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正文內(nèi)容

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄土堆置體下墊面概化與水土流失特征研究_碩士學(xué)位論文(編輯修改稿)

2024-10-06 02:48 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ence (P).Therefore, appropriate measures of soil and water conservation should be taken for this type of spoilbank in engineering practice, to reduce the harmful influence of soil and water erosion。 The type of rolling paction should be distinguished from the other types when analysing and discussing in experimental study. KEY WORDS: construction project, spoilbank, underlying surface, generalization, runoff, erosion目 錄 第一章 緒論 1 第一章 緒論 研究背景 我國(guó)是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國(guó)家之一(鄭粉莉等 2020)。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大,公路、鐵路、 水利、 工礦、房屋等 生產(chǎn) 建設(shè)活動(dòng)所造成 的水土流失在全國(guó)水土流失總量中占據(jù)越來(lái)越大的比重。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目 引起的水土流失不僅直接影響周圍人居環(huán)境, 而且 給我國(guó)本來(lái)緊缺的水土資源帶來(lái)嚴(yán) 重壓力。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目不僅對(duì)原生下墊面造成破壞、擾動(dòng),而且在工程建設(shè)過(guò)程中由于受挖填方的施工時(shí)段、材料質(zhì)量、標(biāo)段劃分、 運(yùn)輸距離 等諸多因素的影響,要做到工程 區(qū)域 內(nèi)土石方挖填平衡是非常困難的,因此不可避免產(chǎn)生大量的棄土棄渣(李文銀等 1996;焦居仁 1998)。由此產(chǎn)生的水土流失強(qiáng)度高、范圍廣、危害大,嚴(yán)重危及人類賴以生存的水土資源和自然環(huán)境,給社會(huì)發(fā)展、生態(tài)安全以及人民群眾的生產(chǎn)生活帶來(lái)威脅 。 根 據(jù)水利部、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院聯(lián)合組織完成的 “ 中國(guó)水土流失與生態(tài)安全綜合科學(xué)考察 ” 結(jié)果 , “ 十五 ” 期間,我國(guó)生產(chǎn)建 設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)面積達(dá)到 179。 104 km2,產(chǎn)生 棄土棄渣量 92179。 108 t,每年新增水土流失面積超過(guò) 179。 104 km2,增加的水土流失量超過(guò) 3179。 108 t(藺明華等 2020)。 “ 十一五 ” 期間,全國(guó)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生水土流失的 面積較 “ 十五 ” 期間 增加 %,棄土棄渣總量增加 %( 鄂竟平 2020),生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的水土流失在全國(guó)水土流失總量中占據(jù)的比重越來(lái)越大。 中華人民共和國(guó)水土保持法對(duì) 生產(chǎn) 建設(shè)項(xiàng)目水土流失問(wèn)題做出了相關(guān)規(guī)定 , 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目新增水土流失作為特殊的水土流失類型 ,要求 在山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng) 沙區(qū)以及水土保持規(guī)劃確定容易發(fā)生水土流失的其它 區(qū)域開辦可能造成水土流失的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目,生產(chǎn)建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)編制水土保持方案,報(bào) 縣級(jí)以上人民政府水行政主管部門審批,并按照經(jīng)批準(zhǔn)的水土保持方案 采取水土流失預(yù)防和治理措施 。 水土保持方案應(yīng)當(dāng)包括 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目 水土流失預(yù)防和治理的范圍、目標(biāo)、措施和責(zé)任等內(nèi)容 , 而這些 工作 都需以水土流失測(cè)算結(jié)果 作為 必要依據(jù) 。 