導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇地下水的優(yōu)勢(shì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：地下水位；時(shí)空分布；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；思維進(jìn)化；預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：P641

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8003705

1引言

不科學(xué)的地下水使用和管理模式所造成的后果已經(jīng)成為嚴(yán)重的世界性問(wèn)題，尤其是在發(fā)展中國(guó)家[1]，我國(guó)北部及西北大部分地區(qū)水資源嚴(yán)重匱乏，其干旱、半干旱氣候特征和糧食作物種植Y構(gòu)造成陸地實(shí)際蒸散發(fā)量大于降水量，同時(shí)地表徑流量又不斷減少，已經(jīng)面臨幾乎無(wú)地表水可用的客觀問(wèn)題，而長(zhǎng)期對(duì)地下水過(guò)度的開采使含水層開始疏干，地下水流場(chǎng)發(fā)生異變，形成地下水漏斗且導(dǎo)致了嚴(yán)重的地面沉降。地下水埋深的預(yù)測(cè)對(duì)實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用具有重要的指導(dǎo)作用。

相比較于確定性模型，利用隨機(jī)模型來(lái)解決地下水水文方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)非常明顯[2～4]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）作為隨機(jī)模型中具有代表性的一種，因其在解決復(fù)雜的非線性系統(tǒng)問(wèn)題上的良好表現(xiàn)使得其廣泛的用于水文預(yù)測(cè)[5～7]，Lallahem等[8]、Sreekanth等[9]和霍再林等[10]分別在不同的地區(qū)將ANN用于地下水位的預(yù)測(cè)中，驗(yàn)證了不同ANN模型模擬地下水位的可靠性。Yang等[11]使用BPANN（Back-Propagation Artificial Neural Network， BPANN）模型模擬吉林地下水埋深，驗(yàn)證了ANN優(yōu)于綜合時(shí)間序列模型（ITS）。但傳統(tǒng)的ANN存在固有的缺陷，如需要較多的學(xué)習(xí)樣本，且訓(xùn)練速度慢，初始權(quán)值和閾值選擇敏感程度高。

隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，使得ANN更為優(yōu)化和完善，這些改進(jìn)大致上可以歸納成兩方面：一是使用進(jìn)化算法優(yōu)化ANN的計(jì)算參數(shù)或?qū)⑵渌碚摚欢茿NN結(jié)合優(yōu)化傳統(tǒng)ANN傳遞函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。基于思維進(jìn)化優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural networks optimized by mind evolutionary algorithm MEANN ），具有很強(qiáng)的全局優(yōu)化能力，可以大幅提高傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和精度。

為進(jìn)一步探究?jī)?yōu)化后的ANN模型在地下水水文預(yù)測(cè)中的應(yīng)用前景。首次建立基于MEANN的地下水埋深預(yù)報(bào)模型，并與目前廣受學(xué)者關(guān)注的基于小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（waveletCneural network WNN）進(jìn)行比較。

2材料與方法

2.1MEANN模型

思維進(jìn)化算法[12]（Mind Evolutionary Algorithm MEA），該算法是根據(jù)對(duì)遺傳算法中存在問(wèn)題的思考以及對(duì)人類思維發(fā)展的分析，從而模擬生物進(jìn)化過(guò)程中人類思維進(jìn)化的方式，并提出了“趨同”與“異化”兩個(gè)概念。它可以很大程度上提升全局搜索的效率，具有較強(qiáng)泛化性和全局優(yōu)化能力[13]。與遺傳算法相比，思維進(jìn)化算法具有結(jié)構(gòu)上固有并行性及避免交叉與變異算子雙重性的優(yōu)點(diǎn)，以下為其設(shè)計(jì)思路。

（1） 在解空間內(nèi)隨機(jī)生成一定規(guī)模的個(gè)體，根據(jù)其得分情況選出優(yōu)勝個(gè)體及臨時(shí)個(gè)體。

（2） 分別以上一步選出的優(yōu)勝和臨時(shí)個(gè)體為中心，在其周圍產(chǎn)生一定量的新個(gè)體，從而得到對(duì)應(yīng)子群體。對(duì)各子群體內(nèi)部進(jìn)行趨同操作至成熟，并以該子群體中最優(yōu)個(gè)體的得分為整個(gè)群體得分。

（3） 子群體成熟后，將各個(gè)子群體得分在全局公告板上張貼，在子群體之間進(jìn)行異化操作，完成優(yōu)勝子群體與臨時(shí)子群體間的替換、廢棄及個(gè)體釋放的過(guò)程，從而計(jì)算全局最優(yōu)個(gè)體及得分。

其具體設(shè)計(jì)步驟流程見圖1。

2.2WNN模型

WNN 結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波變換的特點(diǎn)，是一種以BPANN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，把小波基函數(shù)作為隱含層節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，信號(hào)前向傳播的同時(shí)誤差反向傳播的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。兩種理論的組合有效改善了傳統(tǒng)ANN的模型效率[14，15]。且WNN 在地下水埋深的預(yù)測(cè)中具有較好的表現(xiàn)，有效提升傳統(tǒng)ANN模型精度[16]。WNN的詳細(xì)理論及實(shí)現(xiàn)過(guò)程見文獻(xiàn)[17]。

2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

采用均方根誤差（Root mean square error，縮寫RMSE）和模型有效系數(shù)（Ens）、平均絕對(duì)誤差值（MAE）和相對(duì)誤差值（RE）計(jì)算各模型計(jì)算結(jié)果和與實(shí)際觀測(cè)值之間的誤差及擬合程度，計(jì)算公式如下：

3實(shí)例應(yīng)用

3.1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)資料來(lái)源

石家莊平原區(qū)（圖2）為滹沱河流域，屬太行山前沖洪積平原，位于東經(jīng)114°18′～115°30′，北緯37°30′～38°40′之間，總面積為6976.4 km2，是華北平原中形成最早發(fā)展最快的淺層地下水漏斗區(qū)，近25年來(lái)淺層地下水下降平均趨勢(shì)達(dá)到0.78 m/年 （圖3）。年平均氣溫為11.5～13.5℃，多年平均蒸發(fā)量為1616.6 mm，多年平均降水量為534.5 mm，近年來(lái)由于氣候變化的影響降雨量呈逐漸減少的趨勢(shì)，平均減少幅度為22.91 mm/10年（圖4）。區(qū)內(nèi)最大河流為滹沱河，渠道為石津渠，在水利工程中影響最大的有崗南水庫(kù)和黃壁莊水庫(kù)。研究區(qū)自上而下可劃分為4個(gè)含水組，其第1和第2含水組之間無(wú)連續(xù)隔水層，加之多年混合開采將其視為統(tǒng)一含水層，統(tǒng)稱為淺層地下水，地下水水力性質(zhì)屬潛水-微承壓水類型。淺層地下水系統(tǒng)底板埋深在40～60 m之間，表層多為亞砂土、豁土，下部巖性較粗，含水層巖性以卵石、卵礫石、粗砂、中砂為主[18]。

本文采用研究區(qū)28眼淺層地下水觀測(cè)井1990～2015年淺層地下水埋深資料，其位置和編號(hào)見圖1所示， 地下水埋深、滹沱河流量、石津渠流量、黃壁莊水庫(kù)水位資料均由河北省水文水資源勘測(cè)局提供，地下水開采量和補(bǔ)排量數(shù)據(jù)來(lái)自于文獻(xiàn)[19]，灌溉水量來(lái)源于《河北省水資源公報(bào)》，降雨資料來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

3.2模型輸入因子選擇與處理

降雨入滲為石家莊平原區(qū)區(qū)主要補(bǔ)給源超過(guò)總補(bǔ)給量的50%；內(nèi)滹沱河為最大的河流，河床巖性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單垂向連通性好，是重要的河道滲漏補(bǔ)給來(lái)源，除96年供水期外河道行洪量小或基本斷流，到2006～2010年河道補(bǔ)給量?jī)H為0.27億m3/年。石津渠為石家莊最大渠道為主要渠系滲漏補(bǔ)給源。黃壁莊水庫(kù)的滲漏量為研究區(qū)重要的側(cè)向補(bǔ)給來(lái)源，2001年黃壁莊水庫(kù)副壩完成加固防滲工程后，造成水庫(kù)滲漏補(bǔ)給量減少57.5%，是近年來(lái)側(cè)向補(bǔ)給減少的主要原因。側(cè)向流出量只有人工開采量的6%可忽略不計(jì)，故主要排泄項(xiàng)為人工開采。1991～2010年各項(xiàng)補(bǔ)排情況詳情見表1。

根據(jù)以上補(bǔ)徑排條件及變化分析，結(jié)合水均衡理論，選取以年為時(shí)段：研究區(qū)年平均總降水量，滹沱河年平均流量，石津渠年平均流量，S壁莊水庫(kù)年平均水位與研究區(qū)淺層地下水位埋深差值，研究區(qū)年總灌溉水量，分別反映各項(xiàng)補(bǔ)給的物理量以作為補(bǔ)給項(xiàng)因子；研究區(qū)年開采量代表排泄項(xiàng)因子；水井的經(jīng)、緯度y和x代表方位因子，加上水井上一年地下水位埋深，共9個(gè)時(shí)間序列為輸入因子。其中，因側(cè)向補(bǔ)給主要受水力梯度與滲透系數(shù)影響，根據(jù)達(dá)西定律可知，當(dāng)滲透系數(shù)改變時(shí)可將這一變化系數(shù)反映到水力梯度上，得到滲流速度的物理量不變。因此，為反映黃壁莊水庫(kù)于2001年防滲加固后使水庫(kù)滲漏補(bǔ)給量減少57.5%這一突變影響，將2001年后的w（t）值進(jìn)行42.5%的折算以反映物理變量。為消除量綱差異，對(duì)各因子進(jìn)行歸一化處理，其處理公式如下：

xnor=x0-xminxmax-xmin（5）

式中： xnor為歸一化后數(shù)據(jù)，x0為實(shí)際數(shù)據(jù)，xmax和xmin分別為參數(shù)樣本最大與最小值。

3.3模型的建立

采用研究區(qū)1～28號(hào)水井1991～2010年資料為訓(xùn)練樣本，2011～2015年資料為檢測(cè)樣本，使用MATLAB 2013a分別建立MEANN和WNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用試錯(cuò)法分別確定MEANN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為9-12-1，種群大小為200，優(yōu)勝和臨時(shí)子種群個(gè)數(shù)為5，迭代次數(shù)為10；WNN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為9-10-1，迭代次數(shù)為100。

3.4結(jié)果

將模型模擬統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表2。由表2可知，相比WNN，MEANN可使RMSE減小58.2%，MAE減小53.1%，而Ens提高至0.99（P

繪制模型模擬值與實(shí)測(cè)值的散點(diǎn)于圖5，圖5所示模擬-實(shí)測(cè)值散點(diǎn)分布較為集中其趨勢(shì)線（實(shí)線）的決定系數(shù)R2達(dá)到0.99，斜率為0.98與模擬值與實(shí)測(cè)值比例為1的虛線X=Y非常接近，表明MEANN對(duì)與實(shí)測(cè)值的擬合程度極高。而WNN的模擬-實(shí)測(cè)散點(diǎn)在實(shí)線附近分布較為分散，其趨勢(shì)線斜率為0.83，距離1的差距較大與虛線相隔較遠(yuǎn)，即對(duì)實(shí)測(cè)值擬合程度不高。

利用反距離加權(quán)插值法對(duì)各模型模擬出的各個(gè)觀測(cè)井的RMSE進(jìn)行空間插值（圖6），圖6顯示空間上MEANN模型的RMSE在一個(gè)很小的范圍變化（0.50～3.00 m/年）且分布較為均勻，同時(shí)RMSE在所有區(qū)域上均明顯呈現(xiàn)出MEANN模型小于WNN模型，說(shuō)明ELM模型空間預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性較佳，WNN模型RMSE在空間上出現(xiàn)了明顯波動(dòng)（在區(qū)域的南部和東南部RMSE大幅增加），其最小RMSE出現(xiàn)在中部?jī)H為0.50m/a左右，南部地區(qū)最大RMSE超過(guò)5.00m/a，甚至達(dá)到10.00m/a以上，其空間上波動(dòng)幅度大于9.50 m/a，表明WNN模型在空間上精度和穩(wěn)定性較差。

可以發(fā)現(xiàn)MEANN的綜合表現(xiàn)（模型有效性、整體精度和空間均勻性）優(yōu)于WNN模型，WNN 基于梯度下降法調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值，使得模型容易陷入局部極小[20]。而MEANN使用思維算法取代梯度下降法，克服了大多數(shù)梯度下降方法訓(xùn)練速度慢、學(xué)習(xí)率的選擇敏感和易陷入局部極小等缺點(diǎn)， 具有全局搜索性優(yōu)化權(quán)值和閾值，有效提升模型泛化性能。

4結(jié)論

（1）利用優(yōu)化后的組合模型對(duì)地下水埋深進(jìn)行實(shí)地預(yù)測(cè)，實(shí)際仿真證明，MEA優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)模型建模過(guò)程簡(jiǎn)單，模擬精度極高。與WNN模型相比MEANN可使RMSE減小58.2%，MAE減小53.1%，而高精度樣本要增加25.8%，Ens提高至0.99（P

（2） MEANN模型可對(duì)淺層地下水埋深空間分布進(jìn)行有效模擬，其模擬精度較高誤差分布均勻，空間波動(dòng)程度小，同時(shí)RMSE在所有區(qū)域上均明顯呈現(xiàn)出MEANN模型小于WNN模型。顯然ELM模型在精度、穩(wěn)定性和空間均勻性上更優(yōu)，可利用MEANN模型較精確地檢驗(yàn)未來(lái)各開采模式下的地下水響應(yīng)趨勢(shì)。

（3） MEANN明顯優(yōu)于WNN的關(guān)鍵原因在于，MEANN模型在借鑒遺傳算法思想上融匯了“趨同”與“異化”兩種功能，可快速地得到整個(gè)解空間內(nèi)的全局最優(yōu)解，有效地克服梯度下降法容易陷入局部極小的缺點(diǎn)。表明今后針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化應(yīng)著力于權(quán)值和閾值調(diào)整方法的改進(jìn)。

（4） 將思維進(jìn)化算法與傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，避免了單一方法的不足，同時(shí)可以有效地反應(yīng)地下水埋深的非線性動(dòng)態(tài)特征。可作為自然人為雙重影響下淺層地下水埋深高精度預(yù)測(cè)的推薦模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]

KONIKOW L F， KENDY E. Groundwater depletion： A global problem[J]. Hydrogeology Journal， 2005， 13（1）：317～320.

