以韧性城市理念提升城市排水防涝能力的实践

随着城市化进程的加快,城市内涝问题日益凸显,对城市可持续发展构成挑战。本文基于韧性城市理念,探讨了城市排水防涝能力提升的思路与实践。首先阐释了“人水共生”理念的内涵、基本理论与实现途径,以及其与韧性城市理论的关联;并基于当前我国城市排水防涝体系建设存在理念缺失、规划滞后、建设不足和管理局限等问题,提出了系统观念、洪涝统筹、蓝绿灰融合和科技赋能等城市排水防涝能力提升思路。同时,通过梳理近年来在石家庄市、成都市、三亚市和信阳市开展的提升城市排水防涝能力规划项目的实践经验,提出了未来城市内涝治理的方向,包括转变传统治理理念、采用绿色措施、多维度综合治理、优先考虑自然解决方案和坚持“中西医结合”的方式,以期对未来持续开展城市排水防涝工作提供借鉴,以实现我国城市洪涝韧性的持续提升。

广东省北江流域防洪体系与布局优化

结合广东省水网建设规划中的“江河安澜防洪保安网”,重点针对北江流域“22·6”特大洪水暴露出的现状防洪体系与布局的短板、弱项,在分析评估北江流域(思贤滘以上)现状防洪体系与布局的基础上,结合设计水文计算成果及骨干水库调洪计算、飞来峡水利枢纽动态库容调洪计算等分析成果,提出了“防、管、控”三位一体系统治理的北江流域防洪(潮)治理思路及“调蓄、拦挡、蓄滞、分洪、畅泄”多功能、有韧性、相融合的防洪体系与布局。按照治理思路和科学构建现代化水网目标,综合提出了完善、优化北江流域防洪体系与布局的各项具体工程和非工程措施。

智能放顶煤技术在特厚煤层上覆含水层保护中的应用

我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制。以特厚煤层上覆含水层系统保护为研究对象,以含水层保护和水砂灾害安全防控为研究目标,研发特厚煤层上覆含水层保护的智能放顶煤关键技术,应用井工煤矿动力突水溃砂防控技术,得出特厚煤层上覆地下水系统保护的根本途径。研发应用一种智能放顶煤技术,包括顶煤运移跟踪系统、多轮记忆放煤方法及系统。基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测、顶煤采放高度确定,应用多轮记忆放煤智能放顶煤技术,控制采动裂隙带高度。以应用工作面为例,应用水文地质精细探查与钻探验证、覆岩破坏高度获取、智能放顶煤技术后,在工作面回采过程中实现了上覆含水层水砂灾害的安全精准控制,有效保护了煤层上覆强富水含水层。

基于“蓄排平衡”的城市市政-水利综合排涝探究与实践

在气候变化和城市化的共同影响下,极端暴雨天气愈演愈烈,加之排涝除险技术体系尚不完善,系统韧性不足,导致城市洪涝灾害频发,严重影响了社会经济和居民生活,目前亟需提出符合现代化城市建设需求的排水防涝设施建设方案。针对上述普遍性问题,文章介绍了一种基于“蓄排平衡”的市政-水利综合排涝体系,综合市政内涝防治系统、水利防洪排涝系统、超标应急控制系统和保障措施,利用城市自身规划条件,结合城市地形地貌、竖向标高、水系分布和洪潮分析等多重影响因素,对内涝风险区进行竖向标高调节、水系治理和调蓄设施建设等,达到城市水体的“蓄排平衡”状态。该方法通过探究市政内涝防治系统和水利防洪排涝系统在标准衔接上的共通之处,统筹两系统排水防涝设施的建设,实现市政与水利系统在水量和水位上的衔接,最终提出了基于“蓄排平衡”的衔接方法。研究以南方沿海某生态环境治理工程为依托,借助该区域市政系统与水利系统的水利模型,构建城市内涝防治体系。案例结果显示,基于“蓄排平衡”的市政-水利综合排涝体系可以在城市内涝防治中优化排涝设施的布局,有效缓解城市内涝灾害,为国内其他城市类似项目提供参考。

