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太原汾河湿地防渗透地质是什么

发布时间: 2021-01-29 09:40:08

『壹』 太原汾河湿地公园的综合概况

湿地是水深不超过6米,天然或人工、长久或暂时、静止或流动的淡水、半咸水或版咸水的沼泽地、泥炭地或权水域地带,是全球三大生态系统之一,被誉为“地球之肾”。具有涵养水源、净化水质、调蓄洪水、调节气候、维系生物多样性等重要生态功能。太原汾河湿地公园按照湿地的特性,恢复城市局部自然生物的多样性,以实现城市生态系统的良性发展。

『贰』 生态水文学与生态水文地质学

万力

人类进入21世纪后,淡水资源短缺已成为仅次于石油资源短缺的全球性战略问题,而水资源的可持续利用则是保持经济发展和维护社会稳定的关键。生态水文学是都柏林国际水环境会议(1992)提出的一门独立的学科,人们希望通过该学科的研究和发展,探索出一条人类走出水资源短缺困境的道路。目前,联合国教科文组织国际水文计划也将水文生态学作为重要研究领域之一。该学科的最终目标是在保持生物多样、保证水资源数量和质量前提下提供一个环境健康、经济可行和社会可接受的水资源持续管理范式[1]。在这可持续发展理念的影响下,各国学者开始从不同的角度和视野探寻水文学及其子学科与生态之间的相互作用关系。

当一种理念关系到人类的生存乃至社会的发展时,也就是新学科的诞生之际。我国拥有广大的干旱半干旱地区,地下水在整个水资源中占有极高的比率,实现地下水资源可持续利用已成为整个社会可持续发展中的重要组成部分。近几年,生态调查已是国土资源调查的内容之一,但在具体实施过程中,明显感觉缺少理论和学科基础。本文从生态水文学学科的发展过程入手,对生态水文地质学的研究对象、内容和方法进行了初步探讨,提出了现阶段我国社会发展中生态水文地质学研究的主要任务。

1 生态水文学

目前,生态水文学(Eco-hydrology)的定义较多,不同的学者从各自研究的角度给出了生态水文学多种定义。该学科最初(20世纪70~80年代)源于湿地生态学中的湿地生态系统的管理和恢复领域。Wassen(1996)认为生态水文学是一门旨在帮助更好地理解湿地生态系统自然发育以及评价湿地生态系统价值、保护和恢复湿地生态系统的应用学科[2]。Baird(1997)则认为生态水文学是研究水文过程与植物分布、生长相互作用的水文学与生态学相互作用的一门交叉学科,其研究对象不仅包括湿地生态系统,而且还涉及干旱地区生态系统、森林和疏林生态系统、江河生态系统、湖泊生态系统及水生生态系统等[3]

生态水文学已成为当今热门的学科。其主要研究内容为陆生环境与水生环境植物与水分关系,阐述和探讨不同环境中植物-水分的各种相互作用问题;在流域尺度上研究水文和生物相互功能关系;在生态模式和生态过程的基础上,探讨影响植被变化的水文学机制;在质量守恒和能量守恒的基础上,在周围环境不同的情况下,研究生态变化过程的机制;研究水文循环与生态系统之间的相互作用机理和过程[4]

从波兰(1998年)召开的生态水文学专项研究会议(UNESCO/IHP)也可看出该学科的研究主题:①水文格局的生态效应。Wangner I.等研究了一低地水库恢复过程中支流水文格局对生物过程的影响;Brinkman W,L.F.等对波兰Plock附近Vistula河洪泛平原结构和功能的研究。②对尺度效应的进一步探索。Kemp J.L.等对生境尺度的河流生态水力学进行了研究;Schuller D.等使用“斑块网络概念”对德国西南部滥用土地的恢复进行了研究。③水文过程的生态环境效应。Biawas S.P.等研究了布拉马普特拉河(雅鲁藏布江)对喜马拉雅山东北部渔业生态的影响;④模型与制图的研究。Tatrai K.等研究了Kis-Balaton水保护系统在水质控制中的应用;Timchenko V.等研究了第聂伯河河口带生态现状和水质模型;Witte J.P.M.研究了利用生态群组进行生态系统类型图的制作;Thiele Michael 研究了垂直土柱中溶质运移的Park分析方案。此外,1998年9月和2000年分别在捷克的Liblice、比利时Gent召开了ERB的第7次和第8次研究会议,都也都强调了以上主题研究。

