山区水库（共4篇）
山区水库 篇1
波浪在堤坝上上爬高度与静水面之间的垂直距离为波浪爬高。水库蓄水后, 库区内大量潜伏地质隐患的斜坡可能会暴露成灾, 导致大面积的边坡塌滑激起巨大的涌浪和爬高, 可以摧毁库区港口码头结构及水面以上的建筑物, 在坝顶大量漫水会给下游造成巨大水灾, 带来极大的危害。目前关于国内外的波浪爬高研究主要是关于现场观测分析、实验模型、及数值模拟分析。庞昌俊[1]研究了滑坡涌浪的形态特点, 重点研究了涌浪波速、波高及爬坡特征, 并提出了初始最大涌浪高度、稳定涌浪高度的计算公式。汪洋[2]在非恒定流的基础上, 考虑斜坡坡脚和爬坡方位角, 得出了沿岸涌浪的爬高公式。黄种为[3]等提出了最大涌浪高度与滑速、体积的无量纲表达式, 认为涌浪高度受滑体的空隙率影响不大。陶孝锉、余仁福[4]基于试验讨论了不同入江体积时涌浪高度与滑速关系。潘家铮[5]研究了涌浪的反射和叠加特点, 提出了初始涌浪及传播浪的计算方法和爬高相关公式。国内对涌浪爬高的研究绝大部分都是关于海洋提防和平原水库的, 对于山区水库岩体滑坡涌浪爬高研究很少。
1 试验模型布置及测量仪器
1.1 模型布置
河道模拟弯曲河段, 概化对象为万州江南沱口码头段, 直道段采用概化模型, 弯曲河道段弯曲角度为90°, 弯曲河道段采用实际地形进行模拟。拟模控制水深根据三峡水库防洪限制水位145米、正常蓄水位175米、及枯水期最低消落水位 (死水位) 155米。河道概化段的底部平均高程为93.2米。模型采用1:70的概化模型, 概化后模型宽8米。中心线总长约52米。对应水深分别为0.74m、0.88m、1.16m。岩体滑块为长方体, 长度1m, 通过宽厚比控制滑体体积。选20°、40°、60°作为岩体滑坡的滑面坡度。滑坡体入水处与河床坡度为90°, 能量损失也最小, 最不利。滑坡前缘处于临水状态, 这样滑坡体势能只与滑块体积及入水角度有关。滑坡岩体下滑过程中因存在裂隙发育而散体化, 所以滑坡体由不同大小、不同方向进行组合的小块体组成。根据滑面坡度、库区水深、块体大小, 试验采用单因子方案设计, 共81组工况。滑坡体根据密度相似, 采用库区泥岩和砂岩的平均密度作为滑坡体密度。
1.2 测量仪器与方法
用超声波浪采集分析仪测波高和周期, 采集时间一般为200s, 采集频率为50Hz。需要测量区域为:直道区域、弯道区域、过弯后区域和直道远端区域, 主要测量初始涌浪和沿程涌浪, 共8个断面16个测点。试验一共布置4个爬高测点位置, 分布在滑坡入水点的邻岸、对岸、对岸弯道处、模型最远端。
2 爬高分析
根据81组工况爬高测量数据分析总结, 最大初始涌浪爬高和最大均值均在对岸处, 说明此处是最危险的位置。最小初始涌浪爬高和最小均值均在最远端。从试验数据分析可以得出结论:同一方案中, 随着距离的增加, 波高有明显的衰减, 同一距离 (在同一圆弧上) 的波高大致相等, 与圆弧波理论的结论一致。
影响爬高的因素非常复杂, 根据我国交通部《海港水文规范》中爬高的公式为:
式中:R指基于静水面爬高垂直高度;H’指坡前波高;KΔ指护面结构的糙渗参数, 与护面材料特性有关;Kd指与相对波高H’/h (H’为坡前波高, h为水深) 有关的系数;R0指单位爬高, 与波陡H’/L (L为坡前波长) 及斜坡坡度α等有关。
