太原汾河濕地防滲透地質是什麼
『壹』 太原汾河濕地公園的綜合概況
濕地是水深不超過6米,天然或人工、長久或暫時、靜止或流動的淡水、半鹹水或版鹹水的沼澤地、泥炭地或權水域地帶,是全球三大生態系統之一,被譽為「地球之腎」。具有涵養水源、凈化水質、調蓄洪水、調節氣候、維系生物多樣性等重要生態功能。太原汾河濕地公園按照濕地的特性,恢復城市局部自然生物的多樣性,以實現城市生態系統的良性發展。
『貳』 生態水文學與生態水文地質學
萬力
人類進入21世紀後,淡水資源短缺已成為僅次於石油資源短缺的全球性戰略問題,而水資源的可持續利用則是保持經濟發展和維護社會穩定的關鍵。生態水文學是都柏林國際水環境會議(1992)提出的一門獨立的學科,人們希望通過該學科的研究和發展,探索出一條人類走出水資源短缺困境的道路。目前,聯合國教科文組織國際水文計劃也將水文生態學作為重要研究領域之一。該學科的最終目標是在保持生物多樣、保證水資源數量和質量前提下提供一個環境健康、經濟可行和社會可接受的水資源持續管理範式[1]。在這可持續發展理念的影響下,各國學者開始從不同的角度和視野探尋水文學及其子學科與生態之間的相互作用關系。
當一種理念關繫到人類的生存乃至社會的發展時,也就是新學科的誕生之際。我國擁有廣大的乾旱半乾旱地區,地下水在整個水資源中佔有極高的比率,實現地下水資源可持續利用已成為整個社會可持續發展中的重要組成部分。近幾年,生態調查已是國土資源調查的內容之一,但在具體實施過程中,明顯感覺缺少理論和學科基礎。本文從生態水文學學科的發展過程入手,對生態水文地質學的研究對象、內容和方法進行了初步探討,提出了現階段我國社會發展中生態水文地質學研究的主要任務。
1 生態水文學
目前,生態水文學(Eco-hydrology)的定義較多,不同的學者從各自研究的角度給出了生態水文學多種定義。該學科最初(20世紀70~80年代)源於濕地生態學中的濕地生態系統的管理和恢復領域。Wassen(1996)認為生態水文學是一門旨在幫助更好地理解濕地生態系統自然發育以及評價濕地生態系統價值、保護和恢復濕地生態系統的應用學科[2]。Baird(1997)則認為生態水文學是研究水文過程與植物分布、生長相互作用的水文學與生態學相互作用的一門交叉學科,其研究對象不僅包括濕地生態系統,而且還涉及乾旱地區生態系統、森林和疏林生態系統、江河生態系統、湖泊生態系統及水生生態系統等[3]。
生態水文學已成為當今熱門的學科。其主要研究內容為陸生環境與水生環境植物與水分關系,闡述和探討不同環境中植物-水分的各種相互作用問題;在流域尺度上研究水文和生物相互功能關系;在生態模式和生態過程的基礎上,探討影響植被變化的水文學機制;在質量守恆和能量守恆的基礎上,在周圍環境不同的情況下,研究生態變化過程的機制;研究水文循環與生態系統之間的相互作用機理和過程[4]。
從波蘭(1998年)召開的生態水文學專項研究會議(UNESCO/IHP)也可看出該學科的研究主題:①水文格局的生態效應。Wangner I.等研究了一低地水庫恢復過程中支流水文格局對生物過程的影響;Brinkman W,L.F.等對波蘭Plock附近Vistula河洪泛平原結構和功能的研究。②對尺度效應的進一步探索。Kemp J.L.等對生境尺度的河流生態水力學進行了研究;Schuller D.等使用「斑塊網路概念」對德國西南部濫用土地的恢復進行了研究。③水文過程的生態環境效應。Biawas S.P.等研究了布拉馬普特拉河(雅魯藏布江)對喜馬拉雅山東北部漁業生態的影響;④模型與制圖的研究。Tatrai K.等研究了Kis-Balaton水保護系統在水質控制中的應用;Timchenko V.等研究了第聶伯河河口帶生態現狀和水質模型;Witte J.P.M.研究了利用生態群組進行生態系統類型圖的製作;Thiele Michael 研究了垂直土柱中溶質運移的Park分析方案。此外,1998年9月和2000年分別在捷克的Liblice、比利時Gent召開了ERB的第7次和第8次研究會議,都也都強調了以上主題研究。