城市地下空间水灾害防治若干科技问题研究展望

在综述国内外城市地下空间水灾害状况和防灾研究现状的基础上,梳理了研究成果及案例分析,将城市地下空间遭受的水灾害性状归纳为两大类型问题:一类为地表洪涝灾害导致的地下空间水淹灾害,另一类为工程活动或周边水环境特征变化导致的水灾害。解析了城市地下空间内、外部水灾害环境关联响应关系。基于城市地下空间水灾害分布的复杂性,从灾害成因的关键要素和耦合响应关系入手,总结了当前国内城市地下空间水灾害防治存在的一些共性科学难题和技术瓶颈,多目标多层面分解地下空间水灾害防治科学问题和关键技术路线,系统性提出了应该重视和加强研究的若干科技问题及解决路径。并从科学问题、关键技术和解决措施三方面展望城市地下空间水灾害防治领域的科技发展。

截水帷幕渗透系数计算方法

截水帷幕作为一种有效阻隔或减少地下水入渗的防治水技术,近年来不断被应用于地下开采煤矿和露天开采煤矿。受接缝、夹层等质量缺陷的影响,截水帷幕一般需要通过计算渗透系数来评价工程防渗性能,渗透系数的大小可直接决定截水帷幕防渗质量。以扎尼河、元宝山露天煤矿、朱仙庄煤矿截水帷幕工程为例,采用围井抽水试验、完整井抽水试验、降水头注水试验、钻孔压水试验、岩心渗透性试验5种方法计算了截水帷幕渗透系数,并提出了5种计算方法的应用特点与适用条件。结果表明:各计算方法所得渗透系数虽存在差异,但能够相互验证;抽水试验、注水试验、岩心渗透性试验较适用于露天煤矿墙体式帷幕,钻孔压水试验则更适用于检验地下开采煤矿注浆帷幕防渗性能;5种方法能够分别从点、线、面、体4个不同角度计算截水帷幕渗透系数,全方位检验帷幕墙接缝与浇筑质量;多种方法结合应用可以更为全面地验证截水帷幕渗透系数的准确性。

矿井离层水致灾机理及防治技术研究进展

针对矿井离层水研究过程中遇到的突水征兆不明显、瞬时水量大、滞后性、周期性突水等问题,从覆岩移动离层水的形成、致灾机理、防治技术、监测预警等方面总结了离层水的研究进展。首先,离层水害是采动影响下采场覆岩运动和地下水运移的耦合结果,通过挖掘突水事故的表现、覆岩结构及运动特征、地下水运移规律及相关研究现状,总结得到离层水形成基本条件和发育的基本规律,分析了突水引发溃泥溃砂、瓦斯涌出、切顶压架等次生灾害的机制。其次,离层垂向和水平位置预测是离层水害防治的关键,在此基础上,介绍了地面直通式泄水孔、离层注浆充填、井下截流孔、井下导流孔和地面抽排水孔5种离层水的防治方法,并结合工程实际,分析了其特点和问题。最后,利用岩层的岩性组合及地质条件评价离层突水危险性,同时结合回采过程中的多物理场监测数据实现了离层水害的预警,并提出了离层水研究过程中亟待解决的问题。

南水北调中线工程交叉河流防洪“四预”应用

为满足南水北调中线工程典型交叉河流防洪管理需求,确保中线工程防洪安全,构建索河交叉河流数据底板,以及洪水预报、洪水演进、风险分析等模型,结合2022和2023年汛期典型降雨洪水对模型参数进行率定,基于2021年郑州“7·20”暴雨对现状索河交叉河流进行预演分析,结果表明索河渡槽槽身存在阻水风险,中线工程安全风险较大。通过对防洪“四预”应用深入研究,实现南水北调中线工程交叉河流降水—产流—汇流—演进的全过程模拟,研究成果可进一步提升南水北调中线工程防灾减灾能力,为沿线交叉河流防洪应用提供参考。