[2]AQIL M， KITA I， YANO A， et al. Analysis and prediction of flow from local source in a river basin using a neuro-fuzzy modeling tool[J]. Journal of Environmental Management， 2007， 85（1）：215～223.

[3]MOHAMMADI K. Groundwater table estimation using MODFLOW and artificial neural networks[M]// Practical Hydroinformatics. Springer Berlin Heidelberg， 2008：127～138.

[4]YANG Z P， LU W X， LONG Y Q， et al. Application and comparison of two prediction models for groundwater levels： a case study in Western Jilin Province， China[J]. Journal of Arid Environments， 2009， 73（4-5）：487～492.

[5]JAIN A， SRINIVASULU S. Development of effective and efficient rainfall-runoff models using integration of deterministic， real-coded genetic algorithms and artificial neural network techniques[J]. Water Resources Research， 2004， 40（4）：285.

[6]COULIBALY P， ANCTIL F， ARAVENA R， et al. Artificial neural network modeling of water table depth fluctuations[J]. Jsae Review， 2001， 37（4）：885～896.

[7]GOVINDARAJU R S. Artificial neural networks in hydrology. II： preliminary concepts[J]. Journal of Hydrologic Engineering， 2015， 5（2）：115～123.

[8]SREEKANTH P D， GEETHANJALI N， SREEDEVI P D， et al. Forecasting groundwater level using artificial neural networks.[J]. Current Science， 2009， 96（7）：933～939.

[9]霍再林， T紹元， 康紹忠， 等. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與地下水流動(dòng)數(shù)值模型在干旱內(nèi)陸區(qū)地下水位變化分析中的應(yīng)用[J]. 水利學(xué)報(bào)， 2009， 40（6）：724～728.

[10]COPPOLA E， SZIDAROVSZKY F， POULTON M， et al. Artificial neural network approach for predicting transient water levels in a multilayered groundwater system under variable state， pumping， and climate conditions[J]. Journal of Hydrologic Engineering， 2003， 8（6）：348～360.

[11]NAYAK P C， RAO Y R S， SUDHEER K P. Groundwater level forecasting in a shallow aquifer using artificial neural network approach[J]. Water Resources Management， 2006， 20（1）：77～90.

[12]Cheng Y S， Yan S， Mind-evolution-based machine learning： framework and the implementation of optimization[J]. Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Engineering Systems， 1998：355～359.

[13]李根， 李文輝. 基于思維進(jìn)化算法的人臉特征點(diǎn)跟蹤[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2015， 45（2）：606～612.

[14]PARTAL T. Modelling evapotranspiration using discrete wavelet transform and neural networks[J]. Hydrol Processes， 2009， 23（25）：3545～3555.

[15]ADAMOWSKI J， SUN K. Development of a coupled wavelet transform and neural network method for flow forecasting of non-perennial rivers in semi-arid watersheds[J]. Journal of Hydrology， 2010， 390（1～2）： 85～91.

[16]ADAMOWSKI J， CHAN H F. A wavelet neural network conjunction model for groundwater level forecasting[J]. Journal of Hydrology， 2011，407（1）：28～40.

[17]王小川， 史峰， 郁磊， 等. MATLAB 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)43 個(gè)案例分析[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2013， 11～19.

[18]劉中培. 農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)區(qū)域地下水變化影響研究[D]. 北京： 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 2010.

[19]馮慧敏. 石家莊平原區(qū)地下水流場(chǎng)演變特征與尺度效應(yīng)[D]. 北京： 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 2015.

篇2

關(guān)鍵詞：城市地下給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

Abstract: The urban underground water supply network is an important municipal infrastructure, how to optimize the design of urban underground water supply network is currently the underground water supply network design focus of attention, therefore, to study and optimize the urban underground pipe network design has very important practical significance. In this paper, underground water supply network as the starting point in the analysis of urban underground water supply network design problems, based on the optimization of the city through the elaborate underground water supply network design principles discussed optimize the urban underground water supply network design strategy, aimed optimize the urban underground in the description of the importance of water supply network in order for the transformation of urban underground water supply network to provide a reference.

Keywords: urban underground water supply network optimization

中圖分類號(hào)：TU821.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)

一、城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

當(dāng)前，城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，還存在著諸多亟待解決的問(wèn)題，這些問(wèn)題主要表現(xiàn)在供水管漏耗嚴(yán)重、管網(wǎng)布局不合理和供水安全性較差三個(gè)方面，其具體內(nèi)容如下：

供水管漏耗嚴(yán)重

供水系統(tǒng)是城市中的基礎(chǔ)設(shè)施，供水管漏耗嚴(yán)重是城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題之一。供水系統(tǒng)中的給水管道由于年久失修，管材質(zhì)量差，供水管網(wǎng)漏耗嚴(yán)重，造成爆管以及各種形式的明漏、暗漏。由于給水管網(wǎng)埋于地下,看不見,較容易被忽視，在給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，往往使給水管網(wǎng)的輸配水能力小于凈化處理能力，致使管網(wǎng)的輸配水能力與水廠的生產(chǎn)能力不配套，管網(wǎng)超負(fù)荷送水，增加了供水管的能耗和漏耗。

管網(wǎng)布局不合理

管網(wǎng)布局不合理也在一定程度上制約著城市地下給水的發(fā)展。在城市地下水管網(wǎng)布局中，管網(wǎng)布局不合理受兩個(gè)因素的制約，一是傳統(tǒng)供水管網(wǎng)規(guī)劃的束縛，現(xiàn)有的供水管網(wǎng)沒(méi)有跟上時(shí)代的要求，無(wú)法滿足當(dāng)前形勢(shì)的需要；二是由于城市經(jīng)濟(jì)、文化中心的調(diào)整，原本不發(fā)達(dá)的地域變成商業(yè)繁華地區(qū)，人口集中的區(qū)域增大，人們對(duì)生活用水的質(zhì)量和要求逐步提高，使得水管網(wǎng)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的供水要求。

供水安全性較差

城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，還表現(xiàn)在供水安全性較差方面。給水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)龐大復(fù)雜的“反應(yīng)器”，經(jīng)水廠處理合格的水，在管網(wǎng)中會(huì)發(fā)生一系列的物理、化學(xué)及生物反應(yīng)而導(dǎo)致水質(zhì)下降。另外，供水安全性較差還由于天氣的影響，供水壓力過(guò)高、道路的施工措施欠妥、地下管道埋設(shè)過(guò)淺、抗重壓能力較差等原因，導(dǎo)致管道因不堪重負(fù)而經(jīng)常發(fā)生爆管現(xiàn)象。

二、優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的原則

優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循三個(gè)原則，即結(jié)合實(shí)際，有的放矢；實(shí)事求是，協(xié)調(diào)發(fā)展；強(qiáng)化服務(wù)，提高水質(zhì)，下文將逐一進(jìn)行分析。

結(jié)合實(shí)際，有的放矢

結(jié)合實(shí)際，有的放矢，是優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則之一。在城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)城市供水管網(wǎng)的實(shí)際情況，統(tǒng)籌規(guī)劃，改造原有的城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的不足之處，與此同時(shí)，突出近期改造重點(diǎn)，有的放矢地對(duì)供水漏損和供水安全影響較大的管網(wǎng)以及對(duì)管網(wǎng)后續(xù)改造起到承上啟下作用的部分主干管，優(yōu)先實(shí)施改造。

實(shí)事求是，協(xié)調(diào)發(fā)展

實(shí)事求是，協(xié)調(diào)發(fā)展，是優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的又一原則。在優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，為確保規(guī)劃目標(biāo)可行，應(yīng)通過(guò)調(diào)查研究，核實(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在實(shí)事求是的基礎(chǔ)上，依據(jù)工程實(shí)施條件和地方財(cái)力，分階段合理調(diào)整工程規(guī)模和目標(biāo)。另外，優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，還應(yīng)從大局著眼，依據(jù)城市總體規(guī)劃，考慮到城市建設(shè)與地下給水管網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，緊密結(jié)合城市建設(shè)進(jìn)行改造。

強(qiáng)化服務(wù)，提高水質(zhì)

優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循提高服務(wù)水平，促進(jìn)節(jié)約用水的原則。在設(shè)計(jì)城市地下給水管網(wǎng)的過(guò)程中，應(yīng)緊密圍繞提高服務(wù)水平和節(jié)約資源的目標(biāo)，不斷強(qiáng)化服務(wù)，提高水質(zhì)，進(jìn)而提高管網(wǎng)整體質(zhì)量。對(duì)城市地下給水管網(wǎng)建設(shè)而言，只有逐步完善供水系統(tǒng)，增加配水能力、提高供水服務(wù)壓力、改善供水水質(zhì)，才能減少管網(wǎng)事故率、降低供水損失、保障供水安全、促進(jìn)節(jié)約用水。

三、優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的策略

城市地下給水管網(wǎng)是重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施, 優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，要把握好兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面要優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容；另一方面要優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)模型。下文將進(jìn)一步深入探討。

優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

城市給水系統(tǒng)規(guī)劃是城市總體規(guī)劃的組成部分。城市給水系統(tǒng)作為供給城市生產(chǎn)和生活用水的工程設(shè)施，其規(guī)模非常龐大、性能日趨復(fù)雜。從城市給水系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成上來(lái)看，城市給水系統(tǒng)一般由取水泵站、水處理廠、給水泵站、增加泵站、供水管網(wǎng)和水塔、蓄水池等設(shè)施組成。給水管網(wǎng)系統(tǒng)的基本功能是經(jīng)水處理廠處理過(guò)的符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求的水由給水泵站經(jīng)給水管網(wǎng)送到用戶。為滿足城市供水的要求, 保障工業(yè)生產(chǎn)和群眾生活，優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合優(yōu)化對(duì)水源，供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)把握好兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是管線布置的優(yōu)化方案。在優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，給水管網(wǎng)規(guī)劃、定線是管網(wǎng)設(shè)計(jì)的初始階段，必須在管網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段進(jìn)行合理的規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)，管網(wǎng)應(yīng)布置在整個(gè)供水區(qū)域內(nèi)，保證供水安全可靠，力求以最短距離敷設(shè)管線；二是管線布置既定條件下管道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。管線布置既定條件下管道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)新建的給水管網(wǎng)適當(dāng)加以簡(jiǎn)化，去掉不影響管網(wǎng)的水力計(jì)算的支管或管線。

優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)模型

要想對(duì)水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行更好的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，還應(yīng)優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)模型。對(duì)優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)建立城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)模型，對(duì)水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的分類，分類標(biāo)準(zhǔn)的不同使分類后產(chǎn)生的效果也不盡相同。一般來(lái)說(shuō)，按水源是否用加壓可以分為壓力流和重力流給水管網(wǎng)；按照水源的個(gè)數(shù)可以為單水源和多水源給水管網(wǎng)；按照管網(wǎng)形式可以分為枝狀和環(huán)狀給水管網(wǎng)。其中，環(huán)狀管網(wǎng)的特征是管道縱橫相互接通，形成環(huán)狀。對(duì)環(huán)狀給水管網(wǎng)的優(yōu)化最先采用的是線性規(guī)劃的模型，它是利用目標(biāo)函數(shù)對(duì)其流量進(jìn)行預(yù)分配；其次在計(jì)算目標(biāo)函數(shù)基礎(chǔ)上，反復(fù)調(diào)整流量分配，從而達(dá)到較理想的效果。這種模型對(duì)城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)而言具有一定的優(yōu)越性，突破了給水管網(wǎng)樹狀的困境，但仍存在著非線性弊端。近年來(lái)，隨著對(duì)環(huán)狀網(wǎng)的深入研究，對(duì)環(huán)狀網(wǎng)非線性弊端的彌補(bǔ)采取了一種新的方式，即采用泵站送水的方式，但泵站送水在城市地下給水管網(wǎng)建設(shè)的費(fèi)用和造價(jià)上提高了成本，包括了管網(wǎng)的靜態(tài)費(fèi)用和泵站的動(dòng)態(tài)費(fèi)用，其約束條件是非常復(fù)雜的約束集合，無(wú)形中增加了非線性規(guī)劃的求解難度。目前，許多學(xué)者通過(guò)簡(jiǎn)化模型或限定某些約束條件，利用非線性規(guī)劃的方法解決實(shí)際問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

總之，城市給水管道工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程不可或缺的部分,城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程，具有長(zhǎng)期性和復(fù)雜性。在了解城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，遵循結(jié)合實(shí)際，有的放矢；實(shí)事求是，協(xié)調(diào)發(fā)展；強(qiáng)化服務(wù)，提高水質(zhì)的原則，把握好優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)模型兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，不斷探索優(yōu)化城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的策略，只有這樣，才能促進(jìn)城市地下給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)水平的提高，進(jìn)而提高整個(gè)城市供水系統(tǒng)的使用效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊忠誠(chéng),魏巍.塑料管材在給水管網(wǎng)改造中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2009(01)

[2]陳俊博,季廣輝,劉彩霞.給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[J].山西建筑.2009(24)

篇3

關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)連接;建筑植筋;界面處理。

近幾年,由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)建筑市場(chǎng)的繁榮,樓房建筑越來(lái)越密集,土地資源的短缺,在既有的土地上增建的建筑越來(lái)越多,對(duì)于規(guī)劃容許的條件下做局部的增建改建,以最有限的土地獲取最大的使用空間,同時(shí)為了滿足一定的使用功能要求,對(duì)相鄰的地下建筑進(jìn)行連接,筆者在近幾年接觸的改建擴(kuò)建工程中新舊結(jié)構(gòu)的連接及細(xì)部構(gòu)造采用了下面的做法,特別是針對(duì)地下有防水要求地下室結(jié)構(gòu)連接,收到了較好的防水效果。現(xiàn)選以一個(gè)較為典型的工程實(shí)例剖析如下:

1.工程概況

遼寧電力有限公司綜合樓工程新舊車庫(kù)連接,連接位置位于新建綜合樓底下一層車庫(kù)與原辦公樓一層車庫(kù)相連。連接部分位于地下一層基底標(biāo)高為-5.700m,頂部標(biāo)高為-1.500m,該地區(qū)常年穩(wěn)定的地下水位為-3.500m,地下水位較高,因此本工程的施工對(duì)于防水要求較高,特別是接建的工程,連接部分為8m寬汽車通道和3m寬人行通道。具體的連接做法為將原有的辦公樓地下一層400mm厚的防水剪力墻鑿出相應(yīng)的通道口,然后對(duì)鑿出的剪力墻洞口頂部進(jìn)行植筋增加梁進(jìn)行加固,對(duì)于剪力墻的洞口同新建通道洞口進(jìn)行植筋,增加四周剪力墻、板及樓板連接帶,通過(guò)橡膠止水帶與新建通道進(jìn)行連接。