在我国,生态水文学方面研究起步较晚。2000年以后我国学者才开始重视,并将生态水文学介绍到国内来,目前尚处于起步阶段。我国是一个水资源贫乏的国家,随着国民经济快速增长和生活水平的提高,水资源的需求日益增加。与此同时,生活污水和工业废水污染造成的水污染日趋严重。清洁淡水的短缺对我国国民经济持续发展的瓶颈作用日显突出。目前,为解决我国能源短缺,几乎所有可建水电站的大小江河都已建成或正在拟建不同规模的水电站。水电站建成必然会改变江河、湖泊的水文过程及与其有联系的地下水的水文地质条件,对流域内生态环境将产生重大影响。迄今为止,各流域尚未做过系统的生态水文学的研究和调查。显然在一定经济条件下保持生物多样性、水质、水量和谐平衡,实现淡水资源的可持续利用,我国还有许多研究工作要做。这种实际的需求背景将为生态水文学在国内的发展提供一个巨大的发展平台。

总之,生态水文学是一门年轻的学科,它从生态水文过程着手研究水环境系统的演化和演变对生态系统的现在及潜在影响和作用,以期实现对淡水资源(包括江、河、湖泊、湿地、地下水)全过程的管理,实现社会、经济可持续发展的目的。由于生态环境和水环境的多样性和复杂性,因此到目前还未形成完整的系统理论框架和方法体系。生态水文学涵盖范围广,研究内容弹性极大。大尺度的可从全球性的视角来研判水文系统变化对生态系统的耦合作用,小尺度可深入到微生物的级别来探寻生物个体水质代谢过程等。从研究范围和内容来看,生态水文学本身可分为一系列的子学科,如水文学包括有河流、湖泊、湿地和地下水等子学科,当它们与生物种群、生物群落、生态景观等,便构成一个多层次的完整学科群。随着不同层次上的生态水文学的发展和完善,许多子学科也会逐渐成熟,从而带动整个学科的发展。

2 生态水文地质学

俄罗斯学者V.N.Ostrovski(1991)提出了“生态水文地质学”的概念,将水文地质的概念引入生态系统中。他认为,生态水文地质学研究的目的是控制地下水圈的体制以防止发生一些不可逆转的对生态环境不利的影响;一方面要预防人类活动对生态环境产生不利的影响;另一方面要科学地预测人类活动对生态环境所产生的影响[5]

美国《地下水》杂志2003年第三期社论指出,社会上关心的问题不仅仅局限在水文学上。比如说,对泉、湖、河流、湿地抽水会有什么影响?面对这样的问题,水文学家通常收集大量的水文地质资料,建立一个模型,然后得出关于水位下降、流量减小的精确估计。但是,这并不是公众所关心的。公众关心的是,抽水会对与该系统相关的植物、鸟类、鱼类以及其他一些感兴趣的动物产生什么影响?为了让“生态水文学”不只是一个时髦名词,水文学家必需参与交叉学科的研究。不仅涉及解释水文原理和概念,而且包括学习和了解生态原理和概念。这将意味着新的研究中,往往是用定性的语言和统计数据来描述,而不是传统水文学上的定量方程和确定性模型[6]

目前,国外从事地下水研究的学者开始关注地下水与生态环境之间的内在关系。学科领域间的拓展与融合向从事地下水研究工作的水文地质、地下水管理方面的学者提出了新的要求。社会公众需要从事地下水文学工作的学者将生态学纳入到今后的研究和调查工作中,回答开采地下水可能引发的各种生态问题,并有效地回避由此带来的风险。