动、静结合法在矿井涌水量中的应用

正确预测矿井涌水量有助于合理布设排水系统,正确选择防治措施,防止淹井等灾害的发生。以榆神矿区杭来湾煤矿为研究对象,结合其302盘区首采工作面30201工作面充水特征、两带发育高度特征,分析了30201工作面开始回采至回采结束期间涌水量变化特征,并通过水化学分析和长观孔水位分析的方法对30201工作面涌水来源进行了识别,确定了工作面属于兼有静储量和动态补给量的涌水类型,以此引出“动、静结合法”进行302盘区涌水量预测,以已知30201工作面涌水量为依据,反求给水度,再以相邻工作面实际涌水量为参考,验证所取参数的合理性,以最终确定的水文地质参数对未来5年302盘区的涌水量进行预测,结果显示未来五年302盘区将提供1003.21m3/h的正常涌水量,1304.17m3/h的最大涌水量。研究可以为充水条件相似矿井涌水量预测提供参考。

某国际旅游度假区周边开发中基于落地性的城市河道断面优化调整

城市河道是保障城市安全和社会经济发展的重要支撑,在进行区域开发时可能会遇到拟建河道与周边其他工程有冲突的情况。以某国际旅游度假区北片区河道为例,对河道断面进行优化调整。结果表明:河道断面的优化调整既保证了河道防汛除涝安全和活水畅流效果,又保证了周边其他项目能够顺利推进。

东峰矿8101工作面并行电法探测顶板富水区技术研究

煤矿开采过程中,煤层上覆采空区积水是造成透水事故的重要因素之一,严重影响下部工作面的安全生产。为了实现东峰矿8101工作面的安全生产,通过分析工作面的地质和水文地质条件,采用并行电法探查了8号煤层顶板不同高度的富水性,查明了上覆7号煤层采空区低洼地带呈“Y”字型分布。在上顺槽通尺350、370和390 m处向下顺槽方向顶板施工3个探查钻孔,对采空区积水进行疏放。成孔时的钻孔总涌水量为9.2 m^(3)/h,经过11 d的疏放,最终涌水量之和减小到0.8 m^(3)/h,实现了8101工作面的安全开采,为其它工作面探查顶板富水异常区提供了经验借鉴。

通合煤矿2105工作面顶板水探查与疏放技术研究

为精准防治通合煤矿2105工作面顶板水害,采用并行电法探测技术对煤层顶板进行了探查,共计圈定4个异常区,分别为上顺槽通尺0~130 m异常区,下顺槽通尺0~63 m、通尺360~603 m以及通尺870~905 m异常区,在此基础上采用定向钻孔探查技术探查了异常区的富水性,并进行了疏放,实现了工作面的安全开采,为矿井后续工作面以及相似地质条件矿井的安全开采提供了经验借鉴。

高强度开采条件下安全回采地质保障技术研究

为解决小保当一号煤矿矿井涌水问题及地表生态问题,通过理论分析与现场实测等方法对矿井涌水预测、裂隙发育高度展开研究。研究表明,小保当一号煤矿矿井涌水量整体呈增加趋势,且与地表降水、工作面开采范围及生产能力有关;理论计算得矿井最大涌水量875 m^(3)/h,裂隙发育高度为127.6~162.4 m,与上煤层采空区贯通,存在突水危险。针对该矿井实际情况,提出了针对性的地质保障措施,确保煤矿生产安全。

瞬变电磁法在双鑫煤矿采空区的应用

雨季过后,河南双鑫煤矿井田内水文地质条件发生了很大变化,为查明煤矿开采范围内老旧采空区内部积水分布情况,决定在井田内开展地面物探工作。双鑫煤矿煤层埋深在150 m以上,分析国内各种物探方法的优劣性,决定选取瞬变电磁法对该井田开展勘探工作。根据勘探任务,在井田内共布设瞬变电磁法测线30条,通过试验选取了此次勘探的施工参数,经后期资料处理解释,绘制了反演电阻率断面图及煤层顺层切片平面图。通过反演电阻率断面图,可见1040线、1720线及2080线采空区位置处,反演电阻率等值线明显呈现向下凹陷的电性特征;煤层顺层切片平面图显示5处低阻异常区域,结合地质资料解释分析5处异常区,其中2处为强富水异常,3处为弱富水异常区域,与后期验证结果相符,表明该方法在煤矿老旧采空区积水勘查中能够取得很好的效果,可以为类似区域施工提供借鉴。