滑坡涌浪爬高与库区水深, 滑坡体下滑角度、滑坡体厚度、滑坡体宽度等因素有关, 这四个因素对滑坡涌浪首浪高度有直接影响, 其中水深还影响涌浪的传播。在公式中爬高还与传播距离等有关, 因此考虑到各因素的影响, 它们的关系满足以下公式:
经量纲分析可得到如下:
式中:R指爬高 (m) ;D指爬高点到入水点的距离 (m) ;H指涌浪初始高度 (m) ;h指水深 (m) ;α指岸坡坡度, 弧度制。采用线性函数进行线性回归, 得到爬高经验公式:
用此公式进行验证, 计算值与实验值较吻合。平均相对误差8.54%, 离差平方和0.041。
3 结语
本次试验采用概化模型模拟三峡库区一段典型的岩体滑坡, 根据不同水深, 滑坡下滑角度等因素设计不同组合的长方体滑坡块体, 很好的模拟了岩体滑坡涌浪过程。试验总共81组, 根据这些数据分析了岩体滑坡涌浪在不同位置、不同距离处的爬高, 运用线性回归方法得到了爬高计算公式, 并运用公式对各个工况爬高点进行验证, 计算值与试验值吻合较好。
摘要：三峡水库蓄水时, 潜伏地质隐患的斜坡可能会因此而形成滑坡, 导致大面积的边坡塌滑和库水涌浪。巨大块体急剧滑入水中产生很大爬高, 可以摧毁库区港口码头结构及水面以上的建筑物。通过库区河段概化模型试验, 结合不同水深、不同滑坡体下滑角、不同滑体厚度及宽度等的影响, 经过多组试验工况对不同测点的爬高分析, 用线性回归方法得出岩体滑坡涌浪爬高计算公式, 为库区护岸的整治工程和港口码头的坝顶高程设计及岩体滑坡灾害预报提供了合理的参考价值。
关键词：山区水库,岩体滑坡,涌浪,波浪爬高,试验研究
参考文献
[1]庞昌俊.二维斜滑坡涌浪的试验研究明.水利学报, 1985.
[2]汪洋, 殷坤龙.水库库岸滑坡涌浪的传播与爬高研究[J].岩土力学, 2008.
[3]黄种为, 董兴林.水库库岸滑坡激起涌浪的试验研究[A].水利水电科学研究院科学研究论文集第13集 (水力学) [C].北京:水利出版社, 1983.
[4]陶孝锉.李家峡水库正常运行期的滑坡涌浪试验研究[J].西北水电, 1994.
[5]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京:水利出版社, 1980.
山区水库 篇2
水库塌岸是水利水电工程中常遇的工程地质问题,是库岸岸坡受库水浸泡、风浪冲击、水流侵蚀以及干湿交替等因素影响,使库岸岩土体风化加剧,抗剪强度降低,以及库水位涨落引起库岸地下水动水压力变化而造成的库岸冲蚀磨蚀、坍塌、滑移等再造变形的不良地质现象。塌岸也是河床演变的一种表现形式,类型多样,影响因素众多,成因机理十分复杂[1]。水库塌岸主要导致两方面危害:一方面减少岸上土地使用面积;另一方面造成水库淤积。影响塌岸的主要因素是自然因素和人为因素,包括岸坡地质、水位变动、波浪、人类活动等方面的因素。各因素对塌岸形成的影响作用极为复杂,一般情况下某些因素对塌岸影响相对较大,而其他因素影响相对较小。
