一種沿海岸線圍堰進行南水北調的方法

2023-10-06 01:14:29

一種沿海岸線圍堰進行南水北調的方法
【專利摘要】本發明提出一種沿海岸線進行南水北調的方法，即藉助圍堰技術，先在南端的長江、黃河等河流入海口位置修建水閘、圍堰等，實現淡水資源的截流；再在黃海、渤海沿岸構建新的海防壩體，這樣，新老海防壩體間將形成一條巨大的輸水通道；最後在渤海適當位置圍堰蓄水，形成巨大的儲水湖。這種方法相當於對長江、黃河主要河流等沿海岸線向北延伸，可實現重力流狀態下大量淡水資源的北調，徹底解決北方中東部地區缺水問題。該方法輸水能力強，建設周期短，供水穩定，造價與運營成本均非常低。
【專利說明】—種沿海岸線圍堰進行南水北調的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輸水工程建設領域，特別涉及一種沿海岸線圍堰進行南水北調的方法。
【背景技術】
[0002]我國地域遼闊，跨越高、中、低三個緯度帶，南北緯度的高低相差大，降水量總的趨勢是由東南向西北遞減。我國地表徑流的分布趨勢，基本上與降水量相似，但地區分布的不均勻性比降水量更為嚴重。總的來說,南方水多、人多、地少；北方地多、人多、水少。南方水資源總量佔全國的81%，北方的黃河、淮河、海河三大流域的水資源總量僅佔全國的7.5%，而人口和耕地卻分別佔到全國的34%和39%。南方和北方相比，前者人均水量為後者的4.5倍。由於上述人均量不足和時空分布不均，使水資源的合理配置成為我國經濟發展長期面臨和必須妥善處理的基本問題之一。
[0003]針對我國水資源的分布特點，有學者提出了南水北調的東、中、西甚至更多的線位方案，但傳統方法存在如下幾方面的問題:
(1)建設水壩需要移民、可能誘發地震等。移民不僅須配套制定落實好補償補助政策、後期扶持政策，尚須克服社會矛盾，成本極高。同時，水庫蓄水後，庫區及其臨近地區地震活動明顯增強；
(2)工程地質問題。水庫蓄水後，庫岸浸水，穩定性降低，易造成庫岸的坍塌、危及岸邊建築物安全，並可能導致嚴重的水庫淤積現象；
(3)輸水能力有限。以南水北調中線為例，其遠景設計能力僅130億立方米，調水總量有限；
(4)實施難度大。以西線為例，其須在高海拔地區修建約800km的隧道，工程實施難度極聞;
(5)造價極高。南水北調在河道開挖、隧道修建、圍堰蓄水、水庫構建等方面的工程量極高，同時涉及移民動遷等，不僅費用高，且易引起社會矛盾；
(6)部分線路運營費用高。以東線為例，其遠景裝機容量101.77萬KW，每年僅電力的運營成本達89.1億元；
(7)建設周期長。由於輸送距離遠，且工程量大，輸水河道、隧道、壩體等建設周期非常長。
[0004]部分學者提出了在黃海、渤海鋪設大的消防軟水管的假想，實現南水北調。其實施的可能性非常小:一方面，該方法未考慮消防水管的抗浮問題，海水的密度要高於淡水，膠管通水後，其浮力非常大，會浮於海面；其二，未考慮海浪衝擊、泥沙淤積、船錨等對管路的影響；再有，輸水能力很弱。
[0005]實際上，到目前為止，尚沒有一種經濟而又快速有效的辦法，實現南方大量淡水資源的北調。
【發明內容】

[0006]本發明的目的是在儘量少開挖的條件下，為我國提供一種大斷面長距離的輸水通道，實現我國淡水資源的南水北調。
[0007]本發明提出的一種沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其發明的主要內容包括如下三個主要方面:(I)在南端的長江、黃河及其它主要河流入海口位置修建水閘、圍堰等，實現對淡水資源的截流；(2)在黃海、渤海沿岸構建新的海防壩體，新老海防壩體間將形成一條巨大的輸水通道；(3)在渤海適當位置圍堰，形成巨大的儲水湖。