地面与井下瞬变电磁法在煤矿富水区探测中的应用

为查明安源煤矿4218工作面Ⅳ-2号煤层富水情况,避免水害发生,基于瞬变电磁法及井下瞬变电磁法基本原理,在整个工作面开展了地面与井下相结合的瞬变电磁探测工作。根据瞬变电磁法对低阻异常灵敏、施工方便、勘探深度大、可准确反映含水异常范围、井下瞬变电磁法施工效率高、体积效应小、对异常位置确定更为可靠的特点,利用地面瞬变电磁从平面上圈定水害分布范围,再利用井下瞬变电磁超前探测技术对巷道前方富水情况进行精确圈定;结合地质和钻孔资料,分析地面瞬变电磁法视电阻率断面图中各地层与电性层的对应关系,推断煤层顶、底板处的相对低阻区域很可能为砂岩裂隙富水所致,由此在全区圈定出1处中等富水区和6处较弱富水区;4218工作面辅运顺槽Q6点前49 m位置处井下瞬变探测结果显示,在迎头位置顶板30°、顺层、底板45°处有4处低阻异常区,与地面解释异常对比,有3处重合,重合率较高。结果表明:地面与井下瞬变电磁法综合探测可有效提升煤层富水区探测的准确性,为矿井水害防治提供了依据。

高密度电法探测基岩面上覆松散层厚度在源兴矿的应用

为了查明源兴煤矿上覆松散层厚度,防止发生溃矸溃水事故,改善矿井安全生产环境,本文采用高密度电法探测方法,对矿区指定范围进行探测。结果表明,探测范围内西部、西南部松散层厚度较大,最大厚度约为80 m左右,东部松散层厚度较小,东部、西北部部分存在基岩出露,基本查明矿区基岩面上覆松散层厚度。该技术为进一步提高矿井生产能力和技术水平,加强水害防治工作,煤矿安全生产提供技术保障。

陷落柱构造影响工作面瞬变电磁监测技术应用研究

李村煤矿1306回采工作面水文地质、构造条件复杂,对含水构造的探查提出了较高的要求。为保障矿井的安全生产,开展矿井瞬变电磁监测技术应用试验研究。在1306进风巷掘进工作面进行超前监测定位研究,提高富水异常区定位的准确性以及钻探疏放的精确度,保证工作效率;在工作面开展陷落柱疏放水监测研究,通过对比验证保证了低阻异常区圈定结果的可靠性,并验证疏放水效果,为工作面的水害防治提供了可靠信息。

基于水位流量分析的册亨县者楼河流域防洪策略研究

为了对册亨县者楼河流域洪水进行有效防治,研究利用水文比拟法及雨洪法,对者楼河流域进行现状分析,并提出科学有效的防洪策略。对研究提出的者楼河防洪策略进行有效性验证发现,防洪策略实施2个月后,者楼河流域的平均淹没深度由原来的1m下降至0.1m,且其治理后的最大淹没深度不超过0.4m。综上结果表明,研究提出的者楼河防洪策略可有效减少洪水对当地土地和建筑物的淹没程度,降低洪水对人民生命和财产的威胁,提高当地居民的安全性。

潍坊市山洪灾害防治建设与成效

2011年潍坊市水利局自开展山洪灾害防治项目建设以来,坚持“以防为主,防治结合”的原则,连续10多年构建起潍坊市西南部山丘区5个县、市的山洪灾害监测预警预报体系。通过调查评价,监测设施设备、预警设施设备、监测预警平台提标升级,群测群防体系建设,实现了山洪灾害“零死亡”的目标。

冲积层下煤层顶板水害探测与防治技术研究

冲积层底部含水性严重威胁冲积层下采煤的水害防治安全,在煤层开采前及开采过程中都需要采取相应的防治水措施以杜绝重大水害事故的发生。因此,为保障厚冲积层煤层放顶煤安全、高效开采,文章开展基于并行电法的冲积层下煤层顶板水害探测与防治技术研究,通过数值模拟及现场实测得到顶板局部富水所引起的响应特征。结果表明,对水体高度敏感的并行电法能够精准、高效地识别顶板富水状态,基于此可进一步提出相应的水害防治措施,进而为冲积层下采煤工作面防治水工作提供关键指导依据。