在我國,生態水文學方面研究起步較晚。2000年以後我國學者才開始重視,並將生態水文學介紹到國內來,目前尚處於起步階段。我國是一個水資源貧乏的國家,隨著國民經濟快速增長和生活水平的提高,水資源的需求日益增加。與此同時,生活污水和工業廢水污染造成的水污染日趨嚴重。清潔淡水的短缺對我國國民經濟持續發展的瓶頸作用日顯突出。目前,為解決我國能源短缺,幾乎所有可建水電站的大小江河都已建成或正在擬建不同規模的水電站。水電站建成必然會改變江河、湖泊的水文過程及與其有聯系的地下水的水文地質條件,對流域內生態環境將產生重大影響。迄今為止,各流域尚未做過系統的生態水文學的研究和調查。顯然在一定經濟條件下保持生物多樣性、水質、水量和諧平衡,實現淡水資源的可持續利用,我國還有許多研究工作要做。這種實際的需求背景將為生態水文學在國內的發展提供一個巨大的發展平台。
總之,生態水文學是一門年輕的學科,它從生態水文過程著手研究水環境系統的演化和演變對生態系統的現在及潛在影響和作用,以期實現對淡水資源(包括江、河、湖泊、濕地、地下水)全過程的管理,實現社會、經濟可持續發展的目的。由於生態環境和水環境的多樣性和復雜性,因此到目前還未形成完整的系統理論框架和方法體系。生態水文學涵蓋范圍廣,研究內容彈性極大。大尺度的可從全球性的視角來研判水文系統變化對生態系統的耦合作用,小尺度可深入到微生物的級別來探尋生物個體水質代謝過程等。從研究范圍和內容來看,生態水文學本身可分為一系列的子學科,如水文學包括有河流、湖泊、濕地和地下水等子學科,當它們與生物種群、生物群落、生態景觀等,便構成一個多層次的完整學科群。隨著不同層次上的生態水文學的發展和完善,許多子學科也會逐漸成熟,從而帶動整個學科的發展。
2 生態水文地質學
俄羅斯學者V.N.Ostrovski(1991)提出了「生態水文地質學」的概念,將水文地質的概念引入生態系統中。他認為,生態水文地質學研究的目的是控制地下水圈的體制以防止發生一些不可逆轉的對生態環境不利的影響;一方面要預防人類活動對生態環境產生不利的影響;另一方面要科學地預測人類活動對生態環境所產生的影響[5]。
美國《地下水》雜志2003年第三期社論指出,社會上關心的問題不僅僅局限在水文學上。比如說,對泉、湖、河流、濕地抽水會有什麼影響?面對這樣的問題,水文學家通常收集大量的水文地質資料,建立一個模型,然後得出關於水位下降、流量減小的精確估計。但是,這並不是公眾所關心的。公眾關心的是,抽水會對與該系統相關的植物、鳥類、魚類以及其他一些感興趣的動物產生什麼影響?為了讓「生態水文學」不只是一個時髦名詞,水文學家必需參與交叉學科的研究。不僅涉及解釋水文原理和概念,而且包括學習和了解生態原理和概念。這將意味著新的研究中,往往是用定性的語言和統計數據來描述,而不是傳統水文學上的定量方程和確定性模型[6]。
目前,國外從事地下水研究的學者開始關注地下水與生態環境之間的內在關系。學科領域間的拓展與融合向從事地下水研究工作的水文地質、地下水管理方面的學者提出了新的要求。社會公眾需要從事地下水文學工作的學者將生態學納入到今後的研究和調查工作中,回答開采地下水可能引發的各種生態問題,並有效地迴避由此帶來的風險。