水库塌岸问题首先是苏联科学院院士费奥多尔 · 彼得罗维奇·萨瓦连斯基在1935年所提出来的。国内水库塌岸早期研究者孙广忠等人[2]曾对官厅水库的塌岸现象进行了系统性地观测和研究。很多学者对水库塌岸问题进行过大量卓有成效的调查和研究,由于水库塌岸问题的复杂性,很多学者也通过物理模拟方法来研究水库塌岸问题,取得了良好的效果。张辛农等[3]进行过江河崩岸概化模拟试验研究。许强等人[4]、白建光等人[5]曾对三峡水库塌岸进行过物理模拟研究。程昌华等人[6]曾进行过波浪对库岸坍塌变形的影响物理模拟研究。 利用室内概化模拟试验方法进行塌岸机制与塌岸影响因素的研究,对进一步研究和认识塌岸的成因机理和规律依据有一定的参考及借鉴意义。
本文是在对中国东西部地区多个山区水库塌岸现象及工程地质条件调查研究的基础上,主要针对山区水库的粗颗粒土均质岸坡,建立典型的库岸物理概化模型。采用中砂、细砂、粉土分别代表三种强度依次减小的岸坡物质材料,设置高、中、低三个水位,建立缓、中、陡三种岸坡模型,采用造浪机分别产生大、中、小三种波浪,采用正交设计方案。试验目的是通过对不同坡度、物质组成、水位、波浪条件正交组合下的库岸模型进行试验,观测不同条件下模型的变形破坏迹象及塌岸宽度,分析上述各因素对库岸改造的作用机制与规律,并对影响水库塌岸的上述因素进行敏感性分析,提取一些规律性的认识。
1物理模拟试验设计
试验设备采用位于成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室的物理模拟实验系统,包括自动调节水位系统、测位移装置、水位计、物理模拟实验池以及其他辅助设备包括电子天平、台秤以及颗粒分析试验仪器等,利用造浪机产生波浪来模拟库区的波浪。
设计各因素的水平如下:坡体材料采用粉土、细砂、中砂; 波浪高度采用0.5~1.0、1.0~1.5、1.5~2.0cm;水位采取15、30、45cm;岸坡坡度采取20°、30°、50°。根据正交设计原理, 制定4因素3水平的实验方案,共需进行9次实验。实验模型宽度为1.5 m,高度为0.45 m,横断面为直角梯形,坡型为直形坡。
2试验现象
试验过程中,发生的塌岸模式总体可分为三类:滑移型、坍塌型和侵蚀型。滑移型是指坡体物质沿着某滑面发生整体变形,即坡体物质整体滑移的塌岸破坏现象,实质为库岸滑坡;坍塌型是指岸坡坡脚在库水作用下,基座被软化或淘蚀,岸坡上部土体失去平衡,从而造成局部下错或坍塌,而后被江水逐渐搬运带走的一种岸坡变形破坏模式;侵蚀型是指在库水的侵蚀、浪蚀、地表径流及其他外部营力的作用下,岸坡物质逐渐被冲刷、磨蚀,然后被搬运带走,从而使岸坡坡面产生缓慢后退的库岸再造形式。
试验中出现滑移型塌岸1次(试验3)如图1及图2所示; 坍塌型塌岸共出现2次,典型的坍塌型(试验2)如图3及图4; 侵蚀型塌岸共出现6次,典型的侵蚀型塌岸(试验8)如图5及图6。
试验中发现:塌岸无论最终发展为何种模式,库岸在蓄水初期首先表现为岩土体的软化作用,在水位接触带产生小规模的零星坍塌,之后由于岸坡坡度、物质组成、波浪大小等的差异而产生分化,表明各影响因素不同的条件下不仅导致塌岸宽度的差异,而且导致了塌岸模式的差异。实验结果统计表见表2。
3塌岸宽度的影响因素敏感性分析
