（环境工程专业论文）京沪高速铁路阳澄湖特大桥施工对流场影响研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 阳澄湖是太湖平原上的第三大淡水湖，是江苏省重要的淡水湖泊之一，也是苏州 市重要的饮用水源之一，担负着苏州市区、昆山市以及沿湖乡镇近百万人的饮用水的 供给任务。京沪高速铁路是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高 的高速铁路。全线纵贯北京、天津、上海三大直辖市和河北、山东、安徽、江苏四省。 它的建成将使北京和上海之间的往来时间缩短到5 小时以内。其中在苏州段共有七处 跨越阳澄湖，分段合计线路总长5 9 0 0 m ，共有1 8 1 个墩位位于阳澄湖水中。京沪高速 铁路阳澄湖特大桥在d k l 2 2 6 - - d k l 2 6 3 区间通过了阳澄湖水源保护区。此次京沪高铁 跨越阳澄湖段施工主要考虑两种施工方案，即：双排筑坝围堰施工方案和钢栈桥施工 方案。修建过程中对原有的湖区流场可能产生一定的影响。因此，有必要针对京沪高 高速铁路阳澄湖大桥施工可能对流场产生的影响，展开相关研究，掌握围堰施工对阳 澄湖流场的影响规律，从而指导施工。 本文采用d e l f t 3 d 软件对京沪高速铁路阳澄湖特大桥施工过程中的流场进行模 拟，模拟主要针对四个阶段，施工前原始二维流场模拟、围堰期间二维流场模拟、栈 桥期间二维流场模拟和桥墩建成后二维流场模拟。对比分析了围堰施工前后流场变化、 栈桥施工前后流场变化。对比了围堰施工与栈桥施工对流场影响大小。通过对结果的 分析确定对流场影响较小的施工方式。 从模拟结果可以看出，围堰施工与栈桥施工对湖区原有整体流向并没有改变。围 堰与栈桥施工对各出入口和西南片区的流速影响不大。围堰施工与栈桥施工降低了湖 中狭窄咽喉处、旅工附近和太平湾里饮用水源保护区的流速。主要是施工对水流产生 阻隔作用，从而降低了流速。在局部地区，围堰施工降低原有流速的量较栈桥施工期 降低原有流速的量大。主要是因为围堰施工是将施工附近的水域进行了整体阻隔，而 栈桥施工只是位于水中的桥墩对水流产生小部分的阻隔，阻隔面积围堰施工相对较大， 从而降低湖区流速的面积也相对较大。总体来说，围堰施工和栈桥施工都会对湖区流 场产生一定的影响。栈桥施工对流场产生的影响相对较小。栈桥及围堰施工对流场的 影响都是暂时的，会随着施工的结束而结束。 关键词：京沪高铁；阳澄湖；流场模拟；d e l f t 3 d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t y a n g - c h e n gl a k ei st h et h et h i r dl a r g e s tf r e s h w a t e rl a k eo nt h et a i h ul a k ep l a i n s ， w h i c hi so n eo ft h ei m p o r t a n tf r e s hw a t e rl a k e si nj i a n g s up r o v i n c ea n do n eo ft h ei m p o r t a n t r e f e r e n c es o u r c e si ns u z h o u i tc h a r g e sw i t ht h el a k e sd r i n k i n gw a t e rs u p p l yt a s k so ft h e s u z h o uc i t y ，k u n s h a nc i t ya n dn e a r l yo n em i l l i o np e o p l ei nt o w n sm o n gt h el a k e t h e b e i ji n g - s h a n g h a ih i g h s p e e dr a i l w a yi st h el o n g e s tm i l e a g e b u i l d i n g ，t h el a r g e s ti n v e s t m e n t a n dh i g h e s ts t a n d a r d so fh i g h s p e e dr a i l w a ys i n c et h ef o u n d i n go fc h i n a i tp a s st h r o u g h b e i ji n g ，t i a n ji n ，s h a n g h a i ，a n dh e b e i ，s h a n d o n g ，a n h u i ，j i a n g s up r o v i n c e i tw i l lr e d u c e5 h o u r sf r o mb e i ji n gt os h a n g h a iw h e no p e r a t i n g t h e r ea r es e v e ns e c t i o n sp a s s i n ga c r o s st h e y a n g c h e n gl a k e t h et o t a ll e n g t hi s5 9 0 0 m t h e r ea r e l81 p i e r - b i t s i nt h el a k e t h e d k l 2 2 6 d k l 2 6 3s e c t i o np a s st h r o u g hy a n g c h e n gl a k ew a t e rs o u r c ep r o t e c t i o nz o n e s t w oc o n s t r u c t i o np l a n s w h i c ha r ed o u b l ec o f f e r d a md a mc o n s t r u c t i o np l a na n ds t e e lb r i d g e c o n s t r u c t i o np l a n ，a r ec o n s i d e r e d t h ec o n s t r u c t i o nw i l lh a v ei n f l u e n c eo nt h eo r i g i n a ll a k e f l o w i ti sn e c e s s a r yt oi n v e s t i g a t et h ef l o wi no r d e rt oo b t a i nt h el a wo fi n f l u e n c e f o rd i r e c t c o n s t r u c t i o n n ef l o wi ss i m u l a t e dd u r i n gc o n s t r u c t i o nb yd e l f i 3 ds o r w a r e t h es i m u l a t i o ni s f o c u s e do nf o u rs t a g e s ，w h i c ha r et h eo r i g i n a lt w o d i m e n s i o n a lf l o ws i m u l a t i o nb e f o r e