2.施工操作具體方法及步驟

2.1根據(jù)放線要求,在新、舊樓通道連接之前,需要先將原車庫(kù)與新車庫(kù)之間的外墻體拆除,同時(shí)不能破壞所需要的建筑結(jié)構(gòu)。具體做法是用水鉆先在即將拆除墻體的四周打孔,為防止打孔位置發(fā)生偏移,要求打孔前每隔一定距離都要用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀來(lái)測(cè)量定位。

2.2結(jié)構(gòu)連接處植筋施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求,在原建筑物上需要有新鋼筋植入的地方,采用鉆孔植筋的方法來(lái)植入鋼筋并使之和原建筑結(jié)構(gòu)相連接牢固。

施工工藝:定位 鉆孔 清孔 鋼材除銹 錨固膠配制 植筋 固化、保護(hù) 檢驗(yàn)

植筋過(guò)程中,應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題為:首先植筋的位置應(yīng)準(zhǔn)確,植筋的長(zhǎng)度必須符合設(shè)計(jì)要求,植筋膠應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用,植筋膠有一個(gè)固化過(guò)程,植筋后夏季12小時(shí)內(nèi)不得擾動(dòng)鋼筋,若有較大擾動(dòng)宜重新植。 植筋膠在常溫、低溫下均可良好固化,若固化溫度25℃左右,2天即可承受設(shè)計(jì)荷載;若固化溫度5℃左右,4天即可承受設(shè)計(jì)荷載,且錨固力隨時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)增長(zhǎng)。 植筋后3～4天可隨機(jī)抽檢,檢驗(yàn)可用千斤頂、錨具、反力架組成的系統(tǒng)作拉拔試驗(yàn)。一般加載至鋼材的設(shè)計(jì)力值,檢測(cè)結(jié)果直觀、可靠。植筋的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)連接的質(zhì)量牢固與否有直接的關(guān)系,必須嚴(yán)把植筋質(zhì)量關(guān)。植筋后養(yǎng)護(hù)并檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一工序施工。

2.3結(jié)構(gòu)連接處C60高強(qiáng)灌漿料施工

由于本工程對(duì)于原剪力墻墻體連接部位植筋增加的剪力墻體及底板、樓板,由于增加部位梁的截面及剪力墻的截面都比較小,同時(shí)接建部位的混凝土的強(qiáng)度要求也較高,設(shè)計(jì)上要求為C60高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料。再此處施工中最關(guān)鍵的部位就是施工過(guò)程中的新舊混凝土的連接處的界面處理,由于設(shè)計(jì)中未考慮到此處的界面處理,筆者根據(jù)幾年的施工經(jīng)驗(yàn),特別是地下防水混凝土的施工及維修,通過(guò)市場(chǎng)的實(shí)地考察,最后確定采用水泥基滲透結(jié)晶材料來(lái)對(duì)本工程的新舊混凝土連接處進(jìn)行專業(yè)處理,此處的界面處理是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),同時(shí)也是考慮到在竣工使用過(guò)程中此處是否存在滲漏的關(guān)鍵施工步驟。同時(shí)對(duì)于水泥基滲透結(jié)晶防水材料用于此處的施工步驟必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工,因?yàn)榇颂幍氖┕な亲铌P(guān)鍵的環(huán)節(jié),也是本工程施工成與敗的關(guān)鍵,因此對(duì)于此處的界面處理筆者當(dāng)年的施工步驟如下:

①清理基面:對(duì)于鑿除完的剪力墻基層表面應(yīng)干凈、牢固,對(duì)基層表面的油污、油漆、泛堿等必須處理清除干凈。陰陽(yáng)角等特殊部位預(yù)先進(jìn)行細(xì)部處理,再進(jìn)行大面積施工。

②濕潤(rùn)基面:施工前15分鐘左右將施工面提前用干凈水澆透,但注意不得有明水。

③秤量?jī)羲?嚴(yán)格掌握好水灰比,一般凈水重量按晶威10份:3份凈水,用秤稱量。

④配比攪拌:水泥基滲透結(jié)晶防水涂料使用前應(yīng)特別注意攪拌均勻,因?yàn)榉浪苛嫌休^多的填充料,如果攪拌不均勻,不僅涂刮困難,而且未攪拌均勻的顆粒留在涂層中,將會(huì)影響防水效果,拌料時(shí)要掌握好料、水的比例,一次拌料不宜太多,混合時(shí)用手提式電動(dòng)攪拌器攪拌約5分鐘;料漿需在30分鐘內(nèi)用完,料漿變稠時(shí)要頻繁攪拌,中間不能加水。

2.4 待養(yǎng)護(hù)三天后方可進(jìn)行下一步C60高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料施工。

2.5同時(shí)對(duì)于相連接處的伸縮縫部位應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題是在C60高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料及新建通道的防水混凝土施工過(guò)程中橡膠止水帶的位置必須正確,嚴(yán)格杜絕由于澆筑混凝土導(dǎo)致的止水帶移位而影響伸縮縫部位的防水效果,并且施工過(guò)程中嚴(yán)格保證止水帶的搭接長(zhǎng)度。

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)近幾年施工過(guò)的改擴(kuò)建工程的施工經(jīng)驗(yàn),筆者在有防水結(jié)構(gòu)連接的工程中有以下的體驗(yàn),對(duì)于防水結(jié)構(gòu)要求的建筑物的連接,最重要的環(huán)節(jié)就是下面的三點(diǎn):一是將新舊連接處的界面處理問(wèn)題解決好,二是凡是連接必然涉及到的就是植筋,對(duì)于植筋的強(qiáng)度必須保證,以此來(lái)保證結(jié)構(gòu)的牢固性,三是涉及到接建的部分必然涉及伸縮縫和止水帶,止水帶在施工過(guò)程必須要保證不移位,保證施工質(zhì)量。并滿足使用功能。

參考文獻(xiàn):

[1]建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)編寫組.建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)[M].北京中國(guó)鐵道出版社,1987。

[2]CECS25:混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)加固規(guī)范[S]。

[2]王祖華.混凝土與砌體結(jié)構(gòu)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社.1996。

作者簡(jiǎn)介:

篇4

關(guān)鍵詞：唐宋時(shí)期；黃河中下游；水旱災(zāi)害

中圖分類號(hào)：K242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-2596（2016）09-0036-02

唐宋時(shí)期的黃河中下游地區(qū)是我國(guó)主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，在社會(huì)發(fā)展歷史中占有重要地位，同時(shí)，歷史記錄中該地區(qū)地區(qū)也是水旱災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)。唐宋時(shí)期各級(jí)政府對(duì)黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害問(wèn)題十分重視，并制定有預(yù)防、抗災(zāi)減災(zāi)以及災(zāi)后救治等較為全面系統(tǒng)的政策措施和救助機(jī)制。由于近年來(lái)我國(guó)黃河中下游地區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā)，損失巨大。因此，研究唐宋時(shí)期該區(qū)域水旱災(zāi)害發(fā)生狀況及政府應(yīng)對(duì)，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要借鑒和指導(dǎo)意義。

一、唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害及其影響

（一）水旱災(zāi)害的成因

首先，氣候條件方面：黃河中下游地區(qū)位于我國(guó)中東部，屬于大陸季風(fēng)氣候，降水集中于夏秋兩季，冬春降水較少，全面降水偏低，因此在唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)降水實(shí)況呈現(xiàn)兩極分化態(tài)勢(shì)――冬春旱災(zāi)，夏秋水災(zāi)。其次，地勢(shì)條件方面：受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響黃河中下游地區(qū)呈現(xiàn)出中間偏低而南北偏高的階地性地形，地貌以高原、山地為主，境內(nèi)河流呈網(wǎng)狀密布，渭河兩岸支流眾多，受階梯狀地形影響河流比降大水流湍急。一方面，地勢(shì)平均海拔偏高，阻礙水汽進(jìn)入從而誘發(fā)旱災(zāi)，另一方面河網(wǎng)直流密布，夏秋雨水集中時(shí)期容易誘發(fā)水災(zāi)。再次，生態(tài)條件方面：黃河中下游地區(qū)在唐宋時(shí)期地表覆蓋率較低，缺少地被植物的保護(hù)，對(duì)空氣的濕度調(diào)節(jié)能力弱導(dǎo)致土壤保墑性差，加之降水量低容易發(fā)生旱災(zāi)；另一方面，雨水集中的夏秋季節(jié)，由于缺少植被保護(hù)，土壤固結(jié)性差，容易發(fā)生泥石流，加重水災(zāi)影響。

（二）水旱災(zāi)害的影響

1.對(duì)農(nóng)業(yè)的影響

水旱災(zāi)的發(fā)生無(wú)疑對(duì)黃河中下游糧食產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大破壞，常引起農(nóng)作物減產(chǎn)、絕收，農(nóng)業(yè)用田遭到毀壞。春末、夏末是黃河中下游地區(qū)旱災(zāi)多發(fā)期，而這時(shí)也是小麥和水稻等主要糧食作物生長(zhǎng)需要大量水分的關(guān)鍵時(shí)期，旱災(zāi)會(huì)致使其減產(chǎn)甚至枯死絕收。夏秋多發(fā)的水災(zāi)不僅會(huì)淹沒(méi)農(nóng)田，摧毀農(nóng)作物，還會(huì)沖垮田地，導(dǎo)致大批良田被毀。

2.對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響

一方面，水災(zāi)會(huì)直接導(dǎo)致百姓傷亡、房屋被淹、農(nóng)作物被毀，就史料記載，唐咸亨元年大雨造成山洪溺死者超過(guò)五千。另一方面水旱災(zāi)害導(dǎo)致農(nóng)業(yè)發(fā)展受阻，糧食生產(chǎn)大幅減少，在農(nóng)業(yè)為天的唐宋時(shí)期，大量百姓因饑餓而死。此外，水旱災(zāi)后過(guò)后通常會(huì)頻發(fā)瘟疫等各類疾病，由于醫(yī)療衛(wèi)生條件差，造成大批災(zāi)民死亡。

3.對(duì)統(tǒng)治王朝的影響

唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害頻發(fā)，一方面，災(zāi)民數(shù)量驟升，為賑災(zāi)救濟(jì)，中央財(cái)政面臨著巨大的財(cái)政壓力，而災(zāi)民聚集也容易誘發(fā)社會(huì)動(dòng)亂，影響內(nèi)部安定團(tuán)結(jié)。另一方面，受封建思想的影響，許多災(zāi)民將水旱災(zāi)害歸因于天譴，一些不利于統(tǒng)治階級(jí)的言論在民間散播，統(tǒng)治階級(jí)對(duì)民眾的思想管制受到了一定威脅。

二、唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害的治理策略

（一）災(zāi)前預(yù)防

災(zāi)前預(yù)防措施對(duì)于真正解決災(zāi)害問(wèn)題有著重要意義。首先，完善水利工程機(jī)構(gòu)及設(shè)施。唐宋時(shí)期政府大興水利工程建設(shè)，建立并完善了自中央至地方全國(guó)性的水利管理機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格制定相關(guān)法令對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉、河渠提防的修筑及保護(hù)等問(wèn)題進(jìn)行了監(jiān)管，將水利管理作為官員考核重要指標(biāo)；其次，通過(guò)賦稅方式建立了諸如太倉(cāng)、正倉(cāng)等倉(cāng)廩積極進(jìn)行糧食儲(chǔ)備，隨時(shí)應(yīng)對(duì)水旱災(zāi)害造成的糧食短缺問(wèn)題。再次，唐宋時(shí)期建立了完備的水旱災(zāi)害申報(bào)機(jī)制和檢查制度，災(zāi)害發(fā)生后得以通過(guò)縣――州――中央逐級(jí)奏報(bào)，保證了中央及地方機(jī)關(guān)應(yīng)對(duì)災(zāi)害的實(shí)效性，搶占災(zāi)害防治先機(jī)。水利工程的完善、儲(chǔ)糧備荒舉措的推行以及災(zāi)害申報(bào)機(jī)制的健全使政府在面對(duì)水旱災(zāi)害時(shí)有了更多的應(yīng)對(duì)空間。

（二）災(zāi)害治理

唐宋時(shí)期，政府在面對(duì)黃河中下游地區(qū)頻繁發(fā)生的水旱災(zāi)害時(shí)積極采納了系列措施，全力降低災(zāi)害帶來(lái)的損失。首先，統(tǒng)治者將祈禳歸入到國(guó)家禮儀制度中。唐宋時(shí)期受封建思想的影響，從中央到百姓普遍將水旱災(zāi)害歸咎于天譴，是上天神明對(duì)人類活動(dòng)的懲罰。唐宋時(shí)期便采用多種形式的祭祀活動(dòng)祈求神靈眷顧，陰陽(yáng)平衡；以帝王為首的統(tǒng)治階級(jí)采取“避正殿、減膳、撤樂(lè)”等舉措回應(yīng)上天譴責(zé)，表達(dá)自我反省、憂國(guó)憂民、與民眾共渡難關(guān)的決心。從統(tǒng)治者的角度來(lái)看，這種祭祀活動(dòng)雖有祈求神明的初衷，但其真正的效果卻體現(xiàn)在向百姓展現(xiàn)統(tǒng)治階層與民共苦的思想，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定民心的效果。其次，在政策方面免除受災(zāi)地區(qū)的賦稅，并調(diào)動(dòng)賑濟(jì)糧實(shí)行災(zāi)民救助，靈活采用賑給、賑貸、賑糶等賑濟(jì)方式保證災(zāi)民生命安全，“開倉(cāng)放糧”是唐宋時(shí)期解決水旱災(zāi)害最直接、最有效的手段，一方面強(qiáng)化了民眾對(duì)政府的信任力度，統(tǒng)治階層地位得以鞏固；另一方面災(zāi)民數(shù)量大幅減少，消除了社會(huì)不安定因素。再次，地方與中央的無(wú)縫配合，地方政府雖然在中央的統(tǒng)一調(diào)配下之行救災(zāi)任務(wù)，但同時(shí)與中央共同承擔(dān)災(zāi)害造成的損失，也就是說(shuō)用于賑災(zāi)的資金一部分來(lái)自中央財(cái)政，還有一部分則有地方自己承擔(dān)。

（三）災(zāi)后修復(fù)

