黄河口挖河疏浚道路风沙污染分析(程义吉,曹文洪,陈东)

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黄河挖河疏浚道路风沙污染分析水利论文/Yp"a}qe'p

程义吉1曹文洪2陈东2水利论文Rd&l J;N5F
(1.黄河口治理研究所;2.中国水利水电科学研究院)

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摘要:黄河下游挖河疏浚固堤启动工程在黄河口断流河段采用了机械清淤方法,施工期间由于天气干旱,汽车跑动和风力作用等,对施工区周围环境造成一定污染。本文采用实测资料和理论分析相结合的方法对道路风沙起动和扬起输移的范围进行了研究,并提出防治措施,为今后大规模挖河疏浚提供参考。水利论文z2u!H,OY

关键词:挖河疏浚;风沙;环境;固堤

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基金项目国家自然科学基金和水利部联合资助项目(59890200)。水利论文*f^{Jc[}.DQ2j
作者简介:程义吉(1958-),男,黄河口治理研究所所长,工程师。
'Y |6tt H V+V0收稿日期:2000-06-21

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1 工程概述水利论文o:O)l aH](f

  1997年冬至1998年春在黄河河口段实施了挖河疏浚固堤工程,工程自垦利县朱家屋子至清2断面,全长24.4 km,其中朱家屋子至6断面长11km为挖河段,6断面至清2断面长13.4 km为疏通段。挖河段开挖底宽200m,平均挖深2.5m;疏通段开挖底宽20m;边坡均为1:3。总土方547.95万m3。本工程的施工采用了旱挖和水挖两种方式。旱挖即采用挖掘机开挖河槽,自卸汽车运土,推土机平整碾压固堤,该法共完成土方293.75万m3。水挖即用小型水力泥浆泵与大型泥浆泵接力配套,组合长管道输沙固堤,该法共完成土方254.20万m3。旱挖需修临时道路,根据施工安排,从挖河段至淤背区布置主路4条,总长15.5 km。

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2 自卸车生产运行情况水利论文MW,T/~lE&mxo

  旱挖施工高峰期投入自卸汽车551部[1],主要车型有:泰脱拉、斯太尔、卡玛斯、东风、解放、红岩、奔驰等9种。其中泰脱拉型车辆数占70%,其它车辆占30%。自卸车的日生产运行情况见表1。装载车的行驶速度为3.1~5.0 m/s,空车的行驶速度为4.5~5.9 m/s。水利论文RrjZTI G*P~

表1 自卸车日生产情况调查表水利论文/HGCp|
Table 1 Investigation of daily work of trucks

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车型141解放泰脱拉红岩泰脱拉

数量(台)8989
运距 (m)2500250026003000
运土次数(次)23252525
工作循环时间 (min)25.7523.621.222.5
装载车行驶时间 (min)13.511910
装载车行驶速度 (km/h)11.113.617.318.0
空车行驶时间 (min)9.25888.5
空车行驶速度 (km/h)16.218.7519.521.18
装车时间 (min)1.93.63.23.0
卸车时间 (min)1.1111

3 风沙成因分析水利论文Y6fTO9P

3.1 疏浚期间风力情况

J1LR)^ PQ-l7[BY IP0

  自卸车运行从1998年4月25日至6月2日,在此期间出现的风向频次最高和风速较大的是S、SE、SSE,其中S风向出现频率最高,占14.2%。由表2可见,平均风速3m/s左右,10分钟最大风速为8.6m/s。此外,日瞬时极大风速在6.9~17.5m/s。水利论文mwZ h-R1c+X

表2 施工期逐时10分钟风向风速统计表
$q:X%pd dV3B ]~0Table 2 Measured data of 10-minute wind direction and velocity in the period of truck transportation水利论文1~uhxHlv


风向出现次数平均风速(m/s)最大风速(m/s)备注

N263.646.6风速≤0.2 m/s视为静风
NNE233.535.8
NE272.998.6
ENE252.994.9
E402.925.8
ESE202.934.8
SE953.316.1
SSE853.316.9
S1093.418.1
SSW633.086.2
SW523.036.2
WSW212.45.6
W783.797.3
WNW313.135.9
NW312.825.2
NNW193.316.3
静风2300.2

3.2 挖河段泥沙颗粒组成

%}a%]|$KK+fH N%c)K h0

  利津水文站距离挖河段35.4 km,根据该站1986~1995年的床沙质颗粒级配统计,小于0.1 mm的颗粒占92.9%,中值粒径0.0647 mm。通过对挖河段50个取样点次进行颗分试验,泥沙粒径在0.05~0.25 mm之间的占94.4%,粒径小于0.05 mm占5.6%。

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3.3 风力作用下泥沙起动条件水利论文7I3\%}N3s[

  从挖河段床面泥沙颗粒级配可见,河床物质属于散粒体泥沙。一般情况下,风沙的流体起动条件可以表述为水利论文*O~7T5APD!D"ra

U*c/

b Lxa#Z D#L5^6x1o0
Image776.gif (1025 bytes)gD=f(U*D/ν)(1)