作者認為,生態水文地質學是一門研究地下水與陸生植被生態間相互作用過程和機制的學科。陽光、大氣、土壤和水是生命存在的四個基本要素,在地球表面後兩個要素的時空變化差異性最大,對植被生長的影響也最大,大氣降雨和地表水體也必須進入土壤後才會對植被的生長發揮作用,而水與土壤的相互作用正是水文地質學的研究領域。因此,有理由相信生態學與水文地質學的交叉必將加深人們對生態系統演變和演化過程及其機理的認識。
藉助生態學和水文地質學的研究方法,融合兩個學科的研究成果,在保持生態多樣性的基礎上維持地下水水量和水質的均衡,預測地下水水文過程對生態環境的影響效應,實現地下水資源可持續利用的目的,是生態水文地質學當前的主要任務。地下水與地表水的水文過程有很大的區別,而且也不盡相同。地下水的水文過程除受控於地形、地貌、植被、氣候、降水等因素外,還受控於地質條件、水文地質條件即含水系統結構及其補給、徑流、排泄條件等,並且地下水與地表水有著一定的聯系。因此,水文過程遠比地表水復雜。地下水水文學與生態水文學相互融合所涉及的學科,有地質學、地貌學、水文地質學、地下水動力學、植被生態學等。隨著研究的深入,該學科將逐步形成自己特有的知識結構和理論體系。
近幾十年來,隨著我國經濟發展和人口增加,出現了許多與不合理利用水資源有關的生態環境問題。西北地區乾旱內陸盆地水資源綜合利用問題。內陸盆地中生態需水大部分靠注入盆地的內陸河流來水量維系。由於絕大部分天然綠洲沿河分布或位於洪沖積扇前緣的地下水排泄區,生態環境十分脆弱。近幾十年來,因上游修建水庫、中游農業用水、生活用水量劇增,引起下游地區來水量減少,地表水、地下水水文過程發生改變,導致綠洲和荒漠植被系統因缺水而退化乃至消亡,大面積的荒漠化,成為沙塵暴源區。我國西部著名的額濟納旗和河西走廊西部兩個沙塵暴源區形成與內陸河流水文過程變化和地下水文過程變化有密切關系。在保護好生態環境基礎上,實現乾旱內陸盆地水資源綜合利用是順利進行西部大開發的首要問題之一,不僅關繫到西部大開發的成敗,也是關繫到西北沙塵暴的治理。
三江源是我國長江、黃河和瀾滄江的發源地,是世界上海拔最高、面積最大、濕地類型最豐富的地區,同時也是世界上高海拔地區中生物多樣性最集中的地區,被譽為「高寒生物自然種質資源庫」。目前,出現了一系列極為嚴重的生態水文環境退化現象。湖泊和濕地面積縮小或乾涸,河流量減小。特別是黃河源區的斷流,尤其是20世紀90年代後期連續三次斷流,更是引起了全社會的廣泛關注。源區水土流失嚴重,土地沙化面積仍在不斷擴大;荒漠化和草地退化問題日益突出;蟲鼠害加劇,黑土灘遍布;受威脅的生物物種占總類的20%以上。若源區的生態環境惡化持續下去,不僅會導致源區水源涵養功能喪失,而且因失去植被覆蓋形成高海拔的沙源區,將嚴重威脅到源區下游的安全。因此,如何運用生態水文地質學結合凍土學、高原植被生態學等有關學科,對源區生態惡化原因進行研究,制定切實可行的生態修復方案是十分緊迫的任務。
生態水文地質學尚有許多領域有待開發和探索。目前,在我國開展生態水文地質學研究,可以考慮以下幾個方面:
(1)區域尺度陸生生態狀況的定量描述。該問題是研究生態與土壤和水之間相互關系的基礎,也是生態水文地質調查的主要任務。生態狀況的變化在空間上有巨大的差異性,在時間上又有周期性、趨勢性和隨機性的特點。以研究地下水運動的尺度定量刻畫地表生態狀況的時空變化,從理論和方法上都需新的探索。
(2)區域水文地質條件及其變化與植被生態格局的關系。研究不同尺度地下水系統的補給、徑流、排泄條件對植被生態格局的控制及其相互影響,尤其要研究在人為作用干擾下,地下水水文過程發生變化對植被生態系統的影響。