災(zāi)后的補(bǔ)救措施同預(yù)防、救治相輔相成。應(yīng)災(zāi)救治雖然能夠在短時(shí)期內(nèi)取得實(shí)效，但并不能使災(zāi)民完全擺脫災(zāi)害影響。由此，唐宋時(shí)期政府采取了多種有利于人民修養(yǎng)生息的措施。首先，采取制度化的e復(fù)（e免、給復(fù)）舉措減免災(zāi)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，災(zāi)后一段時(shí)間內(nèi)受災(zāi)地區(qū)可免交賦稅，保證了寬松的生產(chǎn)恢復(fù)環(huán)境，這有助于穩(wěn)定受災(zāi)民眾的情緒，促使其投入的新生活當(dāng)中。在相對(duì)寬松的賦稅環(huán)境下，受災(zāi)地區(qū)的生產(chǎn)、生活得以恢復(fù)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐漸復(fù)蘇。其次，政府綜合采取幫助喪葬、房屋修葺、贖子等慈善恤民舉措安撫民眾，及時(shí)解決受災(zāi)民眾的吃住問(wèn)題，緩和社會(huì)矛盾，減低了水旱災(zāi)害造成的次生危害。再次，統(tǒng)治階層厲行節(jié)儉為減輕賦稅創(chuàng)造條件；利用授田等優(yōu)惠措施鼓勵(lì)流民返鄉(xiāng)恢復(fù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

三、唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的啟示

（一）重視民本思想

唐宋政府在水旱災(zāi)害時(shí)的各種應(yīng)對(duì)機(jī)制從本質(zhì)上講是為了鞏固中央對(duì)地方對(duì)百姓的統(tǒng)治地位，只有從民眾那里才能獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。所謂的“仁政”實(shí)施的物質(zhì)基礎(chǔ)歸根結(jié)底還是來(lái)源于百姓，所以上述種種舉措未能從根本上使民眾擺脫水旱災(zāi)帶來(lái)的悲苦境遇，在唐宋時(shí)期水旱災(zāi)害肆虐 、餓殍遍地、民眾窮困的現(xiàn)象依舊周期性出現(xiàn)。盡管如此，我們也應(yīng)正確認(rèn)識(shí)到在賑災(zāi)過(guò)程中民本思想體現(xiàn)出的價(jià)值。對(duì)保護(hù)民眾生命財(cái)產(chǎn)、推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展以及維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定等多方面都起到了重要的積極作用。從災(zāi)前預(yù)防、災(zāi)害治理到災(zāi)后修復(fù)，從中央到地方都是以民眾利益為根本出發(fā)點(diǎn)，盡管從長(zhǎng)遠(yuǎn)看利益最大方是統(tǒng)治階級(jí)，但不可否認(rèn)的是民眾的困難得到了切實(shí)解決，生產(chǎn)生活得到了有效恢復(fù)。

現(xiàn)代社會(huì)中，自然災(zāi)難發(fā)生時(shí)政府方面應(yīng)樹立強(qiáng)烈的民本意識(shí)，從受災(zāi)群眾的基本需求出發(fā)，在政策上、執(zhí)政上體現(xiàn)出對(duì)民眾的支持和關(guān)懷。今天的社會(huì)主義建設(shè)與唐宋時(shí)期的封建統(tǒng)治大不相同，當(dāng)今社會(huì)的實(shí)際統(tǒng)治者是人民，政府的執(zhí)政思想體現(xiàn)的就是廣大民眾的思想，只有切實(shí)解決了民眾所需，民眾所求，才能幫助受災(zāi)群眾從困難中走出來(lái)。

（二）提高執(zhí)政能力

唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害的防治效果與政府的執(zhí)政能力息息相關(guān)：快捷高效的災(zāi)情申報(bào)制度，完善健全的倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)對(duì)機(jī)制，以及中央到地方從上到下的貫徹執(zhí)行力都能影響到水旱災(zāi)害的實(shí)際防治效果。在以農(nóng)業(yè)為主要經(jīng)濟(jì)支撐的唐宋時(shí)期，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的破壞影響并不大，水旱災(zāi)害的發(fā)生主要是不可抗力因素，因此無(wú)論在政通人和的年代還是在社會(huì)動(dòng)蕩的年代，水旱災(zāi)害并無(wú)規(guī)律可循。但值得注意的是，不同社會(huì)背景下的水旱災(zāi)害所造成的生產(chǎn)、生活、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)影響是不同的。政通人和背景下，中央和地方執(zhí)政能力強(qiáng)，社會(huì)的抗災(zāi)能力強(qiáng)，災(zāi)害發(fā)生后能夠得到及時(shí)有效的治理，所造成的危害較小。例如，貞觀十三年魏征的一封上諫書中提到，貞觀初期自然災(zāi)害頻發(fā)，但在政府的有效應(yīng)對(duì)下政局動(dòng)蕩年代或統(tǒng)治者昏庸無(wú)能，地方官員貪污受賄的時(shí)期，水旱災(zāi)害發(fā)生后處于無(wú)人過(guò)問(wèn)狀態(tài)，社會(huì)救差，必然會(huì)加劇惡劣影響。而到了后期卻因吏治黑暗而導(dǎo)致一般的災(zāi)害也能使得人們?cè)孤曒d道。

（三）維護(hù)生態(tài)平衡

唐宋時(shí)期黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害頻發(fā)的一個(gè)重要原因是生態(tài)條件不佳，主要表現(xiàn)在地被植物覆蓋率低，土壤松散、固結(jié)性差不利于調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。黃河中下游地區(qū)屬大陸季風(fēng)氣候，降水集中，水旱兩極現(xiàn)象嚴(yán)重，因此維護(hù)好生態(tài)平衡，構(gòu)造和諧的氣候條件是根治水旱災(zāi)害的重要方式。一方面，選種抗旱能力較強(qiáng)的本地樹種，擴(kuò)大高原、山地等地形的植被覆蓋率，固結(jié)土壤，防治水土流失，同時(shí)調(diào)節(jié)氣候條件，增加空氣濕度。另一方面，研發(fā)培育新樹種應(yīng)用到生態(tài)建設(shè)當(dāng)中，發(fā)揮綠色植被的生態(tài)價(jià)值。此外，強(qiáng)化群眾的生態(tài)意識(shí)，注重對(duì)現(xiàn)有植被進(jìn)行保護(hù)，抵制亂砍濫伐，從而構(gòu)建和諧的生態(tài)平衡關(guān)系。

四、結(jié)語(yǔ)

不可否認(rèn)，水旱災(zāi)害的發(fā)生與自然環(huán)境和有關(guān)，然而人類活動(dòng)造成的影響同樣不容忽視，亂砍濫伐、植被破壞等現(xiàn)象，必然會(huì)導(dǎo)致水旱災(zāi)害的加速發(fā)生，鑒于生態(tài)環(huán)境對(duì)人類生存環(huán)境的重要作用，走人與自然和諧發(fā)展的道路勢(shì)在必行。因此，面對(duì)水旱災(zāi)害，進(jìn)行科學(xué)應(yīng)對(duì)；預(yù)防和規(guī)避黃河中下游地區(qū)水旱災(zāi)害，是我們目前最重要的工作，也是作為人類生存，留給子孫們最好的禮物。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕袁野.唐代的洪澇災(zāi)害―兩唐書?五行志有關(guān)記載研究[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（06）.

〔2〕殷淑燕、黃春長(zhǎng).唐代長(zhǎng)安與洛陽(yáng)都城水旱災(zāi)害研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014（08）.

〔3〕么振華.唐代自然災(zāi)害及救災(zāi)史研究綜述[J].中國(guó)史研究動(dòng)態(tài)，2014（11）.

篇5

Abstract: In the engineering of underground cavern excavation, due to the original structure in rock mass, plus stress redistribute and concentrate after the excavation of cavern, and again, the influence of explosive, thus, the rock loose circle will form inside certain limits of the top cavern. The excavation ofa hydropower station underground workshop has two schemes, one is middle drift first and the other one is bilateral drift first. In order to obtain the better method, this thesis utilizes finite element method andrefers to the similar engineering, method one has been chosen.

關(guān)鍵詞：地下洞室開挖；中導(dǎo)洞先行；有限元；頂拱開挖

Key words: underground cavern excavation；the excavation of the crown；finite element；middle drift first

中圖分類號(hào)：TU9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）01-0087-02

1工程概況

某水電站是金沙江河流規(guī)劃中最下游一級(jí)巨型電站，電站裝機(jī)容量6000MW，以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉和攔沙，同時(shí)改善上、下游通航條件，并具有為上游梯級(jí)電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)的作用。樞紐建筑物主要有混凝土重力壩、左岸壩后廠房、右岸地下廠房、左岸通航建筑物和兩岸灌溉取水口等。

2施工區(qū)工程地質(zhì)

主廠房水平埋深126m～371m，鉛直埋深110m～220m，廠房洞軸線走向NE30°，廠區(qū)巖層產(chǎn)狀一般為60°～80°/SE∠15°～20°，廠房洞軸線與巖層成30°～50°夾角。主廠房地質(zhì)條件復(fù)雜，巖層較差，有不穩(wěn)定塊體，地下水較為豐富，巖石透水性較好。主廠房第Ⅰ層頂拱巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖透鏡體及粗砂巖；巖層產(chǎn)狀較平緩，傾角15°～20°，層狀結(jié)構(gòu)面對(duì)頂拱穩(wěn)定影響較大，較易形成掉塊或塌方；洞室頂拱以Ⅱ類圍巖為主，有部分圍巖為Ⅲ～Ⅳ類，廠房洞內(nèi)出露的主要軟弱夾層有JC2-2、JC2-3和JC2-4。JC2-2和JC2-3出露于4號(hào)機(jī)洞段頂拱、邊（端）墻。JC2-4于廠房上、下游邊墻出露。安裝間頂拱上部分布有JC2-1，距頂拱的最小距離約6m，以8°～10°的傾角沿廠房軸線向NE側(cè)邊墻逐漸抬高。

3頂拱層開挖施工方式選擇

在地下洞室開挖中，由于巖體中原有結(jié)構(gòu)面的存在，再加上洞室開挖后應(yīng)力重新分布與集中，以及爆破作業(yè)的影響，在洞室頂部一定范圍內(nèi)會(huì)形成巖石松散圈（破壞圈），當(dāng)洞室跨度不太大，并且布置在堅(jiān)硬完整巖石中時(shí)，松散圈內(nèi)巖石相互擠壓，將在洞室輪廓線外形成一個(gè)天然的巖石拱，但對(duì)于跨度大、頂拱比較平緩的地下廠房，將不利于承重巖石拱的形成。在開挖過(guò)程中，頂拱并不能依靠自身的應(yīng)力調(diào)整形成具有自承能力的自然拱，要維持頂拱穩(wěn)定，更多的要依靠支護(hù)的懸吊作用，當(dāng)受到爆破開挖沖擊荷載作用的時(shí)候，頂拱周圍巖體還要考慮慣性力的作用，其受力狀況相比具有自承能力的巖石拱而言，將要惡劣的多。因此，對(duì)于類似該水電站工程的大跨度地下廠房頂拱層，選擇何種施工程序和開挖方法，以及如何處理開挖與支護(hù)的關(guān)系、選擇合適的支護(hù)時(shí)機(jī)，都是亟待解決的關(guān)鍵工程技術(shù)問(wèn)題。

3.1 頂拱受力特性分析在受力特征分析的基礎(chǔ)上，利用有限元計(jì)算，對(duì)比分析不同開挖方法下廠房頂拱各特征部位的應(yīng)力、位移特征，并根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)特性分析結(jié)果，提出合理的大跨地下廠房頂拱層施工程序及方法。在實(shí)際施工中，針對(duì)頂拱層開挖成型質(zhì)量及施工進(jìn)度，并結(jié)合爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)、松動(dòng)圈檢測(cè)、收斂觀測(cè)等成果，對(duì)該工程地下廠房頂拱層總體開挖效果作出評(píng)價(jià)，以確定合理的大跨地下廠房頂拱層施工程序和開挖方法。

3.1.1 理論分析在地下洞室開挖中，由于巖體中原有結(jié)構(gòu)面的存在，再加上洞室開挖后應(yīng)力重新分布與集中，以及爆破作業(yè)的影響，在洞室頂部一定范圍內(nèi)會(huì)形成巖石松散圈（破壞圈），在一定情況下，巖石松散圈可能與巖體分離，并試圖向坑道的的方向移動(dòng)，巖石的內(nèi)聚力阻止這一移動(dòng)，當(dāng)巖石的內(nèi)聚力不足以阻礙松散圈的移動(dòng)時(shí)，坑道頂部就可能發(fā)生塌方。按照M.M.普羅托奇雅科洛夫（普氏）的山巖壓力理論，當(dāng)坑道開挖時(shí)在其上部形成的塌方上部邊界具有拋物線的形狀，并叫做壓力拱。當(dāng)洞室跨度不太大，并且布置在堅(jiān)硬完整巖石中時(shí)，松散圈內(nèi)巖石相互擠壓，將在洞室輪廓線外形成一個(gè)天然的巖石拱，并承受因自重而產(chǎn)生的主要荷載；而當(dāng)巖石地質(zhì)條件不夠理想時(shí)，塌落拱本身不能承受自身重量，也就不具有自穩(wěn)能力，承重巖石拱將從塌落拱外緣開始形成，在這種情況下必須對(duì)松散圈內(nèi)巖石進(jìn)行加固，以促使自然拱的內(nèi)邊界移向隧洞的輪廓線。從上面有關(guān)自然拱的理論可以看出，隧洞頂部巖石承重拱的形成主要取決于四個(gè)因素：巖石地質(zhì)條件、洞室跨度、洞室上部輪廓形狀和圍巖加固手段，對(duì)于同處于完整堅(jiān)硬巖石中的洞室，跨度小的高拱隧洞比較容易形成巖石拱，但對(duì)于跨度大、頂拱比較平緩的地下廠房，將不利于承重巖石拱的形成。對(duì)于隧洞上部的塌落拱范圍內(nèi)的巖石，可以看作是在本身自重作用下產(chǎn)生變形的拱，而對(duì)于頂拱平緩的地下廠房，這種巖石拱更應(yīng)被看作是一種梁的形式，很顯然，這種“梁”的受力狀況是不如拱形巖石圈的。廠房頂部的松散圈類似于一個(gè)“巖石梁”，在利用錨桿加固時(shí)，下部巖石重量基本上由其上部巖石承受，換句話說(shuō)，深層部位的巖石通過(guò)一根根鋼筋將下部的“巖石梁”懸吊住，這有點(diǎn)象橋梁中的“懸索橋”，這時(shí)錨桿所起的作用是一種懸吊作用。廠房頂拱的這種“巖石梁”特性對(duì)開挖是不利的，因?yàn)樵陂_挖過(guò)程中，頂拱并不能依靠自身的應(yīng)力調(diào)整形成具有自承能力的自然拱，要維持頂拱穩(wěn)定，更多的要依靠支護(hù)的懸吊作用，當(dāng)受到爆破開挖沖擊荷載作用的時(shí)候，頂拱周圍巖體還要考慮慣性力的作用，其受力狀況相比具有自承能力的巖石拱而言，將要惡劣的多，所以在洞室開挖過(guò)程中，除設(shè)計(jì)中既有的錨桿支護(hù)數(shù)量外，還要對(duì)巖石加強(qiáng)支護(hù)，特別是對(duì)一些潛在的不穩(wěn)定楔形體和拱頂部位，要加大錨桿的長(zhǎng)度，必要時(shí)還要采取預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索的支護(hù)措施。