[0008]這樣，沿海岸線及渤海區域內形成一新的依靠重力自流的人工淡水流域，可以解決沿線工業、農業、環境等的生產和生活用水；由此，淡水資源還可進一步向西、向北輸送，以解決我國北方中東部的缺水問題，整個系統及其建設方法構成了本發明的沿海岸線調水的方法。
[0009]對於發明點(I廣(3)，即通過沿海岸線圍堰的方法進行南水北調，能否實現關鍵取決於如下幾方面:1)是否有足夠的水源。我國的淡水資源總量約為2.8萬億立方，由長江、黃河出海口流出量約為10000億m3和156億m3，水源充足，不對其加以利用而直接排放到海洋，浪費極大。2)技術上的可行性。現狀黃海、渤海近岸區域海底坡度變化較為平緩，7?10m水深距現狀岸基較遠，該深度範圍內進行圍堰技術非常成熟。3)經濟上是否可行。由於主要利用現狀的黃海、渤海近岸海床，開挖工作量非常少，主要是新建壩體的土方回填，而且僅新建一壩體，並與現狀壩體組合使用，該方法沒有動遷問題，因而造價非常低，約在80(Tl200億元人民幣左右。4)輸水能力的大小。該方法年輸水能力巨大,甚至可將入海口的淡水全部北調而工程造價變化不大。4)建設周期的長短。可以多區段平行作業，建設周期短，2?3年可以建成。
[0010]優選的，所述的沿海岸線所構築的壩體，因近海為沙性地層，應對其設置防滲措施；
優選的，所構建的新的海防壩體，其高度應不低於現狀壩體高度；
優選的，所構建的壩體，宜在長江、黃河等河流入海口及沿線每隔一定距離設置水閘，確保現狀長江及現狀沿海地區的船舶的航運不受影響，並具有一定的洩洪能力。
[0011]本發明的有益效果是:
1、輸水能力強。與中線、東線部分區段所採用的盾構法、頂管法等施工工藝相比，本方法所述壩體位置布設較為靈活，距現狀壩體距離的稍遠一點，比如數千米以外，水深變化不大，但過水斷面增加較大，從而可形成強大的水力通路。比現狀東線及中線的調水能力擴大近100倍，每年可為北方地區提供數千億直至近萬億立方的淡水資源，徹底解決北方中東部地區缺水的水源問題；
2、本發明利用了現狀海防大堤，並在近海海底進行輸水通路建設，避免河道了開挖等所形成的大量的土石方工程，僅新建了一條壩體。因而，工程量非常小，同時沒有動遷要求，因而社會環境影響及工程造價等均較低；
3、施工速度快。可實現多工作面同時啟動，因而工程一旦啟動，因沒有動遷、管線搬遷等影響，施工速度極快；
4、安全性高。形成的輸水通路無須大高度蓄水,略高於現狀海水高潮位，因而不會對地層形成大的附加應力而誘發地震。在非正常條件下，比如戰爭或地震發生潰壩事故，北調的水直接進入大海，沒有淹沒村莊的危險；
5、供水穩定性好。在冬季冰凍發生時，位於渤海區域可建立大的儲水庫，可容納數百億至數千億立方的淡水，從而保證供應的穩定性；
6、運行費用低。工程建成後，主要依靠重力流進行調水，無須現狀東線多級供電提升，因而運行費用低。
【具體實施方式】
[0012]傳統的南水北調往往在上遊地區，藉助開挖隧道、河道的方式，其土石方工程量、拆遷量等非常巨大，特別是西線工程，不僅工程量大，海拔平均高度近4500m，實施難度非常大，因而如何快速、經濟地將大量的南方淡水資源輸送至北方，解決我國北方極度缺水問題，非常困難，也非常緊迫。
[0013]線路選擇