因此, 準(zhǔn)確測(cè)算生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失 量 對(duì)于合理編制項(xiàng)目水土保持治理方案,有效控制水土流失具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目 擾動(dòng)下墊面與原生下墊面 條件 的水土流失存在明顯差 異, 工程 建設(shè)活動(dòng)所形成的水土流失更多地受人為活動(dòng)干擾,具有較大的不確定性,在不同 類型的 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中可能表現(xiàn) 出 不同的水土流失內(nèi)在機(jī)理與外部特征,難以用單一測(cè)算方法確定所有項(xiàng)目類型的水土流失。較傳統(tǒng)水土流失類型而言,有關(guān)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失的研究起步較晚,面向不同項(xiàng)目類型的水土流失測(cè)算方法還不規(guī) 范。除此以外,生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目要在一定時(shí)間、特定地點(diǎn)內(nèi)完成,使得 被 研項(xiàng)目 的水土流失 數(shù)據(jù) 具有很大的時(shí)空限制性,針對(duì)特定項(xiàng)目的觀測(cè)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)資料比較有限, 難以 對(duì)所有項(xiàng)目逐一建立測(cè)算方法。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄土堆置體下墊面概化與水土流失特征研究 2 這些原因使得目前生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失測(cè) 算方法遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)的項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模和速度,建立一套針對(duì)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高,且具有普遍適用性的生產(chǎn)建設(shè) 項(xiàng)目 水土流失測(cè)算方法體系具有迫切的社會(huì)需求和重要的現(xiàn)實(shí)意義。 研究 目的 與意義 目前 , 如何測(cè)算生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的人為水土流失量,還沒有成熟的方法,也缺乏科學(xué)權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn),致使在監(jiān)督管理實(shí)踐工作中,明知一些單位 在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中造成了嚴(yán)重的人為水土流失,但因不能確定 具體流失量,缺少 處罰的科學(xué)依據(jù) 而無(wú)法對(duì)其實(shí)施處罰。對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的人為水土流失,水利部門在日常宣傳工作中,也只能使用大量、嚴(yán)重、驚人等定性 描述,缺乏定量指標(biāo)。在水行政主管部門的要求下,一些大型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目也在委托水土保持監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu),對(duì)建設(shè)過(guò)程中造成的水土流失開展定量監(jiān)測(cè),但受技術(shù)水平、投入、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)困難等因素 的 影響,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際有很大差距,無(wú)法反映真實(shí)情況。同時(shí)各個(gè)項(xiàng)目都布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),也造成了大量的 重復(fù)和浪費(fèi)。因此亟需制定統(tǒng)一權(quán)威 且簡(jiǎn)單實(shí)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),能夠根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄土棄渣的位置、坡度、坡長(zhǎng),和當(dāng)?shù)氐慕涤炅俊⒔涤陱?qiáng)度、風(fēng)速等參數(shù),科學(xué) 計(jì)算出某個(gè)項(xiàng)目的某個(gè)棄土場(chǎng)在單 場(chǎng)降雨或 特定時(shí)間 內(nèi)產(chǎn)生的具體水土流失 量。 現(xiàn)有生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中存在的水土流失 類型主要包括:一般擾動(dòng)、邊坡開挖、棄土堆積、渣土風(fēng)蝕等方面(蘇彩秀 等 2020)。棄土 堆置體 坡面 的侵蝕特征主要 由下墊面狀況和 降雨情況 控制 ,而下墊面狀況的影響主要表現(xiàn)在坡面物質(zhì)組成、坡度、坡長(zhǎng)等方面。棄土 堆置體 坡面土壤顆粒的級(jí)配情況 和坡度對(duì) 入滲率 影響顯著 , 而入滲率的變化是坡面產(chǎn)流與否以及坡面水流性狀的決定因素, 進(jìn)而 影響坡面侵蝕的形成過(guò)程表現(xiàn)出不同的 水土流失特征 。 