3.1.2 有限元分析利用ANSYS有限元計(jì)算軟件針對(duì)不同斷面洞室進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算分析，計(jì)算模型的選取以該工程一小斷面隧洞和地下廠房頂拱層開挖作為參考原型。計(jì)算選用平面應(yīng)變分析方法，模型考慮線彈性，只考慮重力的作用，巖石物理力學(xué)參數(shù)選取如下：彈性模量20Gpa，泊松比0.22，密度2700kg/m3。計(jì)算得出的應(yīng)力等值線圖如圖1、2所示。由圖1中可看出，在小隧洞的拱頂部位出現(xiàn)了比較連續(xù)的水平壓應(yīng)力區(qū)，并且等值線呈現(xiàn)與拱頂輪廓線平行的趨勢(shì)，隧洞巖體的相互擠壓將其所受的豎直方向的壓應(yīng)力向拱座的方向傳遞，計(jì)算結(jié)果在一定程度上反映了隧洞上方巖石拱的形成機(jī)理。而對(duì)于跨度較大的地下廠房，情況則不一樣了，從圖2中可看出，在拱頂一定范圍內(nèi)出現(xiàn)了水平拉應(yīng)力，而且在洞頂輪廓線外壓應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力等值線并不是沿著洞室輪廓線的方向，這說(shuō)明在洞頂并沒(méi)有形成可以改善受力的巖石拱。從計(jì)算結(jié)果還可看出，在廠房拱角和拱座附近存在比較嚴(yán)重的壓應(yīng)力集中，這也是值得注意的問(wèn)題。

3.1.3 頂拱層不同開挖程序的有限元分析利用ANSYS有限元計(jì)算軟件對(duì)廠房頂拱在兩種開挖方法下的應(yīng)力分布進(jìn)行分析，考慮中導(dǎo)洞領(lǐng)先和兩側(cè)導(dǎo)洞超前兩種情況，最終計(jì)算得到的應(yīng)力分布情況如圖3、圖4所示。從圖3中反映的應(yīng)力分布情況來(lái)看，兩側(cè)導(dǎo)洞超前洞周應(yīng)力狀況還是比較良好的，只是在兩個(gè)拱角部位有比較明顯的應(yīng)力集中，中間保留巖柱部分存在豎直向的壓應(yīng)力，這和東風(fēng)主變室頂拱施工中的情況是吻合的。采用中導(dǎo)洞領(lǐng)先時(shí)，雖然洞室跨度減小了，但因?yàn)槎词倚螤罱朴诰匦危芰η闆r不理想，從圖4中可看出，洞室頂部在拱冠部位存在一定的水平拉應(yīng)力區(qū)，但范圍并不大，但是豎直向卻存在較大范圍的拉應(yīng)力區(qū)，這可能是由于中導(dǎo)上部輪廓近乎是直線，所以頂部并沒(méi)有形成比較明顯的到達(dá)洞室邊墻外側(cè)的巖石拱(壓應(yīng)力區(qū))，導(dǎo)致導(dǎo)洞頂部松散圈范圍比較大，四個(gè)邊角部位有明顯的應(yīng)力集中，在施工中必須采取措施避免這種情況的出現(xiàn)。

3.2 廠房頂拱層開挖方案比選從理論分析的結(jié)果來(lái)看，廠房頂拱層在開挖后存在兩個(gè)比較薄弱的地方：一個(gè)是拱座存在應(yīng)力集中，而另一個(gè)就是拱冠部位可能存在的松散巖石圈。從這兩個(gè)基點(diǎn)出發(fā)可以很容易得出對(duì)開挖程序的兩種不同考慮：①先挖廠房?jī)蓚?cè)，提前加固拱座，增加施工期安全；②先挖中間導(dǎo)洞，減小一次開挖跨度，以保證廠房拱冠部位的局部穩(wěn)定。以上兩種方法的出發(fā)點(diǎn)都是為了保證廠房頂拱在施工期的安全，并且在實(shí)際施工中都有采用，對(duì)15座可以收集到資料的地下廠房頂拱層開挖方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下：采用兩側(cè)導(dǎo)洞超前開挖的工程有：十三陵、大朝山、龍灘，共3個(gè)；采用中導(dǎo)洞超前開挖的工程有：小灣、瀑布溝、廣蓄一期、小浪底、二灘、大廣壩、東風(fēng)、水布埡、三板溪、百色、索風(fēng)營(yíng)、瑯琊山，共12個(gè)。在東風(fēng)水電站建設(shè)過(guò)程中，為了研究廠房頂拱層的開挖程序問(wèn)題，先期在主變室頂層開挖時(shí)作了試驗(yàn)。在主變室頂層開挖時(shí)，首先考慮采用了兩側(cè)導(dǎo)洞超前的開挖方法，但在施工中發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題：①兩側(cè)導(dǎo)洞開挖后，中間巖柱受應(yīng)力過(guò)分集中，非但沒(méi)有起到支撐圍巖的作用，反而在爆破中間巖柱時(shí)引起頂拱變形的突增（下沉達(dá)3.52cm），在龍灘地下廠房的開挖過(guò)程中也出現(xiàn)了類似情況；②中間巖柱對(duì)兩側(cè)導(dǎo)洞施工干擾較大，大型施工機(jī)械在導(dǎo)洞內(nèi)無(wú)足夠的回轉(zhuǎn)余地；③雙側(cè)導(dǎo)洞開挖后，擴(kuò)挖中部時(shí)頂拱輪廓線與兩邊已成輪廓線銜接部位的小三角體造孔困難，易形成頂部超欠挖，影響光面爆破質(zhì)量，同時(shí)壁面巖石局部產(chǎn)生應(yīng)力集中發(fā)生掉塊影響施工安全。因?yàn)樯鲜龇N種原因，所以在廠房施工時(shí)改用了中導(dǎo)洞超前的施工方法。

4開挖施工程序選擇

從實(shí)例分析，針對(duì)該工程可以得出以下結(jié)論：①地下廠房頂拱層開挖過(guò)程中，最危險(xiǎn)的部位是拱冠部位，施工中必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC拱頂部位的穩(wěn)定，在拱頂暴露后應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行支護(hù)，而且支護(hù)參數(shù)可能要考慮開挖爆破的影響，在設(shè)計(jì)支護(hù)的基礎(chǔ)上予以加強(qiáng)；②頂拱開挖以中導(dǎo)洞超前為宜，由于頂拱比較平緩，并不能很有效的在頂拱淺處形成承重巖石拱，這使得中部巖石的豎直向荷載并不能通過(guò)拱的作用很快傳于拱座，所以提前加固拱座意義不大；另外，當(dāng)采用兩側(cè)導(dǎo)洞超前的施工方法時(shí)，中間保留巖柱的壓應(yīng)力集中使得在后續(xù)拆除時(shí)，頂拱產(chǎn)生比較大的位移變形；③從方便施工的角度考慮，中導(dǎo)領(lǐng)先有利于大型施工機(jī)械的展開，主要是中導(dǎo)開挖后，兩側(cè)擴(kuò)挖過(guò)程中，可以使得兩個(gè)工作面上的開挖作業(yè)實(shí)現(xiàn)有序銜接；④頂拱層兩側(cè)擴(kuò)挖后要及時(shí)對(duì)拱角進(jìn)行支護(hù)加固，以保證頂拱開挖支護(hù)后的整體穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]G H Shi. Discontinuous deformation analysis:a new numerical model for the statics and dynamics deformable block structures.Engineering Computations.1992.9(2).

篇6

關(guān)鍵詞：濕地 污水處理 地下水 影響

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市用水量越來(lái)越大且廢水排放量也日漸增多，而相對(duì)的淡水資源卻愈發(fā)短缺，這就要求城市發(fā)展急需采用有效的廢水處理系統(tǒng)，將廢水處理后回收利用[1]。當(dāng)前城市污水處理有污水處理廠、污水灌溉、污水直接排放等，但是這些方式要么成本高、要么污染環(huán)境，面臨此問(wèn)題，應(yīng)用濕地系統(tǒng)對(duì)城市污水進(jìn)行處理得到了研究和運(yùn)用。

濕地系統(tǒng)是利用生態(tài)系統(tǒng)原理和自然科學(xué)原理，采用植物、蟲類、微生物等自然界物質(zhì)對(duì)污水進(jìn)行凈化的過(guò)程系統(tǒng)[2]。濕地系統(tǒng)雖然對(duì)城市污水具有一定的凈化處理效果，但是由于污水量的增多和濕地系統(tǒng)建設(shè)的不合理等原因，濕地系統(tǒng)污水處理時(shí)不可避免的出現(xiàn)各種缺陷，對(duì)地下水造成一定的影響。

1 基本概念

濕地一般可以分為自然濕地和人工濕地兩類，自然濕地是指自然條件成長(zhǎng)而形成的一塊濕地區(qū)域，人工濕地是指為了某種需要，模擬自然濕地進(jìn)行人工設(shè)計(jì)和建造形成了水、土、植被、動(dòng)物等組成復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

人工濕地系統(tǒng)一般用來(lái)處理污水，主要有人工填料和水生植物組成，主要通過(guò)利用濕地系統(tǒng)中的填料-水生植物（動(dòng)物）-微生物等相互之間的物理、化學(xué)、生物的協(xié)調(diào)作用，通過(guò)轉(zhuǎn)變、過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收、微生物分解等過(guò)程對(duì)污水進(jìn)行凈化處理。人工濕地系統(tǒng)一般分為表面流濕地、水平潛流濕地、垂直流濕地三種。

2濕地系統(tǒng)處理污水理論

2.1 污水處理機(jī)理

當(dāng)人工濕地系統(tǒng)建設(shè)成熟后，填料表面和植物根系中自然生長(zhǎng)許多微生物，進(jìn)而形成生物膜和土壤間隙，污水流過(guò)時(shí)固體廢物被填料和根系阻擋，有機(jī)污染物質(zhì)則被吸附和異化進(jìn)行去除。根系對(duì)氧的傳遞釋放作用，改變濕地中的氧環(huán)境狀態(tài)，直接將污水中的氮、磷等物質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行吸收，通過(guò)硝化、反硝化作用進(jìn)行去除，最后通過(guò)定期更換濕地的填料、植物等使污水進(jìn)行循環(huán)處理凈化。總的來(lái)說(shuō)，是通過(guò)植物的代謝作用、微生物的分解作用、物質(zhì)的物理和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等對(duì)污水進(jìn)行處理。

2.2 濕地污水處理的作用和優(yōu)勢(shì)

濕地污水處理由于其建設(shè)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、污水處理效果好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、較高的氨氮去除率、較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，在生活污水和城市污水處理中得到了廣泛應(yīng)用，特別是農(nóng)村生活污水處理、城市污水處理廠二次處理中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，使污水處理和環(huán)境調(diào)解相結(jié)合，不僅可以提供水源、補(bǔ)充地下水、防止自然災(zāi)害，清除污染物，還可以保護(hù)植被和城市生物多樣性。

2.3 濕地污水處理的缺陷

人工濕地城市污水處理雖然具有較大的優(yōu)勢(shì)和良好作用，但是也不可避免的出現(xiàn)一些問(wèn)題，如人工濕地系統(tǒng)占地面積大、處理污水過(guò)程慢、易受到病蟲害和氣候變化的環(huán)境影響等缺陷存在。最主要的三個(gè)問(wèn)題如下：

（1）濕地堵塞。人工濕地處理城市污水經(jīng)過(guò)時(shí)間積累，各種污染物懸浮物的聚集會(huì)導(dǎo)致濕地系統(tǒng)效能降低。雖然通過(guò)吸附和沉淀可以攔截去除許多污染懸浮物和污染無(wú)機(jī)物等，但是久而久之會(huì)造成濕地堵塞。

（2）污水處理出水水質(zhì)不穩(wěn)定。一方面隨著城市人口增加和用水量增加，進(jìn)入濕地的污水濃度和污水量過(guò)大，超過(guò)濕地系統(tǒng)的負(fù)荷；另一方面冬季氣候嚴(yán)重降低濕地系統(tǒng)污水處理效率，不但導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，還導(dǎo)致污水流入自然污染環(huán)境。

（3）設(shè)計(jì)難以達(dá)到精準(zhǔn)要求。生物和水力復(fù)雜性加大了對(duì)其污水處理機(jī)制、工藝動(dòng)力學(xué)和影響因素的認(rèn)識(shí)理解，引起的人工濕地設(shè)計(jì)和建設(shè)不合理導(dǎo)致人工濕地不但污水處理不合格，反而變成了污染源。

總之，濕地城市污水處理最大問(wèn)題和影響就是對(duì)地下水環(huán)境造成影響，由于濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、維護(hù)、負(fù)荷不足、機(jī)能破壞、植物更新等不及時(shí)導(dǎo)致污水流入地下，附帶的硝態(tài)氮、磷、重金屬離子等對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染和影響。

3濕地處理污水對(duì)地下水的影響

人工濕地城市污水處理由于負(fù)荷過(guò)大、進(jìn)水污染度過(guò)高、進(jìn)水量過(guò)大、植被生態(tài)破壞、濕地系統(tǒng)失效等原因易出現(xiàn)造成地下水污染的情況。

3.1 導(dǎo)致地下水硝酸鹽化的影響

濕地處理污水的流入使地下水的硬度和含鹽量都會(huì)大幅度增加，特別是濕地污水處理后形成的硝化污泥，其中的硝態(tài)氮由于其易溶性和不易被土壤吸收性的性質(zhì)特征，直接造成地下水污染，甚至引起“肥水”現(xiàn)象。地下水硬度和含氮量的提高，土壤中的氨離子產(chǎn)生硝化反應(yīng)生產(chǎn)硝酸鹽會(huì)直接加重地下水的硝酸鹽變化污染。

3.2 重金屬離子污染地下水的影響

城市污水由于含有工業(yè)污水所以含有大量的重金屬離子，濕地系統(tǒng)的土壤對(duì)重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附作用，阻止重金屬離子向地下水中移動(dòng)，但是人工濕地隔離壁的破壞會(huì)導(dǎo)致重金屬離子縱向遷移至地下水，造成地下水污染。對(duì)Zn、Cu等重金屬離子進(jìn)行淋濾實(shí)驗(yàn)可以表明，土壤汗水植物可以吸附和沉淀重金屬離子，在表層10cm以下積累時(shí)，重金屬離子就會(huì)出現(xiàn)向下移動(dòng)的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致地下水重金屬離子污染。