(3)包氣帶多重界面水分水質轉換機制及其生態效應。包氣帶是地下水與地表水系統、大氣圈以及植被生態系統相聯系的重要紐帶,包含水分轉化、水質轉化等多重界面。大氣降水一部分通過包氣帶滲入補給地下水,另一部分為包氣帶持有,供給植物生長,通過蒸發和蒸騰作用與大氣進行水量交換。雖然水文地質學家已對包氣帶中飽和水、非飽和水以及毛細水的運移規律曾做過較為詳細的研究,但對包氣帶中氣態水通過蒸發與凝結作用所引起的水分分布變化研究較少,這對查明我國西北荒漠植被生長的水環境卻顯得十分重要。
(4)包氣帶的生物和地表生態對水的凈化機制。孔隙介質組成的包氣帶具有對滲入水有過濾、吸附、離子交換和生物化學降解作用,尤其是含有粘粒的亞砂土、亞粘土構成的包氣帶,顆粒比表面積大,孔隙多,具有微生物生長良好的水、熱、氣條件和繁衍空間,在一定條件下,包氣帶的生物降解作用不容忽視,而表層土壤中的植物根系對進入土壤中的水也有凈化作用,兩者共同構成包氣帶對水的生物凈化功能,功能的強弱取決於包氣帶的岩性、結構、植被類型和覆蓋率。
(5)潛水含水層中地下水各種物理化學過程的生態效應。地下水運動過程中各種物理量(流量、水位、水量等運動要素)和化學成分的變化,會很大地影響土壤性質,導致植被生長條件的變化。如土壤鹽鹼化、沙漠化和荒漠化就是該過程的具體表現。
(6)高寒地區氣候變化對地下水的影響及其生態響應。高寒地區通常是生態脆弱地區,對氣候變化的反應最為敏感,是研究全球變暖對人類生存環境作用機制的理想區域。
(7)陸生生態系統分布與地下水系統之間的相互作用及反饋機理問題。生態系統與地下水資源有著密切的關系,完好的生態系統對地下水資源有良好的涵養作用,同時地下水系統也滋養著生態系統,兩者間存在密切的依附關系。目前1:20萬水文地質調查范圍覆蓋我國大部分地區,基本查明了區內地下水系統的結構和特徵,若查清生態系統與地下水系統之間的相互作用及反饋機理問題,將有利於從大尺度的角度對地下水資源的可持續利用,做出合理決策。
以上問題的研究將會大大促進生態水文地質學的發展,為解決當前許多已經出現的生態問題奠定基礎。
3 結語
生態水文地質學是一門生態學與水文地質學交叉滲透後形成的學科,是地下水可持續利用的理論基礎。其中地表生態系統與地下水系統之間的相互作用過程和機理是該學科的核心研究問題。隨著知識結構和理論體系的不斷完善,該學科必將在我國實施可持續發展戰略的過程中發揮巨大的作用。
參考文獻
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[2]Wassen M J.Groutjans A P.Ecohyrology:an interdisciplinary approach for wetland management and rescoration[J].Vegetation,1996,126:1~4
[3]Baird A J.Wilby R I.Ecohyrology:Plants and water in terrestrial and aquatic environments[M].London:Routledge,1998.346~373
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[5]Evgeni V.Pinneker:水文地質學的新概念及其生態問題[J].地學前緣,1996.Vol.3.No.12,49~55
[6]Randall J H and Douglas A W.Ecohydrology-Why Hydrologists Should Care[J].Groundwater,1998.Vol.41.No.3:12