為克服這一困難，本發明提出了在長江、黃河出海口，通過圍堰，實現對淡水資源的截流，在天津的渤海地區圍海，形成淡水儲水庫，其間在對現狀海防大堤增高加固的基礎上，通過距現狀大堤一定距離的外側，構建新的海防大堤，這樣，新老海防大堤間將形成大容量輸水通路，且在北端儲水庫的水位標高較低，水在重力作用下自然由南向北流動，如附圖4所示的實施例示意圖的總體線位布置。可以是全部海上方案，由崇明入海口圍堰，經南通、鹽城、連雲港、日照、青島、威海、煙臺等，進入渤海，最終在渤海灣區域圍堰，形成全部海上線路的方案。該方案線路總長約1300km，實施過程中，全部利用現狀海岸線。也可以小部分利用陸上線路進行河道開挖，如圖中的粗線所示，該方案線路總長約900km。該方法實施關鍵涉及如下幾個方面:一是圍堰施工，包括南端的長江入海口的截流圍堰以及沿海岸線的圍堰施工，其二是洩洪及船舶水閘等施工，再有是沿線河道的延伸改建。
[0014]圍堰施工
圍堰的種類非常多，有膜袋混凝土圍堰技術、板樁圍堰技術、拋石回填等，本發明以鋼筋混凝土板樁配合板樁內填土圍堰為例，具體說明應用該方法進行輸水通道構建的方法。在距現狀海防大堤的外側一定距離，將預先製作好的板樁運至現場，在測量定位的基礎上，按設計好的位置進行水上打設，一般布設兩排，再在兩排圍護板樁內進行土方回填、土體加固等，其具體施工步驟流程如附圖5所示，分為如下幾步:
1)鋼筋混凝土板樁製作。工廠內按設計的長度、厚度等，進行板樁的製作，並可通過船舶等方式運至現場；
2)測量定位。根據輸水通道的設計能力，在距現狀海防大堤的外側一定距離進行新大堤的測量定位。測量定位可採用全站儀、水準儀等進行；
3)板樁打設。可利用打樁船或履帶式打樁機等，將圍護板樁打入地層；
4)板樁拉結施工。板樁超出海床面較高，懸臂較長，同時，在施工階段及永久運營階段，圍護板樁內力分布可能存在較大的差別，特別是在永久運營階段，超出海床面的懸臂主要以拉應力為主，須布設適量的水平拉筋或拉杆，以平衡板樁內因土體堆高而引起的附加水平荷載；
5)樁內吹沙回填。以吹沙回填的方式,將雙排板樁內以土體填滿；
6)土體防滲加固。回填的土體以及原有的海床可能主要以沙性土為主，為防止滲漏，須對一定深度範圍的土體進行防滲加固處理；
7)新海防大堤地面道路系統施工。為加強新建海防大堤的維護，同時保證緊急情況下，車輛能快速到達應急區域，海防大堤應具備一定的通行能力，並布設有適當的防撞、照明、供排水及通信系統等；
8)圍堰施工完成。
[0015]洩洪及船舶水閘施工
在長江、黃河等主要河流出海口及海岸線沿線位置，須布設適量的水閘，以保證主要河流及沿線的航運不受影響，同時，水閘兼有洩洪的能力，以便在高潮位保證沿線河道、居民及村莊的安全。洩洪及船舶水閘的施工包括如下幾個主要步驟(如圖6所示):
1)水閘圍堰施工:以提供永久結構施工的作業環境條件；
2)樁基打設:一般地，閘體主體結構下布設有一定數量的樁基，利用打樁設備進行樁基打設；
3)水閘永久結構施工:先進行圍堰內的排水施工，在此基礎上，進行內部結構的施工；
4)機電設備的安裝:進行水閘洩洪及船舶進出閘體的機電設備安裝；
5)設備試運行:進行機電設備的調試，為通航通水創造條件。
[0016]沿線河道延伸
沿線河道可通過沉管、頂管、盾構隧道及圍堰開槽埋管等方式，進行延伸，本處以沉管的延伸加以說明，其主要步驟如附圖7所示:
1)沉管幹塢施工。在現狀河道入海口一側的適當位置構建沉管管節製作的乾塢；
2)沉管管節製作。在乾塢內製作沉管管節；
3)現狀河道入海口改造，主要是構建水閘。一方面保證船舶通行；其次，如果後期運營階段輸水通道的水位高於沿線河道水位，為防江水給沿線河道倒灌，則須構建洩洪通道；
4)新建大堤與河流延伸交匯處圍堰施工。進行該區域的圍堰施工，預留首節管節沉放所需的足夠的空間；