3.3 生物致病物質(zhì)對(duì)地下水的影響

人工濕地系統(tǒng)由于其潮濕、植物、微生物等原因，在城市污水處理過(guò)程中，由于污染物的積累會(huì)產(chǎn)生各種寄生蟲、細(xì)菌、病毒、有毒微生物等，這些物質(zhì)流入土壤遷移至地下水中，將對(duì)地下水造成嚴(yán)重的污染。研究表明，一些病毒和細(xì)菌由于其微小、存活率高的特性通過(guò)遷移作用，通過(guò)土壤空隙時(shí)不會(huì)被土壤吸收和過(guò)濾，容易直接進(jìn)入地下水系統(tǒng)，地下水受到病毒、細(xì)菌感染污染十分嚴(yán)重，極有可能通過(guò)傳染造成大范圍地下水受到污染，對(duì)地下水質(zhì)環(huán)境、人們生活等都造成嚴(yán)重影響。

3.4 污水處理形成的有機(jī)物對(duì)地下水的影響

城市工業(yè)污水含有的、污水處理中產(chǎn)生的各種有機(jī)物質(zhì)，在濕地污水處理過(guò)程中一般流入土壤通過(guò)遷移進(jìn)入地下水系統(tǒng)，將對(duì)地下水造成污染，研究表明某些城市地下水受到有機(jī)物污染造成致癌物質(zhì)的達(dá)幾十種。

3.5 濕地污水處理對(duì)地下水的整體影響

人工濕地系統(tǒng)的構(gòu)造是模擬自然濕地生態(tài)系統(tǒng)在某一區(qū)域進(jìn)行挖掘建設(shè)，由于培養(yǎng)各種植物、營(yíng)造土壤環(huán)境導(dǎo)致地層表層被破壞，人工濕地離地下水更加接近。一般情況下污水的排放會(huì)受到土壤的吸附、過(guò)濾、同化和沉淀等作業(yè)阻止其流入地下水，地層被人工濕地系統(tǒng)破壞后，污染一旦在濕地系統(tǒng)中出現(xiàn)泄漏和溢流，就極容易進(jìn)入地下水，從而導(dǎo)致地下水受到破壞和影響。

4結(jié)論

在分析濕地系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，表明在濕地系統(tǒng)遭到破壞等各種因素影響下，濕地城市污水處理會(huì)對(duì)地下水造成嚴(yán)重影響。

從濕地城市污水處理導(dǎo)致地下水硝酸鹽化、重金屬離子污染、產(chǎn)生生物致病物質(zhì)、形成有毒的有機(jī)物、整體影響等方面詳細(xì)分析濕地污水處理對(duì)地下水的影響。

參考文獻(xiàn)

篇7

塔拉灘地區(qū)位于共和盆地西南部，距海南州共和縣城約3．0km由于灘地的地表水匱乏，地下水未開發(fā)利用，塔拉灘地區(qū)居民人畜飲水及農(nóng)灌水均來(lái)源于低于灘地帶200余米黃河抽取，而地下蘊(yùn)藏有豐富的地下水資源沒(méi)有利用，生態(tài)環(huán)境卻因缺水而不斷惡化、土地嚴(yán)重沙化、草原不斷退化，合理開發(fā)利用地下水資源已迫在眉睫，塔拉灘地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理和改造已刻不容緩。

1地下水形成的自然條件

1．1地理位置

塔拉灘位于群山環(huán)抱的共和盆地中部黃河左岸，平面上呈東寬西窄的“葫蘆”狀北北西向展布，南北長(zhǎng)約25km，東西寬約66km，面積約1．38萬(wàn)km2。地勢(shì)上以3°～10°的坡降自北西向東南傾斜，至最低處的龍羊峽水庫(kù)水面海拔高度僅為2574m。涉及共和縣7個(gè)鄉(xiāng)9個(gè)行政村、有人口21885人，有草地面積208843hm2，耕地面積662hm2，牲畜存欄25．3萬(wàn)頭(只)。因受嚴(yán)重缺水條件限制，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，鐵蓋鄉(xiāng)全鄉(xiāng)人均純收入僅為1000元左右，受氣候環(huán)境條件的影響，塔拉灘地區(qū)風(fēng)沙大，生態(tài)環(huán)境惡化，環(huán)境治理用水也異常緊缺。

1．2氣象及水文條件

塔拉灘地區(qū)具有日照強(qiáng)烈、冬寒夏涼、日溫差較大、降水集中、干旱少雨、風(fēng)沙大、無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期、氣溫低、冷熱劇變等特點(diǎn)。盆地多年平均氣溫1℃～5．2℃，多年平均降水量為310．5mm，多年平均蒸發(fā)量1751．4mm，一般風(fēng)速9m/s～10m/s，最大風(fēng)速12．3m/s～18．3m/s。共和盆地干旱少雨，自然條件較差，導(dǎo)致地表水系不甚發(fā)育，區(qū)內(nèi)主要有三大水系:1)沙珠玉河發(fā)源于盆地西部的阿拉丘一帶，匯水總面積5703km2，全長(zhǎng)95km，由泉水匯集而成，自西向東注入達(dá)連海湖，沙珠玉河多年平均徑流量16232×104m3。2)恰卜恰河是黃河一級(jí)支流，河流長(zhǎng)約70km，流域面積817km2。山口處測(cè)得瞬時(shí)流量0．483m3/s，出山后2km～3km即滲入地下，轉(zhuǎn)化為地下水，至上再次溢出，轉(zhuǎn)為地表水，年徑流量達(dá)2828．78×104m3/年，最終流入黃河。3)黃河發(fā)源于巴顏喀拉山北麓山區(qū)，龍羊峽壩址斷面的多年平均流量為640m3/s，總徑流量202×108m3/年。

1．3地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1．3．1地形地貌及地層條件灘地由一塔拉、二塔拉、三塔拉組成，塔拉臺(tái)表部地形平坦開闊，三個(gè)塔拉由北而南從低級(jí)到高級(jí)呈階梯狀排列，東西向自山區(qū)至平原區(qū)由高到低，灘地帶高出黃河400余米，灘地東緣的黃河谷地形呈多級(jí)階地，其中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級(jí)階地已被龍羊峽水庫(kù)淹沒(méi)。共和盆地在第四紀(jì)早～中更新世內(nèi)陸沉積環(huán)境中，堆積了厚達(dá)300m～1000m的松散堆積物，下部為一套早更新統(tǒng)亞粘土、亞砂土、中粗砂、粉細(xì)砂地層，表部覆蓋了上更新統(tǒng)亞砂土、亞粘土、砂礫石、中粗砂、中細(xì)砂層，為盆地第四系孔隙水的賦存運(yùn)移創(chuàng)造了良好空間。

1．3．2地下水的形成與分布具獨(dú)立補(bǔ)徑排水文地質(zhì)系統(tǒng)特征的共和盆地地下水，嚴(yán)格受控于地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及地貌環(huán)境背景條件。灘地西部及北部的基巖山區(qū)是灘地地下水的補(bǔ)給區(qū)，廣大灘地帶富含豐富的埋藏深、分布較廣的松散巖類孔隙半承壓、承壓水。共和西盆地是一個(gè)半封閉的盆地，南北山區(qū)是地下水的形成區(qū)，以大氣降水補(bǔ)給為主。而山前平原和盆地中央是地下水的徑流排泄區(qū)，地下水以徑流為主，黃河谷地則是盆地地下水的主要排泄區(qū)。

1．3．3地下水的補(bǔ)徑排條件

(1)灘地地下水來(lái)源于灘地周邊基巖山區(qū)，周邊基巖山區(qū)是灘地地下水的補(bǔ)給區(qū)。盆地北部的青海南山和南部的河卡南山，由于山區(qū)基巖，構(gòu)造、風(fēng)化裂隙發(fā)育，地形陡峭，大氣降水迅速匯集溝谷或滲入基巖裂隙中，減少了水分的蒸發(fā)，有利于地表水和地下水的形成。另外山區(qū)氣溫低，降雪時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，大量積雪于4月份融化，集中補(bǔ)給地下水，有利于地下水的形成。基巖裂隙水又以泉的形式排泄于溝谷中匯成地表徑流，在出山口后大量滲入地下，形成第四系松散巖類孔隙潛水。大氣降水形成山區(qū)地表水和地下水，它們是盆地地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，因此山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)，山區(qū)溝谷是盆地地下水的補(bǔ)給通道。

(2)山前傾斜平原和盆地中央是地下水的徑流區(qū)。無(wú)論是潛水、承壓水或半承壓水都是接受山區(qū)溝谷地下徑流的補(bǔ)給和山區(qū)地表徑流出山口后迅速入滲補(bǔ)給。其中盆地西部地區(qū)，山前傾斜平原地下水徑流補(bǔ)給盆地中央帶為半承壓水，新哲農(nóng)場(chǎng)以西，由于斷裂及背斜的阻水作用，地下水位抬高，并形成大片沼澤、濕地，一部分地下水消耗于蒸發(fā)，另一部分地下水以泉的形式泄出地表形成泉集河，排泄于沙珠玉河中;南北山前傾斜平原地下水在山前斷裂帶附近形成地下跌水，補(bǔ)給盆地中央帶地下水;沙珠玉河也從上游至下游由排泄地下水逐漸變?yōu)檠a(bǔ)給地下水;盆地東部地區(qū)，地下水主要接受西部鄰區(qū)半承壓水向東徑流補(bǔ)給、沙珠玉河的側(cè)向補(bǔ)給和山區(qū)地表水的滲入補(bǔ)給，并于恰卜恰河轉(zhuǎn)彎處及黃河左岸溢出地表，分別排泄。

(3)黃河谷地是地下水排泄區(qū)。由于黃河深切，使共和盆地成為外泄盆地，共和西盆地上更新統(tǒng)含水層受黃河強(qiáng)烈切割影響，含水層直接，地下水在黃河Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級(jí)階地前緣形成階梯狀泄出帶。

2地下水資源評(píng)價(jià)及開發(fā)利用前景

2．1地下水資源評(píng)價(jià)據(jù)前人資料，利用泉水泄出量統(tǒng)計(jì)法，武雷村黃河左岸—沙有村一帶測(cè)得恰卜恰河谷右岸泉水泄出量Q1=6．68×104m3/d，拉干峽—武雷村黃河左岸測(cè)得泉水泄出量Q2=21．58×104m3/d，二者之和即為整個(gè)塔拉灘地區(qū)地下水天然徑流量的主值，Q泄=Q1+Q2=28．26×104m3/d，由于龍羊峽水庫(kù)的蓄水，部分泉水溢出點(diǎn)成為淹沒(méi)區(qū)，2008年4月～6月測(cè)得塔拉灘地區(qū)東緣黃河左岸泉水總流量為15．571×104m3/d。恰卜恰河谷右岸泉水泄出量為5650．34m3/d，占整個(gè)塔拉灘地區(qū)泉水泄出量的3．63%，一塔拉地區(qū)東緣黃河左岸測(cè)得泉水流量2．702×104m3/d，占整個(gè)塔拉灘泉水總流量的17．35%，即一塔拉地區(qū)地下水天然徑流量的主值為2．702×104m3/d，二塔拉地區(qū)東緣黃河左岸測(cè)得泉水流量7．852×104m3/d，占整個(gè)塔拉灘泉水總流量的50．53%，三塔拉地區(qū)東緣黃河左岸測(cè)得泉水流量5．017×104m3/d，占整個(gè)塔拉灘泉水總流量的32．22%。塔拉灘地區(qū)地下水水化學(xué)類型為HCO3•Cl•SO4—Na•Ca型或Cl•SO4—Na•Ca型或Cl•HCO3—Na•Ca型水，呈無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅，透明，礦化度小于1．0g/L，水質(zhì)達(dá)到人畜飲用及工農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2．2地下水的開發(fā)利用前景

塔拉灘地區(qū)由于地下水位埋深較大，交通不便，主要為農(nóng)牧民居住，基本上沒(méi)有開采地下水，地下水處于天然狀態(tài)。鐵蓋鄉(xiāng)位于黃河左岸塔拉臺(tái)上，塔拉臺(tái)高出黃河約300m～400m，目前鐵蓋鄉(xiāng)居民飲用水靠從恰卜恰河谷采用泵站提水解決，農(nóng)灌用水依靠從黃河采用三級(jí)泵站提灌解決。鐵蓋鄉(xiāng)全鄉(xiāng)人均純收入僅為1000元左右，沒(méi)有能力負(fù)擔(dān)高昂的水費(fèi)，因此大部分費(fèi)用均由政府承擔(dān)，每年政府需要耗費(fèi)大量的財(cái)力解決鐵蓋鄉(xiāng)的人畜飲用水及灌溉用水問(wèn)題。而當(dāng)?shù)氐牡叵滤宦裆?00m，水位高出黃河200m，開采塔拉灘地下水資源意味著可少做200m提水的無(wú)用功，還不包括泵站在運(yùn)行過(guò)程中的成本及維護(hù)費(fèi)用。因此合理開采地下水資源可極大的降低取水成本、減少黃河泵站運(yùn)行成本及維護(hù)費(fèi)用、減輕政府的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，所以塔拉灘地區(qū)地下水的開發(fā)利用已勢(shì)在必行。塔拉灘地區(qū)東緣黃河左岸地下水總排泄量達(dá)15．571×104m3/d，這個(gè)排泄量可近似認(rèn)為是地下水天然徑流量，恰卜恰河河谷右岸地下水泄出量為5650．34m3/d，一塔拉地下水排泄量為2．7×104m3/d，二塔拉地下水排泄量為7．85×104m3/d，三塔拉地下水排泄量為5．017×104m3/d。這些地下水泄出量可近似作為允許開采量的極限值，則一塔拉地區(qū)允許開采量為2．702×104m3/d，二塔拉地區(qū)允許開采量為7．852×104m3/d，三塔拉地區(qū)允許開采量為5．017×104m3/d。目前，僅在一塔拉馬漢臺(tái)一帶有少量機(jī)井開采地下水，開采量不足2000m3/d，其余地段地下水處于天然狀態(tài)，故塔拉灘地區(qū)地下水開采潛力巨大。地下水的開采方式為機(jī)井，抽水設(shè)備為深井潛水電泵。開采井宜垂直地下水流向布置。一塔拉地下水埋深100m～150m左右，含水層巖性主要為下更新統(tǒng)河湖相粗砂、中細(xì)砂，布井間距1．0km～1．5km，井徑325mm～377mm，井深300m～400m，單井涌水量600m3/d～2000m3/d;二塔拉地下水埋深180m～250m左右，含水層巖性主要為下更新統(tǒng)河湖相中砂、細(xì)砂，布井間距0．8km～1．2km，井徑325mm～377mm，井深500m～700m，單井涌水量在1000m3/d～3000m3/d;三塔拉地下水埋深300m～380m左右，含水層巖性為早更新世河湖相中細(xì)砂，水位埋深大，開發(fā)利用成本較大，建議開采河卡灘地下水向三塔拉地區(qū)輸水，或加大二塔拉地區(qū)的開采量向三塔拉輸水。