作者认为,生态水文地质学是一门研究地下水与陆生植被生态间相互作用过程和机制的学科。阳光、大气、土壤和水是生命存在的四个基本要素,在地球表面后两个要素的时空变化差异性最大,对植被生长的影响也最大,大气降雨和地表水体也必须进入土壤后才会对植被的生长发挥作用,而水与土壤的相互作用正是水文地质学的研究领域。因此,有理由相信生态学与水文地质学的交叉必将加深人们对生态系统演变和演化过程及其机理的认识。

借助生态学和水文地质学的研究方法,融合两个学科的研究成果,在保持生态多样性的基础上维持地下水水量和水质的均衡,预测地下水水文过程对生态环境的影响效应,实现地下水资源可持续利用的目的,是生态水文地质学当前的主要任务。地下水与地表水的水文过程有很大的区别,而且也不尽相同。地下水的水文过程除受控于地形、地貌、植被、气候、降水等因素外,还受控于地质条件、水文地质条件即含水系统结构及其补给、径流、排泄条件等,并且地下水与地表水有着一定的联系。因此,水文过程远比地表水复杂。地下水水文学与生态水文学相互融合所涉及的学科,有地质学、地貌学、水文地质学、地下水动力学、植被生态学等。随着研究的深入,该学科将逐步形成自己特有的知识结构和理论体系。

近几十年来,随着我国经济发展和人口增加,出现了许多与不合理利用水资源有关的生态环境问题。西北地区干旱内陆盆地水资源综合利用问题。内陆盆地中生态需水大部分靠注入盆地的内陆河流来水量维系。由于绝大部分天然绿洲沿河分布或位于洪冲积扇前缘的地下水排泄区,生态环境十分脆弱。近几十年来,因上游修建水库、中游农业用水、生活用水量剧增,引起下游地区来水量减少,地表水、地下水水文过程发生改变,导致绿洲和荒漠植被系统因缺水而退化乃至消亡,大面积的荒漠化,成为沙尘暴源区。我国西部著名的额济纳旗和河西走廊西部两个沙尘暴源区形成与内陆河流水文过程变化和地下水文过程变化有密切关系。在保护好生态环境基础上,实现干旱内陆盆地水资源综合利用是顺利进行西部大开发的首要问题之一,不仅关系到西部大开发的成败,也是关系到西北沙尘暴的治理。

三江源是我国长江、黄河和澜沧江的发源地,是世界上海拔最高、面积最大、湿地类型最丰富的地区,同时也是世界上高海拔地区中生物多样性最集中的地区,被誉为“高寒生物自然种质资源库”。目前,出现了一系列极为严重的生态水文环境退化现象。湖泊和湿地面积缩小或干涸,河流量减小。特别是黄河源区的断流,尤其是20世纪90年代后期连续三次断流,更是引起了全社会的广泛关注。源区水土流失严重,土地沙化面积仍在不断扩大;荒漠化和草地退化问题日益突出;虫鼠害加剧,黑土滩遍布;受威胁的生物物种占总类的20%以上。若源区的生态环境恶化持续下去,不仅会导致源区水源涵养功能丧失,而且因失去植被覆盖形成高海拔的沙源区,将严重威胁到源区下游的安全。因此,如何运用生态水文地质学结合冻土学、高原植被生态学等有关学科,对源区生态恶化原因进行研究,制定切实可行的生态修复方案是十分紧迫的任务。

生态水文地质学尚有许多领域有待开发和探索。目前,在我国开展生态水文地质学研究,可以考虑以下几个方面:

(1)区域尺度陆生生态状况的定量描述。该问题是研究生态与土壤和水之间相互关系的基础,也是生态水文地质调查的主要任务。生态状况的变化在空间上有巨大的差异性,在时间上又有周期性、趋势性和随机性的特点。以研究地下水运动的尺度定量刻画地表生态状况的时空变化,从理论和方法上都需新的探索。

(2)区域水文地质条件及其变化与植被生态格局的关系。研究不同尺度地下水系统的补给、径流、排泄条件对植被生态格局的控制及其相互影响,尤其要研究在人为作用干扰下,地下水水文过程发生变化对植被生态系统的影响。