許多專家學(xué)者對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生人為棄土的侵蝕特征和水土流失量進(jìn)行了卓有成效的 科學(xué) 研究 (孫虎和唐克麗 1998;郭成久等 2020; 陳奇柏等 2020) , 采用的研究方法主要為現(xiàn)場(chǎng)原位 試驗(yàn) 和室內(nèi)模擬 試驗(yàn) (倪三川 等 2020;馬春艷 等 2020;Philip 1991) 。 然而現(xiàn)場(chǎng)原位 試驗(yàn) 由于受成本高、 堆置體 位置難以設(shè)置觀測(cè)工作面等因素的制約 ,存在較大局限性。因此 , 利用室內(nèi)模擬降雨研究人為棄土的侵蝕特征和侵蝕量因其具有可控的 試驗(yàn) 環(huán)境、 試驗(yàn) 操作便捷等優(yōu)勢(shì)成為主流的 試驗(yàn) 方法。但是目前在對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目人為棄土 堆置體 進(jìn)行室內(nèi)模擬 試驗(yàn) 時(shí),因?yàn)檠芯繀^(qū)域和被研工程不同 , 所采用的 試驗(yàn)下墊面物質(zhì)組成千差萬(wàn)別,造成研究成果的應(yīng)用范圍局限,難以推廣 ;同時(shí) 試驗(yàn) 下墊面的坡度設(shè)計(jì)模式化, 一般為 5 ~ 10176。遞加設(shè)定, 如 25176。、 30176。、 35176?;蚴?20176。、 30176。、 40176。; 試驗(yàn) 下墊面的坡長(zhǎng)一般受制于 試驗(yàn) 土槽長(zhǎng)度而未能反映 真實(shí)的棄土 堆置體 坡長(zhǎng) ; 而且試驗(yàn)下墊面模型多用 試驗(yàn) 土槽裝填 , 然而野外實(shí)際棄土堆置體大小尺寸不同,形態(tài)各異,且為三維立體結(jié)構(gòu),正是由于這樣的立體結(jié)構(gòu),在土石比較小時(shí)可能發(fā)生淺層水土流失甚至堆置體體內(nèi)水土流失,用 試驗(yàn) 土槽的方法進(jìn)行模擬可能存在水土流失量計(jì)量不準(zhǔn)確等第一章 緒論 3 問(wèn)題。 鑒于上述情況,筆者廣泛 調(diào)查 不同地形地貌區(qū) 各類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目 , 探究各類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄土堆置體在堆置 類型 、 下墊面物質(zhì)組成、 坡形因子等 方面的共性 , 試圖抽象概化出 棄土堆置體 分類體系、棄土堆置體標(biāo)準(zhǔn)下墊面物質(zhì)組成、棄土堆置體標(biāo)準(zhǔn)坡形因子,以 確定室內(nèi) 試驗(yàn) 下墊面仿真模型 關(guān)鍵 參數(shù)的取值范圍 , 據(jù)此開展 室內(nèi) 模擬降雨試驗(yàn),使得室內(nèi)模擬 試驗(yàn) 的研究成果在特定 研究區(qū)域或 特定 地形地貌下應(yīng)用范圍更加廣泛 , 更具推廣性。 為 揭示生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目人為棄土堆置體水土流失特征, 探求 棄土堆置體水土流失測(cè)算 模型 , 提出科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃亮魇в?jì)算方程 提供科學(xué)依據(jù) , 對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 國(guó)外研究動(dòng)態(tài) 隨著城鎮(zhèn)化和 工業(yè)化的不斷深入,各種生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失問(wèn)題得到了愈來(lái)愈多的關(guān)注 。 1994 年 2 月 15 日 ,在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州里諾市召開的國(guó)際侵蝕控制學(xué)會(huì)( International Erosion Control Association)第 25 屆學(xué)術(shù)大會(huì)中的 8 個(gè)主題報(bào)告,主要探討了 4 個(gè)方面的問(wèn)題,其中之一就是 關(guān)于 建筑場(chǎng)地的侵蝕控制。 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤侵蝕 成為當(dāng)今世界環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展 過(guò)程中日益突出的問(wèn)題, 引起世界各國(guó)的普遍重視 , 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)的 相關(guān) 研究 已成為水土保持與侵蝕控制 研究 領(lǐng)域的重要課題。 國(guó)外對(duì)水土流失的定量 研究主要包括徑流小區(qū)法、侵蝕測(cè)針?lè)?、元素示蹤法和模型模擬法。其中,徑流小區(qū)法和侵蝕測(cè)針?lè)▽儆趥鹘y(tǒng)試驗(yàn)觀測(cè)手段,在基礎(chǔ)研究中應(yīng)用最為廣泛;元素示蹤法主要通過(guò)測(cè)定土壤中 137Cs、 210Pb、 7Be、 226Ra 和 228Ra 等放射性核元素以及穩(wěn)定稀土元素( REE)的含量來(lái)預(yù)測(cè)土壤流失,受制于元素測(cè)定的復(fù)雜性,這類方法尚處于探索階段 ( Ritchie 1974; Loughran 1989)。 