『叄』 濕地退化環境地質指標體系
一、濕地退化地質環境調查指標體系
一般將所有的濕地退化指標體系歸為三類:
(1)反映外界對濕地生態系統干擾的指標,稱為影響指標。由於對濕地的干擾並不局限於濕地范圍,而可能在整個流域或集水區范圍內產生。因此,該類指標的選取借鑒流域生態學的思想,以流域或集水區為單元進行。
(2)反映濕地自身狀態及對外界干擾產生響應的狀態指標。這類指標屬描述濕地生態系統結構或功能的狀態參數,且在濕地退化過程中變化最為顯著,能有效指示濕地的退化過程。由於狀態指標反映的是濕地自身的狀態,該類指標只能在濕地范圍內選取。
(3)反映濕地退化對地質環境造成的危害結果的指標,稱為後果指標。反映的是濕地退化對地質環境造成的危害。
通過對我國濕地退化原因和退化表現形式及退化程度的分析,從濕地退化的原因中提取出了濕地退化的影響指標,從濕地退化的表現形式、自然環境變化和社會經濟發展中提取出了濕地退化的狀態指標,從濕地退化導致的危害結果提取出了濕地退化的後果指標,構建出濕地退化指標的一級指標體系。在此基礎上,對一級指標進行細化,提出可直接測度的次級指標,作為二級指標,從而構建出完整的濕地退化地質環境調查指標體系(表5-2)。
表5-2 濕地退化環境地質指標框架
表5-3 我國不同區域濕地退化影響指標的監測強度*
(一)影響指標
描述與刻畫造成濕地退化的外界干擾的變數,可對濕地退化的原因進行監測和度量。該類指標應在整個流域或地下水盆地內進行測量,而不能僅限制於濕地本身。包括直接影響和間接影響兩方面的六類一級指標:流域水文與水文環境地質指標、流域污染物排放指標、濕地資源開發利用指標、地質災害(水土流失、海岸侵蝕、海平面上升和海水入侵)指標、自然環境變化指標和社會經濟發展指標。每類指標又由若干可直接測度的二級指標(表5-2)或三級指標構成。
由於我國不同區域濕地退化的主控因子不同,在濕地退化影響指標的監測強度上有所差異,具體見表5-3。對於內陸濕地,「地質災害」一級指標中的「海岸侵蝕」、「海平面上升」和「海水入侵」3項二級指標不予監測。
(二)狀態指標
描述與刻畫濕地生態系統結構和功能的變數,可對濕地是否退化、退化程度和退化過程進行直接度量。該類指標的測量只在濕地范圍內進行。包括5類一級指標:濕地景觀指標、濕地生物指標、濕地水文指標、濕地水質指標和濕地土壤(底泥)指標。每類指標又由若干可直接測度的二級指標(表5-2)或三級指標構成。
(三)後果指標
描述和刻畫各種驅動力和影響因素對地質環境作用的結果的指標。該類指標不僅要在濕地本身測量,也應擴展到整個流域范圍。包括8類一級指標:濕地萎縮指標、生物多樣性降低指標、水源涵養功能喪失指標、水質惡化指標、富營養化指標、區域小氣候改變指標、凈化功能降低指標、生物棲息地喪失指標。
二、濕地退化地質環境監測指標
在濕地調查指標中,選取可調控,具有可操作性的監測指標,便於相關管理部門對濕地退化實施的可靠有效措施,見表5-4。
表5-4 濕地退化地質環境監測指標
其中,水利工程:以水資源開采量或者供水變化率來表示,定性與定量相結合。
污染物排放:以污水排放量或者農葯(化肥)利用率來衡量。
濕地面積:以現有濕地面積內退化濕地面積的百分比來表示,可以濕地的鹽鹼化,沙化,植被退化面積來衡量。
水量均衡:以濕地地表水位、地下水位變化率表示,定性與定量相結合。
濕地水質(水質級別):其可用水質級別量化。河道及沼澤地水質,以《地面水環境質量標准》(GHZ Bl—1999)中Ⅲ類水域水質標准評定。
水量:以水源保證率來計量。
濕地退化監測指標分級見表5-5。
表5-5 濕地退化地質環境監測指標分級