(3)包气带多重界面水分水质转换机制及其生态效应。包气带是地下水与地表水系统、大气圈以及植被生态系统相联系的重要纽带,包含水分转化、水质转化等多重界面。大气降水一部分通过包气带渗入补给地下水,另一部分为包气带持有,供给植物生长,通过蒸发和蒸腾作用与大气进行水量交换。虽然水文地质学家已对包气带中饱和水、非饱和水以及毛细水的运移规律曾做过较为详细的研究,但对包气带中气态水通过蒸发与凝结作用所引起的水分分布变化研究较少,这对查明我国西北荒漠植被生长的水环境却显得十分重要。

(4)包气带的生物和地表生态对水的净化机制。孔隙介质组成的包气带具有对渗入水有过滤、吸附、离子交换和生物化学降解作用,尤其是含有粘粒的亚砂土、亚粘土构成的包气带,颗粒比表面积大,孔隙多,具有微生物生长良好的水、热、气条件和繁衍空间,在一定条件下,包气带的生物降解作用不容忽视,而表层土壤中的植物根系对进入土壤中的水也有净化作用,两者共同构成包气带对水的生物净化功能,功能的强弱取决于包气带的岩性、结构、植被类型和覆盖率。

(5)潜水含水层中地下水各种物理化学过程的生态效应。地下水运动过程中各种物理量(流量、水位、水量等运动要素)和化学成分的变化,会很大地影响土壤性质,导致植被生长条件的变化。如土壤盐碱化、沙漠化和荒漠化就是该过程的具体表现。

(6)高寒地区气候变化对地下水的影响及其生态响应。高寒地区通常是生态脆弱地区,对气候变化的反应最为敏感,是研究全球变暖对人类生存环境作用机制的理想区域。

(7)陆生生态系统分布与地下水系统之间的相互作用及反馈机理问题。生态系统与地下水资源有着密切的关系,完好的生态系统对地下水资源有良好的涵养作用,同时地下水系统也滋养着生态系统,两者间存在密切的依附关系。目前1:20万水文地质调查范围覆盖我国大部分地区,基本查明了区内地下水系统的结构和特征,若查清生态系统与地下水系统之间的相互作用及反馈机理问题,将有利于从大尺度的角度对地下水资源的可持续利用,做出合理决策。

以上问题的研究将会大大促进生态水文地质学的发展,为解决当前许多已经出现的生态问题奠定基础。

3 结语

生态水文地质学是一门生态学与水文地质学交叉渗透后形成的学科,是地下水可持续利用的理论基础。其中地表生态系统与地下水系统之间的相互作用过程和机理是该学科的核心研究问题。随着知识结构和理论体系的不断完善,该学科必将在我国实施可持续发展战略的过程中发挥巨大的作用。

参考文献

[1]严登华,何岩,邓伟等.生态水文学研究进展[J].地理科学,2001,Vol.21,No.5:467~473

[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

[4]夏军,丰华丽,谈戈等.生态水文学-概念、框架和体系[J].灌溉排水学报,2003,Vol.22,No.1:4~10

[5]Evgeni V.Pinneker:水文地质学的新概念及其生态问题[J].地学前缘,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

『叁』 湿地退化环境地质指标体系

一、湿地退化地质环境调查指标体系

一般将所有的湿地退化指标体系归为三类:

(1)反映外界对湿地生态系统干扰的指标,称为影响指标。由于对湿地的干扰并不局限于湿地范围,而可能在整个流域或集水区范围内产生。因此,该类指标的选取借鉴流域生态学的思想,以流域或集水区为单元进行。

(2)反映湿地自身状态及对外界干扰产生响应的状态指标。这类指标属描述湿地生态系统结构或功能的状态参数,且在湿地退化过程中变化最为显著,能有效指示湿地的退化过程。由于状态指标反映的是湿地自身的状态,该类指标只能在湿地范围内选取。