本文采用极差分析法进行正交试验数据的统计分析。由于试验所用材料的强度无法直接表达,而试验材料在试验中的强度表现主要取决于其中的细颗粒(粉粒及黏粒)所占百分比, 因此试验用小于0.075mm的颗粒含量表征岩土材料性质(其中粉土为93.42%,细砂为7.36%,中砂为1.72%)。得到各因素的敏感性如表3。
试验分析结果表明,塌岸宽度对原始岸坡坡角的敏感性最大,其次对物质组成强度的敏感性略大于波浪,对水位的敏感性最小。岸坡物质强度越低,塌岸宽度越大;岸坡坡角越大,塌岸宽度越大;水位高低不同,对应的塌岸宽度相差不大,中间水位略大;波浪越大,塌岸宽度越大。
根据已有经验和已有的计算图解法(如卡丘金法、佐洛塔廖夫法等)来看,塌岸是随岸坡物质强度降低、坡角增大、水位增大和波浪增大而更加严重,塌岸破坏范围增大。本实验分析结果得出,塌岸宽度是随物质组成、岸坡坡角、波浪增大,但水位则是处于中间水平时塌岸宽度最大,这主要是由于水位变化而导致的塌岸宽度起算点不同,也就是说水位越大塌岸越严重,但是塌岸宽度却并非越大。
4结语
(1)一般情况下,土质库岸在蓄水初期均表现为水位处库岸的零星小规模坍塌,之后由于受岸坡结构、物质组成、库水动力条件以及其他因素的综合影响,产生各自的外在变形破坏迹象和内在成因机理,水库塌岸的模式逐渐分化为多种塌岸形式。
(2)通过物理模拟手段对塌岸影响因素的敏感性分析结果表明:塌岸宽度对原始岸坡坡角的敏感性最大,其次对物质组成强度的敏感性略大于波浪,对水位的敏感性最小。
(3)岸坡物质强度越低,塌岸宽度越大;岸坡坡角越大,塌岸宽度越大;水位高低不同,对应的塌岸宽度相差不大,中间水位略大;波浪越大,塌岸宽度越大。
需要说明的是以上认识对于探索水库塌岸的机理和规律有一定帮助,然而这些结论还需实践的进一步检验。鉴于水库塌岸问题的复杂性和试验条件的限制,目前对于水库塌岸的物理模拟研究还有许多不足和需要改进的地方,比如模拟实验的相似性、操作过程和手段、测量仪器和方法及结果分析等都有待进一步提高,还需要考虑如何与工程实践相结合,解决实际的工程问题。
摘要：水库塌岸是水库蓄水后所产生的典型工程地质问题之一,影响因素众多,关系复杂,对各影响因素的敏感性在单纯的野外调查条件下难以厘清。结合以往经验和试验条件,选取影响塌岸宽度的4个重要因素:岸坡物质组成、岸坡原始坡度、波浪、水位,通过物理模拟试验方法,采用正交设计,极差分析方法,来研究塌岸宽度对各因素的敏感性。试验结果表明塌岸宽度对各因素的敏感性由大到小依次为:岸坡物质组成、岸坡坡度、波浪大小、水位。
关键词：水库塌岸,物理模拟,正交设计,敏感性
参考文献
[1]张幸农,蒋传丰,应强,等.江河崩岸问题研究综述[J].水利水电科技进展,2008,28(3):80-83,94.
[2]官厅水库坍岸研究小组.水库坍岸研究[M].北京:水利电力出版社,1958.
[3]张幸农,应强,陈长英,等.江河崩岸的概化模拟试验研究[J].水利学报,2009,40(3):263-267.
[4]许强,白建光,汤明高,等.三峡库区塌岸的物理模拟研究[J].工程地质学报,2007,15(2):154-158.
[5]白建光,许强,汤明高,等.三峡水库塌岸影响因素的物理模拟研究[J].中国地质灾害与防治学报,2007,18(1):90-94.