2．3地下水開發(fā)利用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度

塔拉灘泉水泄出量15．571×104m3/d，黃河在龍羊峽壩址多年平均流量5529．6×104m3/d，泉水泄出量?jī)H占河水流量的0．307%，開采塔拉灘地下水對(duì)龍羊峽水庫(kù)基本上沒(méi)有影響。開采塔拉灘地下水，對(duì)黃河岸邊的泉水有明顯的影響，對(duì)由泉水形成的小湖泊影響較大，可能存在泉水?dāng)嗔骷靶『锤煽莠F(xiàn)象。由于泉水及湖泊均位于龍羊峽庫(kù)區(qū)的沙漠化地區(qū)，少量泉水?dāng)嗔骷靶『锤煽輰?duì)生態(tài)環(huán)境影響不大。塔拉灘地下水的開采會(huì)造成泉水流量的減小，在泉口附近生長(zhǎng)的植被減少或消失，形成土地沙化，但泉口植被原本就很稀少，因而土地沙化基本可忽略不計(jì)。塔拉灘地區(qū)地下水位埋深100m～300m，現(xiàn)有旱生植被對(duì)地下水沒(méi)有依賴性，因而開采地下水對(duì)塔拉灘地區(qū)植被影響甚微，僅對(duì)泉口泄出帶的植被有較大影響，從地面測(cè)繪的調(diào)查結(jié)果來(lái)看，黃河岸邊泉水泄出帶多為沙化嚴(yán)重地區(qū)，泉水泄出量的減少不會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題。現(xiàn)狀條件下塔拉灘沙漠化處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，草場(chǎng)退化加劇，水土流失嚴(yán)重。塔拉灘上現(xiàn)有的植被與地下水位埋深沒(méi)有絲毫關(guān)系，地下水合理開采不會(huì)對(duì)現(xiàn)有植被造成危害，同時(shí)由于地下水的開采利用灌溉可有效的加強(qiáng)塔拉灘植被的生長(zhǎng)，防止土地沙化的擴(kuò)展，減少水土流失。通過(guò)對(duì)1985年～2006年的共和盆地牧草生長(zhǎng)氣象因素分析，除了氣溫因素對(duì)牧草的生長(zhǎng)起著決定性作用外，降雨量對(duì)牧草的生長(zhǎng)也起著重要的作用，也就是說(shuō)水對(duì)植被的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用，合理的利用地下水資源可極大的改善塔拉灘地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。塔拉灘地區(qū)土地沙化缺水，而地下卻蘊(yùn)藏著豐富的地下水，水位高出黃河水100m～200m，就地開采地下水可節(jié)省大量的電力資源，同時(shí)開采地下水并加以開發(fā)利用可避免大量的水資源白白流失。綜上所述，開采塔拉灘地下水資源不僅不會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的惡化，而且可以節(jié)約大量生產(chǎn)成本，解決人畜飲水困難，可在改善生態(tài)環(huán)境的同時(shí)加快塔拉灘的合理開發(fā)利用。

3塔拉灘地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及治理措施

3．1生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

塔拉灘總面積為2136km2，海拔2600m～3200m之間。因受缺水條件限制，土地利用率較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，鐵蓋鄉(xiāng)全鄉(xiāng)人均純收入僅為1000元左右，受氣候環(huán)境條件的影響，區(qū)內(nèi)風(fēng)沙大，生態(tài)環(huán)境惡化，環(huán)境治理用水特別緊缺。塔拉灘地區(qū)土壤類型為栗鈣土、輕壤或沙壤。土層厚度在40cm～60cm的約占60%，100cm左右的土層不足1/3，這種土壤一旦失去植被的保護(hù)，在強(qiáng)風(fēng)的侵蝕下極易遭風(fēng)蝕，造成沙漠化及水土流失。塔拉灘原生植被優(yōu)勢(shì)種為克氏針茅、紫花針茅、青海固沙草、岌岌草、扁穗冰草、細(xì)葉苔草等。由于氣候溫暖干旱，草地沙化、退化，草群的牧草種類單純，以旱生叢生禾草克氏針茅、岌岌草、青海固沙草為優(yōu)勢(shì)種，伴生種有細(xì)葉苔草、針茅、賴草、早熟禾、火絨草、一裂委陵菜、多裂委陵菜等牧草。塔拉灘生態(tài)環(huán)境惡化主要表現(xiàn)在四個(gè)方面:1)沙漠化處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。2)草場(chǎng)退化加劇。3)水土流失日趨嚴(yán)重。4)草原鼠害猖獗，毒雜草危害嚴(yán)重。

3．2生態(tài)環(huán)境治理的措施

治理的主要措施:1)治理的核心是解決水的問(wèn)題，興建水利設(shè)施，建立草原灌溉系統(tǒng)，實(shí)施打井取水、建池蓄水和節(jié)約用水制度，充分利用得天獨(dú)厚的地下水資源進(jìn)行植樹種草、防沙固沙治理工程建設(shè)。2)做好休牧育草工程，切實(shí)抓好草地退牧休牧育草工程。3)通過(guò)營(yíng)造防護(hù)林、水土保持林、林田防護(hù)林網(wǎng)和實(shí)施草地圍欄。4)加強(qiáng)退化的草場(chǎng)治理，培育和引進(jìn)適合塔拉灘地區(qū)氣候特點(diǎn)的耐寒、耐旱經(jīng)濟(jì)林木與優(yōu)良牧草種植，實(shí)施人工種草、飛播種草、圍欄封育等措施。5)應(yīng)建立健全水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，做到科學(xué)用水、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一規(guī)劃，提高用水效率，加強(qiáng)節(jié)約用水新觀念，樹立保護(hù)水資源思想意識(shí)，使水資源系統(tǒng)維持一種良性循環(huán)狀態(tài)，以達(dá)到水資源永續(xù)利用的目的。

4結(jié)語(yǔ)

(1)塔拉灘地區(qū)賦存有較豐富的松散巖類孔隙水。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要是西部鄰區(qū)半承壓水向東的徑流補(bǔ)給以及沙珠玉河的側(cè)向補(bǔ)給，其次為山區(qū)地表水的滲漏補(bǔ)給和南部阿讓山地下水少量的側(cè)向補(bǔ)給;徑流區(qū)為沙珠玉河至塔拉灘東緣之間;排泄區(qū)為塔拉灘東緣黃河左岸及東北緣的恰卜恰河拐彎處，大部分以泉的形式、少部分以地下暗流的形式排泄于黃河及恰卜恰河中。塔拉灘地區(qū)賦存有較豐富的松散巖類孔隙水，含水層為第四系早更新世河湖相中細(xì)砂層，地下水類型為承壓、半承壓水。

篇8

[關(guān)鍵詞]地下水 巖土工程 危害 預(yù)防

[中圖分類號(hào)]P641 [文獻(xiàn)碼]B [文章編號(hào)]1000-405X（2013）-6-193-1

水文地質(zhì)條件指的是自然環(huán)境中，地下水的運(yùn)動(dòng)和變化情況。水文地質(zhì)學(xué)就是以地下水為主要研究對(duì)象的一門學(xué)科，其主要研究?jī)?nèi)容在于地下水的形成與分布規(guī)律，地下水對(duì)于礦山開采與工程施工所產(chǎn)生的危害與防治措施。如何合理利用地下水資源，以及地下水的化學(xué)成分和物理性質(zhì)等等。巖土工程與水文地質(zhì)條件之間是相互作用、相互聯(lián)系的關(guān)系，對(duì)于水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜的區(qū)域，水文地質(zhì)勘察應(yīng)為巖土工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中首要的考慮因素。

1 地下水對(duì)巖土工程造成的危害

1.1 地下水快速升降所導(dǎo)致的巖土工程危害

地下水的快速升降會(huì)導(dǎo)致巖土膨脹的均勻性降低。進(jìn)而出現(xiàn)脹縮變形問(wèn)題，一旦地下水發(fā)生短時(shí)間內(nèi)的頻繁升降現(xiàn)象，則巖土?xí)霈F(xiàn)往復(fù)性的膨脹收縮變形，且?guī)r土的膨脹收縮幅度會(huì)明顯增加，并產(chǎn)生地裂現(xiàn)象，并破壞輕型建筑物的穩(wěn)定性和使用壽命。在自然情況下。地下水的動(dòng)態(tài)壓力會(huì)較小。且不會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危害，然而，一旦地下水受到人工工程施工等因素的影響，則其天然動(dòng)力平衡狀態(tài)會(huì)受到破壞，受到動(dòng)水移動(dòng)壓力的影響，常會(huì)對(duì)巖土工程產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，主要表現(xiàn)為基坑突涌、管涌、流砂等。

1.2 地下水位降低對(duì)巖土工程造成的危害

人為因素是導(dǎo)致地下水位降低的主要原因，主要包括下游水庫(kù)的修建或是上游筑壩截奪地下水補(bǔ)給、采礦活動(dòng)疏干礦床以及大量集中抽取地下水等等。若地下水位降低現(xiàn)象較為嚴(yán)重，則會(huì)造成水質(zhì)惡化、地下水源枯竭、地面塌陷、地面沉降、地裂等惡性的地質(zhì)災(zāi)害，并嚴(yán)重威脅人類的生活和工作環(huán)境，以及建筑物和巖土體的穩(wěn)定性。

1.3 地下水位上升對(duì)巖土工程造成的危害

導(dǎo)致地下水發(fā)生水位上升的原因較為復(fù)雜。主要包括施工或澆灌等人為因素；氣溫或降雨量等水文氣象因素；總體巖性產(chǎn)狀和含水層結(jié)構(gòu)等地質(zhì)因素。但大部分情況下是多種因素共同作用的結(jié)果。地下水位上升對(duì)于巖土工程造成的危害主要表現(xiàn)為：建筑物失穩(wěn)、基礎(chǔ)上浮、地下洞室充水沉沒(méi)：粉土和粉細(xì)砂管涌、流砂、飽和液化等現(xiàn)象；破壞非凡性的巖土體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其發(fā)生軟化、強(qiáng)度降低等變化；河岸、斜坡、巖土層崩塌或是滑移等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象；土壤鹽漬化、沼澤化，導(dǎo)致地下水和巖土嚴(yán)重腐蝕建筑物。

2 防治措施

粉土層、粉砂和細(xì)砂是管涌和流砂現(xiàn)象發(fā)生率最高的部位，在低塑性飽和粘土中，一旦其受到擾動(dòng)因素的影響，則會(huì)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，而粗顆粒土的流砂現(xiàn)象發(fā)生率則較低。因?yàn)榈叵滤墓苡亢土魃艾F(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的工程危害，因而在實(shí)際的施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)地下水進(jìn)行適當(dāng)處理，從而保證工程的順利完成，提高工程施工的安全性。地下水對(duì)巖土工程危害常用的預(yù)防方法包括：

（1）帷幕設(shè)置法。

帷幕設(shè)置法指的是通過(guò)設(shè)置打設(shè)攪拌樁、地下連續(xù)墻、打設(shè)板樁或者其他防水介質(zhì)的方式來(lái)避免地下水發(fā)生基坑滲入現(xiàn)象，這也是深基坑工程施工較為常用的危害預(yù)防方法，但仍然需要通過(guò)人工降水法來(lái)達(dá)成基坑內(nèi)降水的目標(biāo)。

（2）井點(diǎn)降水法。

井點(diǎn)降水法需要在基坑周圍預(yù)先設(shè)置特定數(shù)量的濾水管，通過(guò)抽水設(shè)備將地下水完全抽出，保證地下水位下降低至坑底處，并保持到工程完成。井點(diǎn)降水法能夠在降低流砂發(fā)生率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)巖土工程施工條件的逐步改善。另一方面，因?yàn)榈叵滤幌陆禃r(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生土體自重作用和動(dòng)水壓力向下作用，進(jìn)而增強(qiáng)地基土的自身承載能力，并壓密基底土層。井點(diǎn)降水法根據(jù)不同的吸水方法和原理，以及系統(tǒng)設(shè)置情況，分為深井井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)和輕型井點(diǎn)。

（3）集水井明排法。

在基坑開挖深度達(dá)到地下水位后，應(yīng)將適當(dāng)坡度的排水明溝設(shè)置在基坑周圍或是基坑兩側(cè)，并將集水井設(shè)置在基坑四角以及每隔30至40cm距離的位置上，保證地下水能夠進(jìn)入集水井內(nèi)，并通過(guò)水泵抽出基坑。通過(guò)集水井明溝排出地下水的方法具有操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，然而，這一方法僅僅適用于地下水位較低以及土質(zhì)較好的基坑開挖工程。在開挖基坑達(dá)到地下水位后，可通過(guò)集水井將地下水排出，若坑壁或坑底的土粒呈現(xiàn)為隨地下水流動(dòng)的狀態(tài)，并持續(xù)涌入基坑，則可將其稱為流砂現(xiàn)象。流砂現(xiàn)象發(fā)生后，則巖土層的承載力會(huì)逐漸消失，并會(huì)在開挖的同時(shí)冒出。進(jìn)而降低設(shè)計(jì)深度開挖的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致較大的工程施工困難。流砂現(xiàn)象發(fā)生的主要影響因素在于動(dòng)水壓力的方向和大小。因而，保持動(dòng)水壓力平衡或是減低動(dòng)水壓力是最為主要的流砂防治措施，其具體方法包括：井點(diǎn)降低地下水位、打鋼板樁法、搶挖法等。

篇9

關(guān)鍵詞：地下水；富集規(guī)律；成因分析

中圖分類號(hào)：P64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

四川省北部盆周山地紅層低山丘陵區(qū)水資源貧乏，區(qū)內(nèi)無(wú)大中型水利設(shè)施，加之大氣降水時(shí)空分布差異極大，水資源分布時(shí)空極度不均，造成該地區(qū)缺水嚴(yán)重，人畜飲用水困難。然而區(qū)內(nèi)砂、泥巖淺層風(fēng)化帶內(nèi)普遍賦存有地下水，通過(guò)調(diào)查，該區(qū)淺層地下水開發(fā)利用條件具如下特點(diǎn)：1、地下水分布普遍；2、埋藏淺、開采方便；3、水質(zhì)較好、適宜飲用；4、可持續(xù)開采。結(jié)合該紅層地區(qū)農(nóng)戶“居住分散、用水量少”的需水特征，紅層丘陵區(qū)的地下水資源特征與當(dāng)?shù)剞r(nóng)村家庭的用水需求狀況具有極佳的結(jié)合點(diǎn)，實(shí)踐也證明開發(fā)利用地下水資源解決農(nóng)村飲用水問(wèn)題具有投資省、見效快、供水保障率高、水質(zhì)好、少占地、易管理等優(yōu)點(diǎn)，還會(huì)對(duì)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)支撐。但普遍分布的淺層地下水中Fe、Mn含量普遍較高，為了充分利用好地下水資源，必須全面掌握該地區(qū)的地下水中Fe、Mn元素的分布形成和富集規(guī)律，科學(xué)開發(fā)地下水。采取簡(jiǎn)便可行的方式處理地下水中的Fe、Mn元素，以發(fā)揮其清潔、方便和廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)。