(3)反映湿地退化对地质环境造成的危害结果的指标,称为后果指标。反映的是湿地退化对地质环境造成的危害。

通过对我国湿地退化原因和退化表现形式及退化程度的分析,从湿地退化的原因中提取出了湿地退化的影响指标,从湿地退化的表现形式、自然环境变化和社会经济发展中提取出了湿地退化的状态指标,从湿地退化导致的危害结果提取出了湿地退化的后果指标,构建出湿地退化指标的一级指标体系。在此基础上,对一级指标进行细化,提出可直接测度的次级指标,作为二级指标,从而构建出完整的湿地退化地质环境调查指标体系(表5-2)。

表5-2 湿地退化环境地质指标框架

表5-3 我国不同区域湿地退化影响指标的监测强度*

(一)影响指标

描述与刻画造成湿地退化的外界干扰的变量,可对湿地退化的原因进行监测和度量。该类指标应在整个流域或地下水盆地内进行测量,而不能仅限制于湿地本身。包括直接影响和间接影响两方面的六类一级指标:流域水文与水文环境地质指标、流域污染物排放指标、湿地资源开发利用指标、地质灾害(水土流失、海岸侵蚀、海平面上升和海水入侵)指标、自然环境变化指标和社会经济发展指标。每类指标又由若干可直接测度的二级指标(表5-2)或三级指标构成。

由于我国不同区域湿地退化的主控因子不同,在湿地退化影响指标的监测强度上有所差异,具体见表5-3。对于内陆湿地,“地质灾害”一级指标中的“海岸侵蚀”、“海平面上升”和“海水入侵”3项二级指标不予监测。

(二)状态指标

描述与刻画湿地生态系统结构和功能的变量,可对湿地是否退化、退化程度和退化过程进行直接度量。该类指标的测量只在湿地范围内进行。包括5类一级指标:湿地景观指标、湿地生物指标、湿地水文指标、湿地水质指标和湿地土壤(底泥)指标。每类指标又由若干可直接测度的二级指标(表5-2)或三级指标构成。

(三)后果指标

描述和刻画各种驱动力和影响因素对地质环境作用的结果的指标。该类指标不仅要在湿地本身测量,也应扩展到整个流域范围。包括8类一级指标:湿地萎缩指标、生物多样性降低指标、水源涵养功能丧失指标、水质恶化指标、富营养化指标、区域小气候改变指标、净化功能降低指标、生物栖息地丧失指标。

二、湿地退化地质环境监测指标

在湿地调查指标中,选取可调控,具有可操作性的监测指标,便于相关管理部门对湿地退化实施的可靠有效措施,见表5-4。

表5-4 湿地退化地质环境监测指标

其中,水利工程:以水资源开采量或者供水变化率来表示,定性与定量相结合。

污染物排放:以污水排放量或者农药(化肥)利用率来衡量。

湿地面积:以现有湿地面积内退化湿地面积的百分比来表示,可以湿地的盐碱化,沙化,植被退化面积来衡量。

水量均衡:以湿地地表水位、地下水位变化率表示,定性与定量相结合。

湿地水质(水质级别):其可用水质级别量化。河道及沼泽地水质,以《地面水环境质量标准》(GHZ Bl—1999)中Ⅲ类水域水质标准评定。

水量:以水源保证率来计量。

湿地退化监测指标分级见表5-5。

表5-5 湿地退化地质环境监测指标分级

『肆』 太原汾河湿地怎么停车

胜利桥东美特好就可以停车

『伍』 太原汾河公园管道桥具体位置

汾河湿地公园

地址:迎泽区滨河东路(森林公园正门对面)

附近公交站台:

龙湾版写意小区-公交站685米

途经公交车权:71路75路904路

公交童星幼儿园-公交站847米

途经公交车:865路

公交童星幼儿园(兴华北街)-公交站866米

途经公交车:69路615路801路865路

辰憬天地-公交站932米

途经公交车:835支

电车公司-公交站945米

途经公交车:19路808路832路

『陆』 太原汾河湿地公园是不是汾河公园

湿地公园在汾河公园的北面

『柒』 太原湿地公园的位置


太原市滨河东路东,森林公园附近。

『捌』 太原汾河湿地公园的介绍

太原汾河湿地公园,南起胜利桥北1号橡胶坝,北至森林公园西门北侧500米,全长2.4公里,建设面积120万平方米。其中水域面积60万平方米,绿地面积50万平方米,广场道路面积近10万平方米。