山区水库 篇3
关键词：中小型山区水库,商品鱼,鱼种
山区中小型水库大都具备植被良好、水源充足、水质清晰、无污染、水生动植物较丰富的优点, 但同时存在着库区内底貌不清, 凹凸不平, 野杂鱼多, 捕涝方法单一, 商品鱼产量低, 水库的经济效益不高, 山区水库的优点受到了限制, 发挥不了应有的作用, 如何改变这一局面, 应从以下几步入手。
1 清理库容
山区水库渔业的发展, 经济效益的提高清理库容是关键、是基础。清理库容要利用低水位时期, 充分利用人力、物力、机械设备对水库库区内树茬、杂物等进行彻底清理, 达到拉网和其它各种先进网具能正常使用, 提高商品鱼出
鱼量。效果良好。
2 清理野生杂鱼
山区水库 篇4
20世纪五六十年代, 我国在河北省太行山区修建了十几座大型水库和一批中小型水库。筑坝修库截夺改变了下游河道的水量、水质、水情、泥沙等水文要素, 加上下游河道自身条件的变化和人为作用, 进而影响和改变了河道结构 (河道形态、地基、土层结构) 和河流生态系统结构 (物种和种群数量、初级生物、浮游生物、水生植物、鱼类、无脊椎动物、鸟类、哺乳类动物等) 。为此, 本文作者于2012年4月、2013年5月和2013年10月三次对河北省太行山区前缘的滏阳河、洺河、沙河、七里河、汦河、槐河、滹沱河、木刀沟、潴龙河、府河、唐河、漕河、拒马河13条水库下游河道进行生态现状普查, 并在此基础上对滹沱河进行了详查。
二、生态现状
经调查, 这些河流在穿过城市市区的河段, 河道均不同程度地得到治理, 如流经邯郸市区的滏阳河、邢台市区的七里河、石家庄市区的滹沱河、保定市的区府河, 河道进行了拓宽、清淤、石砌、防渗处理, 并在沿线建设园林景观;在部分河滩开阔的河段, 对河道进行堤坝加固, 栽植固堤防冲的紫穗槐、刺槐等树种;在低漫滩和高漫滩部位栽种各类果树, 种植小麦、花生、豆类等农作物;远离城区、村庄的大部分河流河段, 河道普遍缺乏治理并呈现恶化趋势。
三、水库下游河道生态恶化的特征
(一) 河道断流
自20世纪70年代以来, 由于自产水和入境水量 (海河南系自产水量:1956~1959年、60年代、70年代、80年代、90年代分别为83.5亿m3、61.9亿m3、44.7亿m3、29.3亿m3、38.5亿m3;入境水量分别为83.3亿m3、58.3亿m3、43.2亿m3、21.8亿m3、21.7亿m3) 明显减少, 以及水资源的过度开发利用, 加之岗、黄等大型水库和一批中小型水库的控制, 滹沱河除个别丰水年汛期外, 几乎常年无水。据滹沱河北中山站对1980~2000年河干天数的统计, 21年平均年河干天数达319天, 其中全年河干的就有13年。
(二) 平原荒漠化
这里的平原荒漠化指主要河流及故道区内尚未垦殖或垦殖后又弃耕三年以上的沙质荒地、风蚀沙化耕地、沙化疏林地, 近期形成的沙质新积土及沙丘、沙岗等。滹沱河流域平原沙地多呈条带状赋存于河道的河床、河滩、两岸及泛区。由于平原地区河道常年断流, 地下水位急剧下降, 造成平原土壤水的失衡, 大面积林草枯萎;表层土体的失水干缩, 局部受湿陷落、膨胀, 改变了土地面貌和生态条件;土壤水剧烈变动带的明显下移, 使土壤水最大缺水量达到50%以上, 导致平原的表层土壤出现干化和沙化现象。沙体大致呈现由上游向下游、由河床向两岸、从重到轻、由粗沙到细沙的分布规律。
(三) 补排关系发生变化
由于河道常年干枯断流, 河道对地下水垂直入渗和侧渗补给的地表水源被截断, 加之两岸地下水过采, 致使地下包气带厚度增大, 改变了地下水入渗条件, 山前平原绝大部分区域地下水位埋深已大大超过8m, 远离了入渗补给地下水的“最佳埋深”, 减少了补给量。山区与山前平原交接地带地下水含水层减小, 导致山丘区地下水向平原侧向补给量减少。
(四) “沙龙”肆虐