5)圍堰內土體加固。對沉管管節底部的土體進行加固，以提高該區域的土體承載能力和抗滲能力；
6)新建大堤與河流延伸交匯處沉管基槽開挖；
7)首節管節浮運沉放。將新建大堤位置作為首節管節沉放的區域，沉放完成後，對其上方進行土體回填；
8)其餘區段基槽開挖與管節浮運沉放。管節沉放完成後，對其上方進行拋石加固； 這樣，沿線河道延伸完成。
[0017]其他改造施工
對於大容量的輸水通路的建設，尚須對現狀的海防、沿線管線等進行處理。一是海防大堤，須進行適當的增高加固，以便抵禦水位增高可能引起的水平荷載的增加，同時提高壩體的防汛能力。其次，海床下可能分布有海底光纜、取排水管道等，須在新大堤修建過程中進行翻交或延伸改造。
[0018]上述在長江、黃河出海口，通過圍堰方式，實現了對淡水資源的截流收集，通過距沿現狀海岸線適當距離新的海防大堤的修建，使得新老大堤間形成黃海至渤海一線的大容量輸水通路，再在天津的渤海地區圍海，形成淡水蓄水庫，整個系統及其修建方法構成了本發明的南水北調。同時，為最大限度利用運營階段費用，南端長江或黃河取水口位置的水位標高要高於渤海地區淡水蓄水庫的水位標高，這樣，大體積的淡水資源，可藉助自重流的方式，調水至北方。
[0019]下面以一具體實例來說明本發明。
[0020]沿線圍堰構建
在上遊的長江或黃河入海口的截流，沿線輸水通路新建海防大堤的構建，渤海灣蓄水庫的實施等，均將通過圍堰的方式予以完成，本處將圍堰設計成雙排鋼筋混凝土板樁，內部通過吹沙回填，再進行土體的攪拌樁加固，新的海防大堤如圖8所示。
[0021]設計海防大堤壩頂標高為+6.00m，靠海一側防汛牆體可適當加高，至+10.0m左右，壩內最大水位標高為+3.0nT+4m，由南向北逐漸降低，海防大堤的標高也可隨之減小。板樁進入海床下部的插入比為1:1.3，其總長度約為25m，整個壩體的寬度設計為10m，對回填土進行攪拌樁防滲加固，加固體寬度800_，設計為兩排，儘量貼近板樁圍護結構，防滲牆深度超出板樁約5m。
[0022]對現狀海防大堤也按照新建海防大堤的標高予以增高加固。
[0023]水閘實施
對於長江或黃河等沿線入海口河流的水閘設計與施工應考慮如下幾個方面的問題。首先，要做好規劃設計，要在對工程地質資料、水文條件、現狀通航狀況、河流過水流量等系統研究的基礎上，就進出輸水通路的水閘功能、規模、結構尺寸及基礎等進行詳細的設計。附圖9是一實施例，在入海河道位置的水閘包括通航和洩洪兩種功能，在新建海防大堤的位置，水閘可供船舶由輸水通路進出大海。其次，要做好閘體施工的臨時圍堰，以便為永久結構的施工創造條件。因其永久結構主要為鋼筋混凝土，其施工的臨時圍堰在運營階段一般可拆除，為此，圍堰可採用拉伸鋼板樁的方式，其設計與施工工藝較為成熟。再有，進行永久結構的樁基、主體結構的施工。最後進行機電設備的安裝與調試，在進行通航與排洪試運營的基礎上，正式移交使用。
[0024]沿線河道延伸
沿線一般的河道均較小，實施例以沉管為例，具體說明河道延伸的方法。在圖9中，現狀海防大堤與河流入海口位置附近構建沉管幹塢。同時，在河道入海口位置製作圖9中4、5所示的船舶進出河道的通航水閘以及洩洪用的洩洪閘。在新建海防大堤位置，則進行沉管下方的土體加固、並進行基槽開挖，在此基礎上，將預先製作好的沉管管節運至新建海防大堤位置，並開始第一節管節的沉放施工，隨後由深入淺，逐節順序沉放其他沉管管節。管節沉放完成後，進行新建海防大堤位置的堤壩施工，其餘沉管管節位置進行拋石加固，確保河道延伸的管涵不被拋錨、衝刷等的破壞。
[0025]其它改造