『玖』 地质构造控制论的实例——防御长江洪水泛滥的地质基础

洪水泛滥成灾是自然灾害中的一项重大灾害。1998年10月日北京青年报报道:据民政部公布1998年灾情截至10月12日全国共有3.8亿人(次)受到各类灾害影响,因灾死亡4610人,造成直接经济损失3072亿元。特别是入汛以后,长江出现了继1954年的一次全流域性的洪水,嫩江、松花江流域出现超历史记录的特大洪水,许多省区重复受灾,造成严重损失。据民政部统计,受水灾影响,全国29个省(市)2.3亿人(次)不同程度受到灾害影响,因灾死亡3656人,紧急转移安置2044万人;倒塌房屋733万间,损坏房屋1379万间;农作物受灾2544万公顷,成灾1599万公顷,绝收614万公顷;水灾造成经济损失2642亿元。1998年水灾造成的经济损失占自然灾害造成的损失的80%以上。

洪灾过后,各界都在反思,经过论证得出结论:“我们别无选择,必须一方面立即停止上游乱砍滥伐,另一方面刻不容缓地加紧中下游清淤、整治河道。从这个角度来说,防洪治洪比抗洪更为重要”。北京青年报1998年10月18日以“中科院百名专家呼吁全流域重建长江生态环境”为题,报道了专家们为长江勾画了“上蓄、中防、下排”的防洪远景:“即首先将大量雨水留存于有绿色水库之称的森林中,并在上游筑坝控制流量,然后在中游采取加固堤坝、平垸行洪等综合措施防御洪水,再在下游地区宽留滞洪区和行洪道以利排泄”。这些意见无疑都是正确的,但并不全面。水是天上降下来的,汇集成洪水是植被破坏造成的,江水中泥沙含量高是植被大量破坏的结果,这是形成洪水和河道淤积的重要原因,但是形成地上悬河和洪水泛滥成灾并不都是这些原因,著者认为与洪泛区的地质条件密切有关,防洪大堤设计不仅要根据水文资料,而且必须充分考虑地质资料。

1.大江大河洪水泛滥特点

洪水是大气降水到地面汇集成的水流,水流大者称为洪水。洪水不一定都成灾。成灾者系洪水漫出河道,淹没耕田、村庄和城镇,造成经济损失的自然现象。一般河道洪水泛滥也可以淹没河道两岸耕地,甚至较小的村庄,淹没造成的经济损失一般不大,被淹没地区在地貌上常划分为漫滩(低漫滩和高漫滩),这是正常的现象。大江大河产生的洪水泛滥,造成大灾的主要是防洪大堤决口引起的。河道两岸大堤越高,大堤决口引起的洪水泛滥造成的灾害越大,这种现象主要产生于大江大河存在有地上悬河的情况下,长江黄河发生的洪水泛滥就是由此产生的。地上悬河是产生洪水泛滥的主要隐患。

地上悬河是指大堤围限的河道水位高于堤外地面,即河水位高于地面的现象。长江、黄河的中下游都存在地上悬河。在洪水期间由于洪水漫堤、大堤塌方、产生管涌诱发的溃堤都可以引起大堤决口,1998年长江洪水期间引起洪水泛滥的最大威胁是管涌和洪水漫堤。产生管涌的主要原因是受地上悬河高度和大堤下的土质控制的,产生洪水漫堤的原因是大堤高度不够,这是制定防洪方案和工程设计必须考虑的。

2.地上悬河成因

长江黄河中下游都存在地上悬河。1998年长江荆江河段长江大堤一般高出地面10余m,也就是说地上悬河一般高于地面十余米;黄河由于多次泛滥对地面产生淤积,地上悬河较低,但是开封市建设中开挖发现开封古城埋于地下达8m,如果从开封古地面算起,黄河地上悬河高出地面高度远远高于长江地上悬河高出地面的高度,其原因在于黄河形成地上悬河地段的开封盆地地壳沉降速度大于长江形成地上悬河地段的江汉盆地地壳沉降速度。