模型模擬法是 現(xiàn)階段 水土流失預(yù)測(cè)的主要方法,目前國(guó)際上主要研究建立了 USLEUniversal Soil Loss Equation( Wischmeier and Smith 1965; Wischmeier and Smith 1978) 和 RUSLERevised Universal Soil Loss Equation( Rankinen et al. 2020; Clark et al. 2020)等經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型以及WEPPWater Erosion Prediction Project( Nearing et al. 1989; Laflen et al. 1991) 、LISEMLimburg Soil Erosion Model( Man 1994; De Roo 1996) 、 EUROSEMEuropean Soil Erosion Model( Man 1998) 和 SWATSoil and Water Assessment Tool( Neitsch et al. 2020) 等物理或半物理模型。除以上這些針對(duì)水力侵蝕的水土流失預(yù)測(cè)模型,還先后出現(xiàn)了 WEQWind Erosion Equation( Woodruff and Siddoway 1965) 、 RWEQRevised Wind Erosion Equation( Skidmore 1986) 和 WEPSWind Erosion Prediction System( Hagen et al. 1995) 等針對(duì)風(fēng)力侵蝕的水土流失預(yù)測(cè)模型。這些模型在不同國(guó)家和地區(qū)的水土流失預(yù)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄土堆置體下墊面概化與水土流失特征研究 4 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目包括 水利水電工程、礦產(chǎn)資源開發(fā)工程、公路鐵路交通運(yùn)輸工程、輸油輸氣工程、工業(yè)與民用建筑工程 等類型。 國(guó)外礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)歷史長(zhǎng)、發(fā)展快、規(guī)模大, 礦山廢棄 等 問(wèn)題嚴(yán)重 ,因而礦區(qū)及采礦廢棄地的水土流失成為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失研究的重點(diǎn), 礦區(qū)土地復(fù)墾科學(xué)研究、技術(shù)推廣 、實(shí)踐應(yīng) 用的發(fā)展過(guò)程,很大程度上也是礦區(qū)水土保持科學(xué) 的發(fā)展過(guò)程 ( K246。niger and Schwab 2020; DominguezCortazar et al. 2020) 。 同時(shí)在美國(guó)、日本、南斯拉夫、荷蘭、澳大利亞、加拿大等國(guó)還通過(guò)制定法律對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失問(wèn)題實(shí)施監(jiān)督與管理 ( Flanagan et al. 2020; Licciardello et al. 2020; Rankinen et al. 2020) 。如 美國(guó)的許多州都通過(guò)法律規(guī)定, 要求 對(duì)露天礦區(qū)進(jìn)行改造治理以減少人為開采對(duì)環(huán)境的危害;南斯拉夫在法律 中規(guī)定 ( Hickey et al. 1994) ,禁止有潛在的水土流失發(fā)生的 可能 下,不采取任何防治措施而隨意開山采石、采礦和挖取渣土砂石材料 ;匈牙利 在相關(guān)法律中規(guī)定( Mannaerts and Gabriels 2020),工礦建設(shè)單位在施工生產(chǎn)過(guò)程中都必須注意保護(hù)表層土壤 和地質(zhì) 環(huán)境 ,露天采礦既要考慮經(jīng)濟(jì)利益,又要考慮水土流失和周圍生態(tài) 安全 。 Katridzidakis M 等( 2020) 介紹了歐洲南部由于高速公路 工程 建設(shè)造成 的地表 擾動(dòng)和 環(huán)境 破壞, 并指出 采用森林多 類型植物配置 人工培育 在 公路的高陡邊坡,可以 實(shí)現(xiàn) 綠 化環(huán)境和減少水土流失 的 雙重作用 。 Buchanan J R 和 Yoder D C ( 2020) 指出 高陡邊坡 可采取 鋪 設(shè)碎木屑 的方法 來(lái)防止土壤侵蝕,研究了在不同坡長(zhǎng) 、 不同種類木屑 、 不同覆蓋 條件 下 侵蝕量的 差異情況, 研究證明高陡邊坡 鋪設(shè)木屑可以 起到控制土壤侵蝕的作用 。 Luce C H 和 Black T A ( 1999)對(duì)森林道路的侵蝕 產(chǎn)沙進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)道路建設(shè) 過(guò)程中 形成的硬 化地面 極大地降低了地表的入滲能力,易于形成坡面漫流,成為流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的重要來(lái)源。 Ziegler A D 和 Giambelluca T W ( 1997)認(rèn)為道路侵蝕是區(qū)域土壤侵蝕的重要 組成部分,研究分析了 車輛交通對(duì)山區(qū)未鋪面道路土
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