對現狀的海防大堤的增聞，以便抵禦水位增聞可能引起的水平荷載的增加，同時提聞壩體的防汛能力，一般增高f 3m，依據輸水通道的設計水位標高確定。對海床下可能分布的海底光纜、取排水管道等，須在新大堤修建過程中進行翻交或延伸改造。
[0026]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為應用本發明在南端長江入海口進行圍堰的一種實施例示意圖；
圖2為本發明沿海岸線圍堰進行南水北調方法的一種實施例流程圖；圖3為應用本發明新建壩體的一種實施例標準段橫斷面示意圖；圖4北延伸工程總體線位布置示意圖；
圖5實施例圍堰施工流程；
圖6實施例洩洪及船舶水閘施工流程；
圖7實施例沿線現狀河道延伸施工流程；
圖8新建大堤板樁圍堰結構示意圖；
圖9 一種沿線水閘實施例布置示意圖。
【權利要求】
1.一種沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其特徵在於: 該方法藉助圍堰技術，在距現狀海防大堤一定距離的位置建一新的壩體，新老海防壩體間形成一條巨大的輸水通道，實現南水北調。
2.如權利要求1所述的沿海岸線進行南水北調的方法，其特徵在於，沿現狀海岸線外側一定距離內構建新的海防大堤，從而進行調水，其實現的主要步驟如下:1)南端江水、河水等淡水資源的截流，即在南端的長江、黃河等主要河流入海口位置修建水閘、圍堰等，實現淡水資源的截流；2)沿現狀海岸線構建輸水通路:在對現狀海防大堤進行適當的增高加固的基礎上，於現狀大堤的外側一定距離構建新的海防壩體，這樣，新老海防壩體間形成一條巨大的輸水通道；3)對沿海岸線入海口水位標高低於輸水同路的小型河道，進行適當的延伸，可以用箱涵或管道的方式，一直延伸到新建大堤的外側；4)對現狀海底管線進行適當的改造；5)在新建大堤位置，每隔一定距離，構建水閘，以便船舶出海或洩洪；6)北端儲水庫建設:在渤海適當位置圍堰，形成巨大的儲水湖；整個系統及其建設方法構成了本發明的沿海岸線調水的方法。
3.如權利要求1所述的沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其特徵在於，南端主要河流入海口構建圍堰、水閘，以滿足通航和排澇的要求。
4.如權利要求1所述的沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其特徵在於，新建壩體具有一定的防滲及抗風浪衝刷的要求。
5.如權利要求1所述的沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其特徵在於，沿海岸線新修建的壩體每隔一定距離設置一座水閘，以滿足海岸線沿線船舶出海通航和排澇的要求。
6.如權利要求1所述的沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其特徵在於，沿海岸線現狀的入海小的河流及海底管線，須進行適當的改造，以滿足現狀的排澇、排水及其它生產及生活系統不收影響。
7.如權利要求1所述的沿海岸線圍堰進行南水北調的方法，其特徵在於，輸水通道的南端的水位較高，終點渤海地區的儲水庫水位標高略低，淡水資源可在重力流狀態下進行北調。
【文檔編號】E02B3/00GK103510486SQ201310295321
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月15日 優先權日:2013年7月15日
【發明者】周希聖, 陸建梅, 周明崴 申請人:周希聖, 陸建梅, 周明崴