滹沱河常年干枯断流, 河床、河漫滩土壤干化、沙化, 已形成卧床在省会石家庄及绵延于石、衡地区的一条“沙龙”。据气象部门测定, 不同地表的沙尘颗粒具有不同的起动风速, 土壤颗粒愈粗, 起动风速愈大。流动沙丘在风沙达到5m/s时起沙, 半固定沙地为7~10m/s, 砂砾戈壁为11~17m/s起沙扬尘, 其起沙量随风速的增大而增加。而且, 沙尘的悬浮或跃移高度与风速也有一定关系, 风速达到30m/s时, 细沙 (直径0.125~0.25mm) 跃移的高度达到2m, 粉沙 (直径<0.005mm) 飘浮的高度可达到1.5km, 而粘粒 (直径<0.005mm) 则可飘浮于整个对流层。在某些干旱期, 根据形成沙尘暴的动力因素推测, 石家庄沙暴的尘源可以来自远方, 而沙源则主要来自附近, 其中滹沱河“沙龙”是形成石家庄沙尘暴沙源的主要物源。
(五) 生物环境遭到破坏, 众多水生物种消失
由于滹沱河常年干枯断流, 在行洪河道治导线两侧种植的牧草、在河滩营造的草甸、在行洪滩地营造的疏林、在堤防附近种植的护岸林, 生长不快、不旺, 有的还逐年萎缩;20世纪50年代初, 滹沱河生产各种淡水水产品, 但进入70年代以来, 由于水库下游河道常年干枯断流, 水生生物生活环境遭到破坏, 众多物种消失。特别是进入80年代后, 河道连年干枯, 致使水生生物遭到毁灭性破坏, 基本绝迹。
四、水库下游河道生态恶化的原因
水库下游河道生态恶化是人类强烈经济活动与脆弱生态环境相互影响、相互作用的结果。气候变异、人类活动和生态意识淡漠是生态环境恶化的三个主要因素。
(一) 自然因素———气候变异、干旱频发
据高霞等相关研究, 河北省年平均降水量1961~1964年为457mm, 1965~1979年为399mm, 1980~1993年为347mm, 1994~2004年为344mm, 降水量呈明显减少趋势;另据许月卿等相关研究表明, 河北省1949~1974年有3个年度的旱灾面积所占比重超过50%, 1975~1999年有15个年度的旱灾面积所占比重超过50%, 1999年旱灾面积达305万ha, 占受灾面积的84.3%, 发生频率明显提高。
(二) 人类活动———筑坝建库、破坏河床、排放废污水
岗、黄两大水库建库以来, 担负着城市供水、灌溉用水的任务。据调查统计, 在1981~2010年的30年间, 滹沱河小觉站的入库 (岗南水库) 水量, 仅有1988年、1996年来水量超过岗南水库兴利库容 (7.80亿m3) , 其余28年均未达到兴利库容, 无弃水下泄;冶河平山站的入库 (黄壁庄水库) 水量, 仅有1996年来水量超过兴利库容 (4.64亿m3) , 其余29年均未达到兴利库容, 无弃水下泄, 导致下游河道常年断流。
在岗南水库和黄壁庄水库区间河道内的采石, 在黄壁庄水库下游正定段、藁城段大面积的采砂, 在藁城段、无极段、晋州段、深泽段的废污水排放和废弃物堆放, 不仅破坏了河床, 阻滞了行洪, 而且大面积污染了沿岸植物和地下水。
(三) 生态意识淡薄———认识不足、执法不力
认识不足表现在:对资源性缺水, 人均、亩均水资源占有量已处于国际公认的极度缺水甚至影响生存的程度认识不足;对水环境恶化趋势, 深层地下水严重超采并形成大面积的区域性下降漏斗 (全省累计超采地下水近千亿m3, 是多年平均地下水资源总量的6倍。平原区出现地下水漏斗区21个, 总面积达4万km2, 占河北省国土面积的22%) 认识不足;对诱发新的环境问题, 如土壤污染、粮菜安全、地下水污染、空气污染等造成的后果认识不足。
近些年来, 国家和地方颁布和制定了一系列的有关水环境保护方面的法律法规, 环保执法工作不断加强, 通过多年努力在一定程度上取得了明显成效。但由于多头管理、部门保护等因素, 执法不力、破坏河道生态环境的事件频频发生。
五、结语
调查分析表明, 水库下游河道常年干枯断流、河道荒漠化、补排关系失衡、水生生物濒临灭绝等生态恶化现象, 已经成为河北省太行山区乃至北方干旱、半干旱地区重要的区域性生态问题之一, 应引起各级政府部门的高度重视。
参考文献
[1]河北省水利厅水利志编辑办公室.河北省水利志[M].石家庄:河北人民出版社, 1996.
[2]潘懋, 李铁锋.灾害地质学[M].北京:北京大学出版社, 2002.
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