1998年长江洪水流量并不大于1954年,但洪水水位高于1954年,为了防御1998洪水泛滥,在大堤上加高筑有子堤,子堤有的高达2~3m(这里可能有地面下沉造成的原因),也就是说长江地上悬河高于地面12~13m。

地上悬河是怎么形成的?水利学观点认为是淤积形成的,也就是说因为长江、黄河河水中泥沙含量大,在中下游沉积,淤高河床形成地上悬河。这种观点是不完全符合实际的。黄河在历史上河水中的泥沙含量一直很高,这是事实。可是长江就不是这样,长江大堤在晋朝时就开始修建,而长江水一直都是清的,新中国成立后由于上游植被破坏,河水泥沙含量才增多,而且愈来愈多。由此可见,说是泥沙淤积形成地上悬河是与实际不符的。著者认为:地上悬河的成因主要在于地质构造因素,对长江是,对黄河也是。长江存在地上悬河的洪泛区在地质上位于江汉盆地,或者称为江汉近代沉降带;黄河存在地上悬河的洪泛区在地质上位于开封凹陷盆地内,也就是华北平原沉积盆地里的近代沉降最显著的开封盆地内。由于地壳下沉,江、河水泛滥,为了防止江、河水泛滥,则筑堤束水,随着地面不断下沉,大堤不断增高;由于大堤增高,水深加大,由此导致流速减缓,引起泥沙淤积;由此可见,不是泥沙淤积形成地上悬河;而是地面下沉,筑堤束水形成地上悬河。由此可见,单纯一味追求加高大堤并非是防御洪水泛滥的良策,在一定地质条件下,不适当地加高大堤还会对防御洪水泛滥起到相反的作用。所以在加高大堤时,还应考虑地面不断下沉这一地质因素对策。

3.防御长江洪水泛滥的地质对策

前面谈到过,洪水泛滥的主要方式有:①洪水漫堤;②溃堤。溃堤产生方式是大堤塌方和管涌。

洪水漫堤主要是由于大堤高度不够引起的,解决的办法是加高大堤。大堤塌方可以通过控制筑堤质量解决,管涌则不能采用这种办法解决。管涌则必须通过降低产生管涌的条件来控制。管涌能否产生,主要决定于堤脚下土质成分和渗透水形成的渗透压力或称为动水压力,动水压力大小控制于渗透水出逸坡降。土质是客观存在的,渗透水动水压力或出逸坡降是与修筑大堤有关,大堤加高了,形成渗透的水位增高或者说加大了出逸坡降I,增大了动水压力。动水压力PV

地质工程学原理

上式表明,具有重度ρ的流动的地下水的动水压力与渗透系数和水力坡降(出逸坡降)的二次方成正比。渗透系数(K)和水力坡降(I)愈大时,渗透压力愈大,愈易引起管涌。

长江黄河存在地上悬河的地段,在地质上属于冲洪积土质,由粉细砂和粉质粘土组成,比较容易产生管涌。但是它存在一个产生管涌的临界条件,即临界出逸坡降或允许出逸坡降I0。这个指标不仅决定于土质,而且决定于土体结构,应该综合分析给出。

综上所述,解决长江洪水泛滥问题技术方案,除了已提出的禁止乱砍滥伐,封山育林,进行水土保持,筑坝拦水外,还应从地质角度作两方面考虑:

(1)治本措施——放淤:因为形成洪水泛滥的地上悬河是筑堤束水,限制地壳下沉造成地面沉降接受淤积,致使大堤与地面高差不断加大,隐患愈来愈大。筑堤挡水由于地壳不断沉降,随之而来的是险情不断增大,大堤必须不断加高,这不是长久之计。从长远来说,最好的办法是放淤。也就是说通过放淤将沉降地带填平,减小大堤高度,实际上是对大堤进行压脚,防止管涌发生。提高大堤的安全度,这是治本的办法,这是适应自然规律,这就需要政府有计划地进行,这个难度更大。一个沉降盆地有许多城市,很难全部同时搬迁。但是著者认为这很可能是解决问题的长远方案。著者认为就长江和黄河的泥沙含量来说,通过20年淤平一个盆地是可能的。地壳下沉速率每年按1cm计,淤平一次我估计至少可以保1000年平安。从历史来看,长江大堤是晋朝时开始修建的,到现在已经1500多年了,现在淤一次,保证1000多年的安全,从长远来看是值得的。改道也是一个治理方案,但也不容易,改道最好是改到地壳稳定地区,那就必须把这个区域地质构造搞清楚,特别是要把这个区域的新构造搞清楚,这须要认真论证。地壳总是不断地在变动,水向低处流,你能控制住河道么,也不是一件容易的事,难度很大。而且,应该看到,目前江水中泥沙含量很高,具有很好的放淤条件。现在上游正在大力开展水土保持,在不久的将来,江水有可能变清,泥沙含量很少,利用放淤措施,治理长江洪水泛滥条件就不存在了,治理长江洪水泛滥的难度就更大了,目前是难得的放淤的良机。应该明确,地壳沉降何时停止,我们还不得而知,所以这两个方案还不是根治的治本的方案,这是自然规律规定了的,不可能根治,这一点必须清楚。但从长治久安着想,放淤还是上策。

(2)应急方案——加高加固大堤:这是一项简便易行的应急措施,大堤加高加固一次可以考虑保一百年平安。加固加高大堤应从三个方面考虑:

a.防止洪水漫堤 唯一的办法是加高大堤。大堤高度的决定不仅要根据水文资料,而且要考虑地壳沉降速率资料。如根据水文资料确定的大堤高度为H,地壳沉降速度为a,大堤设计使用时间假设为100年,则由于地壳沉降需加高大堤高度为a×100,则设计的大堤高度应为H+100a。

b.防止产生管涌 大堤加高了,管涌发生的机会就增大了,必须采取措施降低渗透水出逸坡降,具体的办法可以采用清淤压脚或设置防渗墙增大渗透途径,这是应急措施,也是一项简易可行的措施。

c.防止大堤坍塌 加高大堤,溃堤的危险性就加大了,在此同时,必须加固大堤。加固大堤的重要措施是合理设计大堤坡度、加固堤脚和加宽大堤。为此,在大堤设计时必须认真考虑动水压力。河道涨水时必须考虑渗透水在外边坡出逸问题;退水时必须认真考虑渗透水逸出的动水压力,采取合适的加固措施。因此,大堤外必须留出一定宽度的大堤加固带,在进行国土规划时必须考虑这个问题。

因为地壳沉降人类目前还无法控制,只能采取躲避政策处理,因此不论是为了放淤还是加高大堤,都必须限制地上悬河沿江地段(如沙市、武汉、九江等)的大城市发展,避免造成巨大损失。

上述表明,地质是防御长江洪水泛滥的不可忽视的基础依据之一,仅考虑洪水和淤积进行防洪和治洪是不全面的,防御洪水泛滥是一个综合课题,必须综合考虑。进行科学地防洪设计时,既要进行充分的水文气象论证,也要进行充分的地质条件论证。地质条件论证包括:

(1)防洪设计地区的地质结构、土质成分调查,对产生管涌的允许出逸坡降I0进行论证,这是防洪大堤设计必须的重要参数。如加高大堤,提高了水位,实际上是加大了出逸坡降I,如出逸坡降I出现大于允许出逸坡降I0,大堤很容易产生管涌,引起溃堤;为了防止大堤出现溃堤,需要加大渗透途径,可以采取加高堤外地面(清淤堆积于堤脚,放淤抬高地面等措施)或于大堤内建筑隔水墙,增长渗透途径。

(2)地壳沉降速度调查研究,这也是进行大堤高度设计必需的参数。如上所述,大堤高度设计不仅要根据水文资料,而且要考虑地壳沉降速率,这是大堤设计的重要参数,应认真研究。

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