一、地下水中Fe、Mn的危害

四川省紅層低山丘陵地區(qū)找水打井工程調(diào)查與區(qū)劃項(xiàng)目已實(shí)施兩期，無(wú)論是四川盆地紅層丘陵區(qū)，還是盆周山地區(qū)，紅層淺層（15～25m）地下水化學(xué)特征中最顯著、最普遍的特征就是Fe、Mn含量偏高。Fe、Mn是構(gòu)成生物體的基本元素之一，但是，F(xiàn)e、Mn元素過(guò)量也會(huì)給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)很多不便和危害。

在用水井取水過(guò)程中，呈溶解狀態(tài)的Fe容易被氧化而沉淀，堵塞井壁，導(dǎo)致水井出水量減少甚至不得不廢棄水井。從感官上講，F(xiàn)e、Mn含量偏高的水會(huì)產(chǎn)生令人不愉快的顏色和獨(dú)特的臭味，而且會(huì)在衣物、器具上著色，很不美觀。從生理學(xué)上講，人體攝入過(guò)量的Mn，會(huì)造成相關(guān)器官的病變。日本東京郊區(qū)曾發(fā)生過(guò)居民飲用受Mn污染的井水而患病死亡的事件。Mn對(duì)人體有慢性中毒現(xiàn)象，對(duì)Mn礦工人的調(diào)查資料表明，他們患有類似于精神分裂癥的強(qiáng)烈的精神障礙癥。對(duì)于工業(yè)用水，如造紙工業(yè)、紡織工業(yè)、食品工業(yè)、釀造工業(yè)等，過(guò)多的Fe、Mn含量會(huì)使產(chǎn)品的質(zhì)量下降，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

二、Fe、Mn元素的背景特征

Fe、Mn在地下水中的存在形式主要為離子態(tài)。眾所周知，F(xiàn)e、Mn均為變價(jià)元素，價(jià)態(tài)的改變可引起離子性質(zhì)的變化，導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生改變。如Mn離子隨電價(jià)的增高而離子半徑逐漸縮小，離子電位和電負(fù)性相應(yīng)增高，引起離子的非金屬性增強(qiáng)表現(xiàn)在Mn的氧化物性質(zhì)上，由堿性（低價(jià)態(tài)）向酸性（高價(jià)態(tài)）變化。Mn的親合力低于Fe的親合力，因此，Mn的二價(jià)氧化物比Fe的二價(jià)氧化物穩(wěn)定區(qū)大，即使存在其他陰離子（如HCO3-、SO42-）時(shí)，可溶性的Mn的穩(wěn)定區(qū)也比可溶性的Fe的穩(wěn)定區(qū)大，因此，在相同條件下，地下水中的Mn2+比Fe2+易遷移富集，因而，地下水中Mn2+含量應(yīng)比Fe2+含量高，但是，本區(qū)地下水形成的Mn2+、Fe2+的條件并不相同，尤其是原生沉積環(huán)境中巖石的Fe、Mn含量差異很大（見表1），Mn的豐度為505～589ppm，F(xiàn)e的豐度為28778～32355ppm，相差達(dá)56倍，因此，地下水中仍然是Fe2+含量高于Mn2+離子含量，這與原生沉積環(huán)境和本次采樣試驗(yàn)結(jié)果相符。

三、Fe、Mn元素的分布特征

通過(guò)以蒼溪縣紅層低山丘陵區(qū)地下水的調(diào)查以及41組水樣分析試驗(yàn)（見表2）為例，四川省北部盆周山地紅層低山丘陵區(qū)地下水水質(zhì)具有如下特征：

1絕大部分示范井（井深18～25m）都有Fe、Mn檢出。27組水樣中有25組Fe元素檢出，檢出率達(dá)92.6％，超標(biāo)14組，超標(biāo)率達(dá)34.15％，F(xiàn)e含量最高達(dá)0.989mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)為3.3倍；27組水樣中有25組Mn元素檢出，檢出率達(dá)92.6％，超標(biāo)9組，超標(biāo)率達(dá)21.95％，Mn含量最高達(dá)0.489mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)4.9倍。而14組民井、大口井（井深1.0～15.0m）水樣Fe、Mn檢出均為2組，檢出率僅14.3％，即便檢出，其值也很低。由此可見，隨著井深的增加、徑流逐漸減弱，F(xiàn)e、Mn含量有逐漸增高的趨勢(shì)，加上地下水從上向下的越流補(bǔ)給，使Fe、Mn含量逐層積累，也導(dǎo)致了地下水中Fe、Mn含量隨深度的增大而增加。

2從Fe、Mn含量偏高的井孔所在的微地貌部位來(lái)看，在地下水徑流速度較快的補(bǔ)給區(qū)，地下水中的Fe、Mn含量相對(duì)較低；而在臺(tái)狀低山深丘平臺(tái)、緩坡帶，尤其是分布規(guī)模較大的平臺(tái)后緣、低洼寬谷等地帶，為地下水排泄區(qū)或埋藏區(qū)，地下水Fe、Mn含量相對(duì)較高且分布普遍，這與該帶地下水水位埋藏淺、處還原環(huán)境或弱氧化環(huán)境有關(guān)；該帶地下水徑流速度緩慢、以及上覆土層較厚，上覆巖土中含大量有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)成分、腐殖酸與厭氧菌的活動(dòng)，致使地下水中Fe、Mn普遍偏高。

篇10

【關(guān)鍵詞】地源熱泵環(huán)境影響

中圖分類號(hào)：B845.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

地源熱泵是一種新型、環(huán)保、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵利用地下水、地表水（水源熱泵）或者土壤（土壤源熱泵）作為熱源，實(shí)現(xiàn)夏季制冷、冬天供熱的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵冬天從地下水、地表水或者土壤中采熱，夏季將熱量排入，減少了熱污染。Swardt、Derder[1，2]等通過(guò)試驗(yàn)及數(shù)值模擬表明，地源熱泵的制熱容量、制冷系數(shù)等方面優(yōu)于空氣源熱泵，而且地源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用也顯著低于空氣源熱泵。

由于地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)地源熱泵作為一種新型的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越加廣泛。在政府的鼓勵(lì)和支持下，地源熱泵成了一種新的發(fā)展熱潮。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的地源熱泵國(guó)內(nèi)外品牌已經(jīng)有100家左右，使用地區(qū)也已經(jīng)遍布全國(guó)[3]。如此的發(fā)展浪潮下，地源熱泵所產(chǎn)生的環(huán)境影響也愈加受到國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注。例如地表水源熱泵會(huì)使水體局部溫度上升或者下降，地下水源熱泵的回灌不完全，可以造成地面下沉等問(wèn)題，土壤源熱泵利用使土壤溫度不均勻而導(dǎo)致熱泵實(shí)效等。

1 水源熱泵應(yīng)用度環(huán)境的影響及解決方案

1.1 地表水源熱泵對(duì)環(huán)境的影響及解決方案

地表水源熱泵直接或者利用地表水（江、河、湖泊、水庫(kù)）進(jìn)行換熱的方式作為機(jī)組的冷熱源。地表水源熱泵夏季將熱量直接排入水中，冬季直接從地表水中獲取熱量，盡管地表水之間能夠散熱或者吸熱，但是排放或者吸取的熱量不能夠及時(shí)補(bǔ)充，就會(huì)對(duì)水體溫度場(chǎng)的分布造成影響。當(dāng)水溫升高的時(shí)候，水中的溶解含氧量就會(huì)降低，從而加速了水中有機(jī)物的分解，更加增大了耗氧量，而且水溫的升高加速藻類植物以及水草的生長(zhǎng)，這對(duì)水類動(dòng)物也會(huì)造成影響，甚至造成魚類的死亡。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地表水源熱泵的對(duì)環(huán)境的影響以及解決方案方面的研究比較少。但是國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來(lái)對(duì)電廠附近排水對(duì)環(huán)境的影響做過(guò)許多的調(diào)查研究，以此可以作為地表水源熱泵對(duì)環(huán)境解決方案的參考。為了限制電廠排水對(duì)環(huán)境的影響，許多國(guó)家對(duì)排水溫度做了限制，例如英國(guó)在1961年提出了最高排水溫度的規(guī)定和限制，法國(guó)70年代規(guī)定河水溫度不得超過(guò)30℃，1988年我國(guó)出臺(tái)相關(guān)政策規(guī)定江、河、湖泊、水庫(kù)等具有適用功能的地面水水域, 人為造成的環(huán)境水溫變化應(yīng)限制在夏季周平均最大溫升不大于1℃ ,冬季周平均最大溫降不大于2℃ [ 4 ] 。

1.2 地下水源熱泵對(duì)環(huán)境的影響及解決方案

地下水源熱泵通過(guò)打造抽水井群將地下水抽出，與水源熱泵機(jī)組直接換熱，夏季將熱量釋放至地下水中，冬天從地下水中提取熱量，經(jīng)過(guò)熱量交換后，由回灌井群回灌到地下。

地下水源熱泵，由于地下水抽出后，不能實(shí)現(xiàn)完全的地下回灌，因此地下水位會(huì)降低，從而使土層中孔隙水壓力降低，造成地層密度變大，地面沉降。對(duì)于沙層嚴(yán)密的地面，當(dāng)水位恢復(fù)后，沉降容易消除，但是對(duì)于粘性圖層，水溫即使回復(fù)后，土層回彈性不大，這種造成的地面沉降是永久性的。我國(guó)部分地區(qū)使用地下水源熱泵回灌不徹底，造成地面沉降的情況已經(jīng)出現(xiàn)，地面沉降可造成地面建筑物受損甚至?xí)斐珊Ｋ构唷⒑哟采叩葐?wèn)題。

地下水源熱泵還會(huì)影響地下水質(zhì)。地下水源熱泵使用中，地下水抽取、回灌過(guò)程中，地下水難免會(huì)與外界的空氣接觸，導(dǎo)致地下水氧化，由此而引起地質(zhì)化學(xué)變化、地質(zhì)生物變化等水文地質(zhì)問(wèn)題。而且地下水管路材料的防腐措施不徹底，也會(huì)造成管路、換熱器等出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕，從而影響水質(zhì)。

為了杜絕、降低地下水源熱泵對(duì)環(huán)境的影響，我國(guó)政府已經(jīng)出臺(tái)一些政策，嚴(yán)格控制地下水的開采、使用。地下水源熱泵使用前，應(yīng)該對(duì)使用地區(qū)地質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的地質(zhì)勘測(cè)，在容易引起地面塌陷的條件下限制使用地下水源熱泵。地下水源熱泵也可以采用井口換熱器，不將換熱器放入地下水中，避免了地下水與空氣的直接接觸，從而減少了空氣對(duì)地下水的污染。

2 土壤源熱泵應(yīng)用度環(huán)境的影響及解決方案

土壤源熱泵是利用地下土壤的熱量，通過(guò)中間介質(zhì)載體在封閉的地下埋管中流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組與土壤之間的換熱。與地表水源熱泵相比，地下土壤5m以下全年土壤溫度穩(wěn)定并且約等于當(dāng)?shù)氐貐^(qū)年平均溫度，可以在夏冬兩季提供相對(duì)較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度。土壤源熱泵利用地下?lián)Q熱器與土壤實(shí)現(xiàn)吸熱和放熱，減少了空調(diào)系統(tǒng)對(duì)地面空氣的熱和噪聲污染，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能減排。但是土壤源熱泵也具有一些缺點(diǎn)：我國(guó)北方地區(qū)，冬季從土壤中使用的熱量大于夏季向土壤排放的熱量，使得土壤溫度逐漸降低；南方地區(qū)，夏季向土壤排放的熱量大于冬季從土壤中提取的熱量，導(dǎo)致了土壤的溫度逐漸升高。單一使用土壤源熱泵，土壤的溫度不能夠及時(shí)的恢復(fù)，從而導(dǎo)致了熱效率的下降甚至熱泵機(jī)組的實(shí)效[ 5] 。

土壤源熱泵從土壤中吸熱和排熱破壞了土壤的熱平衡，因此對(duì)土壤源熱泵加以輔助熱源，使土壤能夠及時(shí)的恢復(fù)熱量平衡。許多學(xué)者做了相關(guān)研究并在工程實(shí)踐中已有部分應(yīng)用。北方地區(qū)，冬季可以使用鍋爐或者太陽(yáng)能集熱器向土壤提供熱量；南方地區(qū)，夏季向土壤中排放的熱量可以通過(guò)輔助冷卻塔來(lái)散熱，或者利用周圍景觀噴泉等來(lái)散熱，也可以將廢熱回收利用，從而減少土壤源熱泵向土壤中的熱量排放[ 6] 。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了地表水源熱泵、地下水源熱泵、土壤源熱泵對(duì)環(huán)境的影響，并且提出了一些解決方案。地源熱泵是一種真正意義上的節(jié)能、減排、節(jié)能的新型空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)其缺點(diǎn)的一些控制，可以得到更加廣泛的應(yīng)用前景。

[1] DE SWARDT. A performance comparison between an air-source and a ground source reversible heat pump[J].International Journal of Energy Research,2001,25(10):899-910.

[2] DERDER S. Municipality water reticulation ground-coupled reversible heat pump system as alternative to an air source system[J].American Society of Mechanical Engineer(paper), 1997,12:402-1215.

[3] 機(jī)電信 息調(diào)研 組. 2 00 6 年全 國(guó)中 央空調(diào) 市場(chǎng) 總結(jié)報(bào)告 ( 第七部分 水源 / 地源熱泵市 場(chǎng)總結(jié)報(bào)告 ) [ J] .機(jī)電信息, 200 7 , 25 : 16 - 2 7 .

[ 4 ] 張文宇. 上海世博園大型地表源熱泵對(duì)黃浦江水環(huán)境的影響分析 [ D ] . 上海: 同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007 .

[5] 殷平，地源熱泵在中國(guó)[C].2001年全國(guó)熱泵和空調(diào)技術(shù)交流會(huì)論文集，2001