『肆』 太原汾河濕地怎麼停車
勝利橋東美特好就可以停車
『伍』 太原汾河公園管道橋具體位置
汾河濕地公園
地址:迎澤區濱河東路(森林公園正門對面)
附近公交站台:
龍灣版寫意小區-公交站685米
途經公交車權:71路75路904路
公交童星幼兒園-公交站847米
途經公交車:865路
公交童星幼兒園(興華北街)-公交站866米
途經公交車:69路615路801路865路
辰憬天地-公交站932米
途經公交車:835支
電車公司-公交站945米
途經公交車:19路808路832路
『陸』 太原汾河濕地公園是不是汾河公園
濕地公園在汾河公園的北面
『柒』 太原濕地公園的位置
太原市濱河東路東,森林公園附近。
『捌』 太原汾河濕地公園的介紹
太原汾河濕地公園,南起勝利橋北1號橡膠壩,北至森林公園西門北側500米,全長2.4公里,建設面積120萬平方米。其中水域面積60萬平方米,綠地面積50萬平方米,廣場道路面積近10萬平方米。
『玖』 地質構造控制論的實例——防禦長江洪水泛濫的地質基礎
洪水泛濫成災是自然災害中的一項重大災害。1998年10月日北京青年報報道:據民政部公布1998年災情截至10月12日全國共有3.8億人(次)受到各類災害影響,因災死亡4610人,造成直接經濟損失3072億元。特別是入汛以後,長江出現了繼1954年的一次全流域性的洪水,嫩江、松花江流域出現超歷史記錄的特大洪水,許多省區重復受災,造成嚴重損失。據民政部統計,受水災影響,全國29個省(市)2.3億人(次)不同程度受到災害影響,因災死亡3656人,緊急轉移安置2044萬人;倒塌房屋733萬間,損壞房屋1379萬間;農作物受災2544萬公頃,成災1599萬公頃,絕收614萬公頃;水災造成經濟損失2642億元。1998年水災造成的經濟損失占自然災害造成的損失的80%以上。
洪災過後,各界都在反思,經過論證得出結論:「我們別無選擇,必須一方面立即停止上游亂砍濫伐,另一方面刻不容緩地加緊中下游清淤、整治河道。從這個角度來說,防洪治洪比抗洪更為重要」。北京青年報1998年10月18日以「中科院百名專家呼籲全流域重建長江生態環境」為題,報道了專家們為長江勾畫了「上蓄、中防、下排」的防洪遠景:「即首先將大量雨水留存於有綠色水庫之稱的森林中,並在上游築壩控制流量,然後在中游採取加固堤壩、平垸行洪等綜合措施防禦洪水,再在下游地區寬留滯洪區和行洪道以利排泄」。這些意見無疑都是正確的,但並不全面。水是天上降下來的,匯集成洪水是植被破壞造成的,江水中泥沙含量高是植被大量破壞的結果,這是形成洪水和河道淤積的重要原因,但是形成地上懸河和洪水泛濫成災並不都是這些原因,著者認為與洪泛區的地質條件密切有關,防洪大堤設計不僅要根據水文資料,而且必須充分考慮地質資料。
1.大江大河洪水泛濫特點
洪水是大氣降水到地面匯集成的水流,水流大者稱為洪水。洪水不一定都成災。成災者系洪水漫出河道,淹沒耕田、村莊和城鎮,造成經濟損失的自然現象。一般河道洪水泛濫也可以淹沒河道兩岸耕地,甚至較小的村莊,淹沒造成的經濟損失一般不大,被淹沒地區在地貌上常劃分為漫灘(低漫灘和高漫灘),這是正常的現象。大江大河產生的洪水泛濫,造成大災的主要是防洪大堤決口引起的。河道兩岸大堤越高,大堤決口引起的洪水泛濫造成的災害越大,這種現象主要產生於大江大河存在有地上懸河的情況下,長江黃河發生的洪水泛濫就是由此產生的。地上懸河是產生洪水泛濫的主要隱患。
地上懸河是指大堤圍限的河道水位高於堤外地面,即河水位高於地面的現象。長江、黃河的中下游都存在地上懸河。在洪水期間由於洪水漫堤、大堤塌方、產生管涌誘發的潰堤都可以引起大堤決口,1998年長江洪水期間引起洪水泛濫的最大威脅是管涌和洪水漫堤。產生管涌的主要原因是受地上懸河高度和大堤下的土質控制的,產生洪水漫堤的原因是大堤高度不夠,這是制定防洪方案和工程設計必須考慮的。