式中 U*、U*c为摩阻流速和起动摩阻流速;D为泥沙粒径;ν为空气的运动粘滞系数。水利论文YyhQS/U/C z|,J6E

  根据我国沙漠地区观测结果,泥沙粒径与起动风速(距地面2m处的风速)的关系如表3[2],起动风速与粒径的平方根成正比。水利论文3i,@'` HeP z

表3 我国沙漠地区所测到的不同粒径泥沙的起动风速水利论文CrF8ac
Table 3 The measured incipient motion velocity of different sediment particles in desert area of China

g.kyUlEg0

粒径(mm)0.1~0.250.25~0.50.5~1.0>1.0

距地面2m处的起动风速(m/s)4.05.66.77.1

  由于疏浚的泥沙颗粒基本都小于0.25 mm,由表3可见,其起动风速小于4.0m/s。而疏浚期风速大于4.0 m/s的天气经常出现,加之汽车跑动的扰动和气候干燥,现场观察结果表明,道路风沙扬起频繁,污染较为严重。水利论文 R:ToL0a

3.4 风沙悬移运动水利论文6|:I`1l|\Q

  一般而言,对于小于0.1mm的泥沙起动以后,当其沉速小于气流的向上脉动分速,就有可能以悬移的形式运动。泥沙悬移后在空中能运移多远的距离(L)是大家所关心的问题,这里采用冯·卡门[3]公式

FDCZ)q'\0

L=40εμ2U/ρ2sg2D4

[j-U-o:QCtSU$W] i0
(2)

式中 μ为空气的粘滞系数,在常温下为1.81×10-5N·s/m2;U为风速;ρs为泥沙密度;ε为紊动交换系数,对于比较强劲的风,可取104~105cm/s。

]T$[2JS0

表4 泥沙在风力吹扬下所能达到的距离 单位:m
~*m4Iae%Z0Table 4 Sediment carrying distance blown by wind风速(m/s)

H-x#?KiJt0

10t(a).gif (1205 bytes)369121518

0.059.3~9318.6~18627.9~27937.2~37246.5~46555.8~558
0.10.6~61.2~121.8~182.4~243.0~303.6~36

  根据黄河口疏浚泥沙的粒径和施工期风力条件,采用式(2)计算得到泥沙在风力吹扬下输移距离如表4所示。

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  由表4可见,计算的道路风沙污染范围主要在道路两侧的0~500 m范围内,风力越大,泥沙颗粒越细,风沙污染的范围越大。由于道路两侧都是庄稼,通过实际量测庄稼落沙尘程度和范围,得到了施工期风沙的污染主要在道路两侧300 m以内(表5),可见计算与实测基本相吻合。

4 风沙污染损失水利论文 X-o#m(I2L7n

  在施工期间虽发现存在一定程度的风沙污染,但由于施工工期紧迫,没有来得及采取防护措施。为了得到风沙污染对农作物造成的经济损失,疏浚施工结束后,东营市农业部门对农作物生长、收获继续进行跟踪调查,得到如下结果(表6):受灾作物总面积达561.6公顷,其中小麦496.2公顷,西瓜40.1公顷,果园21.3公顷,葡萄4公顷。小麦减产60%左右,西瓜基本绝产,林果也严重受害,直接经济损失达464.4万元。此外,风沙还给当地居民和其它生产生活设施也造成一定的不良影响。

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表5 施工期道路两侧风沙污染范围量测表
\4S@3M;\ Cq,c(E0Table 5 Investigation of wind-sand pollution on road
v5Tj_W8@ PlF*n Z0in period of truck transportation
水利论文1X-M/~D+Z


宽度(m)水利论文,P8y0l3Dy5F#\F

路号
西

1100300
2200~225100
3300200
4300200
北岸顺河路215
南岸顺河路200

          

表6 主要受灾作物调查统计表
5xm4@6E'\Q(jjb0Table 6 Investigation of the main crops hit by wind-sand

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岸别受灾程度小麦西瓜果园葡萄合计

北岸面积(hm2)169.520.18197.6
减产程度(%)50~7050~10040
经济损失(万元)84.243.333.0160.5

南岸面积(hm2)326.720.013.34.0364.0
减产程度(%)50~601005080~90
经济损失(万元)132.563.070.035.7303.9

5 结语与建议水利论文2d@#_)V1Q5aH

  (1)机械施工期间天气干旱少雨,散掉在道路上的泥沙(或被汽车碾起的泥沙)被自卸车跑动冲击扬起,在风力作用输移扩散,造成风沙污染。

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  (2)施工道路风沙对两侧农作物有污染减产的影响,建议采取硬化道路、洒水、密闭车斗等措施以减轻污染。水利论文j U[$}*~YW D k

  (3)机械施工成本较高,对施工道路修建、维护要求高,且造成一定污染。建议改为水挖(挖泥船、组合泥浆泵等),而且输沙管道铺设方便,施工不受降雨影响,成本低,对环境影响较小。水利论文&Zs"R3nKn"}

  (4)固堤施工完成后,应及时进行包边盖顶,以防止风沙输移引起的环境污染,同时应对堤坡植草防护,防止水土流失。水利论文:B6Oi+p.o'HO]

参 考 文 献水利论文N;h&`3esJ P

[1] 程义吉等。山东黄河挖河固堤启动工程施工技术总结 [R]。1998.

j$xC}o rqh0

[2] 朱震达,吴正,刘恕等。中国沙漠概论(修订版)[M]。北京:科学出版社,1980.水利论文k ~"]nY3F{&Pp"f

[3]钱宁,万兆惠。泥沙运动力学[M]。北京:科学出版社,1986.

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