。

2.2做好开挖方案的优化选择

地下工程的开挖方法很多,以基坑工程为例,有分层全开挖、中心岛式开挖等等。开挖顺序不同,引起的位移不同,中心岛法的开挖顺序就比从一个方向按顺序向另一个方向的开挖方法,对基底隆起和桩后地面沉降有一定程度地减少。因此,基坑开挖时应做好开挖方案的优化选择。

2.3实行科学的降水设计

水是影响基坑工程稳定的重要因素之一,从实际统计资料来看,约有70%的基坑事故与地下水有关,因此,地下工程建设中应特别注意地下水的影响。地下工程建设绝大多数都需要进行人工降低地下水。要降低地下水位,就要合理地选择降水方法,在此基础上进行人工降水的方案设计,以及进行降水方案的水位预测,通过预测进行降水方案的优化,从而达到最佳的降水方案。

2.4做好现场监测,开展信息化施工技术

地下工程是土体与围护结构体相互共同作用的一个动态变化的复杂系统,仅依靠理论分析和经验估计是难以把握在复杂的开挖和降雨等条件下支护结构与土体的变形破坏,也难以完成可靠而经济的开挖设计。通过施工时对整个工程进行系统的监测,可以了解变化的态势,利用监测信息的反馈分析,就能较好地预测系统的变化趋势。当出现险情预兆时,可做出预警,及时采取措施,保证施工和环境的安全;当安全储备过大时,可及时修改设计,削减围护措施。

2.5积极采用新技术、新方法

工程实践证明,采用基坑内降水、坑内侧土体加固(化学灌浆、石灰桩加固等)、及时支撑并预加轴力、增加挡墙的入土深度、墙外地层中筑帷幕、坑内降水坑外注水、分步开挖、逆作法施工、信息反馈施工法的采用等,对改善基坑变形、提高其稳定性有重要意义。计算机技术方法应广泛地应用到地下工程建设中,如进行数据分析与计算、计算机制图、计算机辅助深基坑设计、信息施工与管理等领域具有十分广阔的前景。

结语

地下空间资源正越来越多被开发利用于各种领域,如地下轨道交通工程、地下街、地下室、地下车库等各类地下工程,已经成为现代城市功能转入地下的重要载体。但是,地下工程建设一般都在市区内,在其施工过程中常常会引起周围地层的位移、变形、沉降与塌陷等环境地质效应,对周围地面建筑物及基础、地下早期人防和其他构筑物、公共地下管线和各种地下设施以及城市道路的路基、路面等都可能构成不同程度的危害。因此,研究城市地下建设工程引起的地质问题及其防治措施具有相当重要的现实意义。

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  • 地下水污染治理研究论文
  • 地下水与地面沉降研究方法论文
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