2.地上懸河成因
長江黃河中下游都存在地上懸河。1998年長江荊江河段長江大堤一般高出地面10餘m,也就是說地上懸河一般高於地面十餘米;黃河由於多次泛濫對地面產生淤積,地上懸河較低,但是開封市建設中開挖發現開封古城埋於地下達8m,如果從開封古地面算起,黃河地上懸河高出地面高度遠遠高於長江地上懸河高出地面的高度,其原因在於黃河形成地上懸河地段的開封盆地地殼沉降速度大於長江形成地上懸河地段的江漢盆地地殼沉降速度。
1998年長江洪水流量並不大於1954年,但洪水水位高於1954年,為了防禦1998洪水泛濫,在大堤上加高築有子堤,子堤有的高達2~3m(這里可能有地面下沉造成的原因),也就是說長江地上懸河高於地面12~13m。
地上懸河是怎麼形成的?水利學觀點認為是淤積形成的,也就是說因為長江、黃河河水中泥沙含量大,在中下游沉積,淤高河床形成地上懸河。這種觀點是不完全符合實際的。黃河在歷史上河水中的泥沙含量一直很高,這是事實。可是長江就不是這樣,長江大堤在晉朝時就開始修建,而長江水一直都是清的,新中國成立後由於上游植被破壞,河水泥沙含量才增多,而且愈來愈多。由此可見,說是泥沙淤積形成地上懸河是與實際不符的。著者認為:地上懸河的成因主要在於地質構造因素,對長江是,對黃河也是。長江存在地上懸河的洪泛區在地質上位於江漢盆地,或者稱為江漢近代沉降帶;黃河存在地上懸河的洪泛區在地質上位於開封凹陷盆地內,也就是華北平原沉積盆地里的近代沉降最顯著的開封盆地內。由於地殼下沉,江、河水泛濫,為了防止江、河水泛濫,則築堤束水,隨著地面不斷下沉,大堤不斷增高;由於大堤增高,水深加大,由此導致流速減緩,引起泥沙淤積;由此可見,不是泥沙淤積形成地上懸河;而是地面下沉,築堤束水形成地上懸河。由此可見,單純一味追求加高大堤並非是防禦洪水泛濫的良策,在一定地質條件下,不適當地加高大堤還會對防禦洪水泛濫起到相反的作用。所以在加高大堤時,還應考慮地面不斷下沉這一地質因素對策。
3.防禦長江洪水泛濫的地質對策
前面談到過,洪水泛濫的主要方式有:①洪水漫堤;②潰堤。潰堤產生方式是大堤塌方和管涌。
洪水漫堤主要是由於大堤高度不夠引起的,解決的辦法是加高大堤。大堤塌方可以通過控制築堤質量解決,管涌則不能採用這種辦法解決。管涌則必須通過降低產生管涌的條件來控制。管涌能否產生,主要決定於堤腳下土質成分和滲透水形成的滲透壓力或稱為動水壓力,動水壓力大小控制於滲透水出逸坡降。土質是客觀存在的,滲透水動水壓力或出逸坡降是與修築大堤有關,大堤加高了,形成滲透的水位增高或者說加大了出逸坡降I,增大了動水壓力。動水壓力PV為
地質工程學原理
上式表明,具有重度ρ的流動的地下水的動水壓力與滲透系數和水力坡降(出逸坡降)的二次方成正比。滲透系數(K)和水力坡降(I)愈大時,滲透壓力愈大,愈易引起管涌。
長江黃河存在地上懸河的地段,在地質上屬於沖洪積土質,由粉細砂和粉質粘土組成,比較容易產生管涌。但是它存在一個產生管涌的臨界條件,即臨界出逸坡降或允許出逸坡降I0。這個指標不僅決定於土質,而且決定於土體結構,應該綜合分析給出。
綜上所述,解決長江洪水泛濫問題技術方案,除了已提出的禁止亂砍濫伐,封山育林,進行水土保持,築壩攔水外,還應從地質角度作兩方面考慮:
