高速鐵路特大橋建設(shè)對(duì)湖泊水環(huán)境影響的綜合模擬研究.pdf

1、鐵路屬于大型線性工程，是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在各國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。高速鐵路是全球運(yùn)用廣泛的交通體系，并保持高速增長(zhǎng)，它具有建設(shè)選線復(fù)雜、工期較長(zhǎng)、跨越多處地表水體等特征，在施工環(huán)境中，各種有害因素很容易造成水體環(huán)境污染，破壞水體的自凈能力甚至影響水生生物及生態(tài)環(huán)境。尤其是湖泊，由于其平面形態(tài)相對(duì)閉合、水流相對(duì)緩慢等原因，受外部因素的影響十分強(qiáng)烈，對(duì)環(huán)境干擾特別敏感。我國(guó)擁有世界最大規(guī)模以及最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，不僅需要掌握

2、先進(jìn)的高鐵技術(shù)，而且高鐵建設(shè)的環(huán)境保護(hù)研究也十分重要。
　　為了探尋和評(píng)估高鐵建設(shè)過程中合適的施工環(huán)保措施，保護(hù)生態(tài)敏感水體，本論文密切結(jié)合了高鐵應(yīng)用發(fā)展過程中選線的特征環(huán)境和工程實(shí)例，在京滬高鐵陽澄湖特大橋的建設(shè)跨越太湖流域第三大淡水湖——陽澄湖的區(qū)域測(cè)定了大量水質(zhì)指標(biāo)并收集了歷史水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，建立了二維動(dòng)力學(xué)模型及水質(zhì)模型，分析討論了不同施工方案條件下，湖泊流場(chǎng)及水質(zhì)的變化規(guī)律，提出了針對(duì)湖泊數(shù)值模擬的綜合模擬方法及模型適用的

3、參數(shù)，結(jié)合京滬高鐵的工程實(shí)例分析實(shí)際施工過程對(duì)水環(huán)境及水生生物的影響。
　　陽澄湖是蘇州市重要的飲用水源地、戰(zhàn)略備用水源地，又是集水生生物（大閘蟹等）繁殖、工業(yè)、農(nóng)灌、觀光、防洪、運(yùn)輸多種功能的湖泊。因此，該區(qū)域的水環(huán)境保護(hù)意義重大。本文將京滬高鐵跨越的生態(tài)敏感水體——陽澄湖作為模擬研究的對(duì)象，采用了基于GIS的空間計(jì)算方法和邊界流量修正算法，根據(jù)能量守恒和質(zhì)量守恒的原理，對(duì)陽澄湖特大橋擬選的兩種施工方案:(1)雙排圍堰，(2)鋼

4、棧橋，條件下的湖泊水環(huán)境建立了數(shù)值模型，分析了湖泊的“流場(chǎng)”及“SS濃度場(chǎng)”變化，采用了統(tǒng)計(jì)學(xué)中的R2和P值分析實(shí)測(cè)值與模擬值之間的關(guān)系，逐步校準(zhǔn)模型中各項(xiàng)參數(shù)，使R2值在校準(zhǔn)階段達(dá)到0.726，驗(yàn)證階段R2達(dá)到0.799，取得了理想的模擬效果;對(duì)特大橋建設(shè)期及選用的施工方案拆除后的水生生物種類數(shù)量進(jìn)行了分析，探討了水生生物與流場(chǎng)、水質(zhì)的關(guān)系，進(jìn)一步分析了特大橋建設(shè)對(duì)該湖泊的特征養(yǎng)殖物的影響，得出了分段式雙排圍堰不僅將施工過程與水體隔離

5、，而且未對(duì)湖區(qū)整體和圍堰附近的流向產(chǎn)生明顯影響，該施工方案下，湖泊局部地帶的流速降低了0.04m/s～0.1 m/s，而施工階段泄漏期SS的峰值僅為棧橋方案的8％～20％，最大限度地避免了建設(shè)性排污和事故性排污，有效保護(hù)了區(qū)域的生態(tài)水環(huán)境。
　　本文模擬研究工作主要包括如下幾個(gè)方面:
　　(1)提出了運(yùn)用幾何計(jì)算及圖像特征值的可視化空間分析來判斷湖底地形、水深及水域面積的關(guān)系，以確定采用二維模型計(jì)算，減少了通過局部測(cè)量水深來

6、湖底地形的誤差，運(yùn)用GIS處理DEM的圖形與數(shù)字信息，選擇模型;
　　(2)采用SWAT的水平衡方程，對(duì)于陽澄湖支流較多（支流數(shù)量超過50條），且支流的水文數(shù)據(jù)缺乏的問題，充分使用了地形、氣象、土壤等數(shù)據(jù)，計(jì)算得出總流量數(shù)據(jù)，修正了邊界條件的進(jìn)出水總量，客觀的修正了邊界條件，提高了模型計(jì)算的可信度;
　　(3)將模擬劃分的時(shí)段與圍堰、棧橋的建設(shè)周期設(shè)置一致，且調(diào)整模型中概化的分段式圍堰大小里程構(gòu)筑物及棧橋鋼管樁數(shù)量、間距均與