(1)治本措施——放淤:因為形成洪水泛濫的地上懸河是築堤束水,限制地殼下沉造成地面沉降接受淤積,致使大堤與地面高差不斷加大,隱患愈來愈大。築堤擋水由於地殼不斷沉降,隨之而來的是險情不斷增大,大堤必須不斷加高,這不是長久之計。從長遠來說,最好的辦法是放淤。也就是說通過放淤將沉降地帶填平,減小大堤高度,實際上是對大堤進行壓腳,防止管涌發生。提高大堤的安全度,這是治本的辦法,這是適應自然規律,這就需要政府有計劃地進行,這個難度更大。一個沉降盆地有許多城市,很難全部同時搬遷。但是著者認為這很可能是解決問題的長遠方案。著者認為就長江和黃河的泥沙含量來說,通過20年淤平一個盆地是可能的。地殼下沉速率每年按1cm計,淤平一次我估計至少可以保1000年平安。從歷史來看,長江大堤是晉朝時開始修建的,到現在已經1500多年了,現在淤一次,保證1000多年的安全,從長遠來看是值得的。改道也是一個治理方案,但也不容易,改道最好是改到地殼穩定地區,那就必須把這個區域地質構造搞清楚,特別是要把這個區域的新構造搞清楚,這須要認真論證。地殼總是不斷地在變動,水向低處流,你能控制住河道么,也不是一件容易的事,難度很大。而且,應該看到,目前江水中泥沙含量很高,具有很好的放淤條件。現在上游正在大力開展水土保持,在不久的將來,江水有可能變清,泥沙含量很少,利用放淤措施,治理長江洪水泛濫條件就不存在了,治理長江洪水泛濫的難度就更大了,目前是難得的放淤的良機。應該明確,地殼沉降何時停止,我們還不得而知,所以這兩個方案還不是根治的治本的方案,這是自然規律規定了的,不可能根治,這一點必須清楚。但從長治久安著想,放淤還是上策。
(2)應急方案——加高加固大堤:這是一項簡便易行的應急措施,大堤加高加固一次可以考慮保一百年平安。加固加高大堤應從三個方面考慮:
a.防止洪水漫堤 唯一的辦法是加高大堤。大堤高度的決定不僅要根據水文資料,而且要考慮地殼沉降速率資料。如根據水文資料確定的大堤高度為H,地殼沉降速度為a,大堤設計使用時間假設為100年,則由於地殼沉降需加高大堤高度為a×100,則設計的大堤高度應為H+100a。
b.防止產生管涌 大堤加高了,管涌發生的機會就增大了,必須採取措施降低滲透水出逸坡降,具體的辦法可以採用清淤壓腳或設置防滲牆增大滲透途徑,這是應急措施,也是一項簡易可行的措施。
c.防止大堤坍塌 加高大堤,潰堤的危險性就加大了,在此同時,必須加固大堤。加固大堤的重要措施是合理設計大堤坡度、加固堤腳和加寬大堤。為此,在大堤設計時必須認真考慮動水壓力。河道漲水時必須考慮滲透水在外邊坡出逸問題;退水時必須認真考慮滲透水逸出的動水壓力,採取合適的加固措施。因此,大堤外必須留出一定寬度的大堤加固帶,在進行國土規劃時必須考慮這個問題。
因為地殼沉降人類目前還無法控制,只能採取躲避政策處理,因此不論是為了放淤還是加高大堤,都必須限制地上懸河沿江地段(如沙市、武漢、九江等)的大城市發展,避免造成巨大損失。
上述表明,地質是防禦長江洪水泛濫的不可忽視的基礎依據之一,僅考慮洪水和淤積進行防洪和治洪是不全面的,防禦洪水泛濫是一個綜合課題,必須綜合考慮。進行科學地防洪設計時,既要進行充分的水文氣象論證,也要進行充分的地質條件論證。地質條件論證包括:
(1)防洪設計地區的地質結構、土質成分調查,對產生管涌的允許出逸坡降I0進行論證,這是防洪大堤設計必須的重要參數。如加高大堤,提高了水位,實際上是加大了出逸坡降I,如出逸坡降I出現大於允許出逸坡降I0,大堤很容易產生管涌,引起潰堤;為了防止大堤出現潰堤,需要加大滲透途徑,可以採取加高堤外地面(清淤堆積於堤腳,放淤抬高地面等措施)或於大堤內建築隔水牆,增長滲透途徑。
(2)地殼沉降速度調查研究,這也是進行大堤高度設計必需的參數。如上所述,大堤高度設計不僅要根據水文資料,而且要考慮地殼沉降速率,這是大堤設計的重要參數,應認真研究。