c o n s t r u c t i o n ，t h et w o d i m e n s i o n a lf l o ws i m u l a t i o nd u r i n gc o f f e r d a n lc o n s t r u c t i o n ，t h e t w o d i m e n s i o n a lf l o ws i m u l a t i o nd u r i n gs t e e lt r e s t l ea n d 也et w o d i m e n s i o n a lf l o w s i m u l a t i o nd u r i n gb r i d g ep i e r n ec o m p a r i s o no ft h et w o - d i m e n s i o n a lf l o wo ft h eo r i g i n a l f l o wa n dt h ef l o wd u r i n gc o f f e r d a r nc o n s t r u c t i o n 。t h et w o d i m e n s i o n a lf l o wo ft h eo r i g i n a l f l o wa n dt h ef l o wd u r i n gb r i d g ep i e r t h et w o d i m e n s i o n a lf l o wo ft h ef l o wd u r i n gc o f f c r d a m c o n s t r u c t i o na n df l o wd u r i n gb r i d g ep i e rc o n s t r u c t i o na r em a d e t h e n t h ec o n s t r u c t i o n m e t h o di sd e c i d e db a s e do nt h ea n a l y s i sr e s u l t s f r o mt h es i m u l a t i o nw ec a ns e et h a tt h ed i r e c t i o no ff l o wo ft h ew h o l el a k ei sn o t c h a n g e db yc o f f e r d a r nc o n s t r u c t i o na n db r i d g ec o n s t r u c t i o n c o f f e r d a mc o n s t r u c t i o na n d b r i d g ec o n s t r u c t i o nh a v el i t t l ei n f l u e n c eo nt h ev e l o c i t yo ff l o wo ft h ee n t r a n c ea n d s o u t h w e s ta r e a c o f f e r d a n lc o n s t r u c t i o na n db r i d g ec o n s t r u c t i o nr e d u c et h et h ev e l o c i t yo f f l o wo ft h en a r r o wt h r o a to fl a k e t h ev i c i n i t yf ot h ec o n s t r u c t i o na n dp a c i f i cw a n l id r i n k i n g w a t e rs o u r c ep r o t e c t i o na r e a i ti sm a i n l yb e c a u s et h ec o n s t r u c t i o np r o d u c ew a t e r b a r r i e r ，r e d u c i n gv e l o c i t y i ns o m ea r e a s ，t h er e d u c e da m o u n to fv e l o c i t yd u r i n gc o f f e r d a m c o n s t r u c t i o ni sm o r et h a nw h i c hd u r i n gb r i d g ec o n s t r u c t i o n i ti sm a i n l yb e c a u s et h e c o f f e r d a n lc o n s t r u c t i o np r o d u c et h eo v e r a l lb a r r i e rn e a rb yt h ec o n s t r u c t i o n a st ob r i d g e c o n s t r u c t i o n ，i ti si u s tp i e r si nw a t e rp r o d u c d i n gal i a l eb a r r i e r t h eb a r r i e ra r e ao fc o f f c r d a r n c o n s t r u c t i o ni sb i g g e r ，s ot h ea r e ao ff l o wr e d u c t i o no ft h el a k ei sb i g g e r o v e r a l l ，c o f f e r d a m c o n s t r u c t i o na n db r i d g ec o n s t r u c t i o nw i l lh a v ec e r t a i ni n f l u e n c eo nf l o w t h ei n f l u e n c e p r o d u c e db yb r i d g ec o n s t r u c t i o ni s l e s s t h ei n f l u e n c ed u r i n gc o f f e r d a mc o n s t r u c t i o na n d b r i d g ec o n s t r u c t i o ni st e m p o r a r y w h i c hw i l le n da f t e rc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：b e i j i n g - s h a n g h a ih i g h - s p e e dr a i l ；y a n g c h e n gl a k e ；f l o ws i m u l a t i o n ；d e l f t 一3 d 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 1 1 研究意义 第1 章前言 湖泊对于人类来说非常重要，它是我们重要的饮水来源。湖泊分为淡水湖、咸水 湖和盐湖，总的面积约为2 0 5 8 7 0 0 平方公里，其含有的水量约1 7 6 4 0 0 立方公里，其中 淡水储量约占5 2 ，约为全球淡水储量的o 2 6 。工农业用水和生活用水都要依仗湖 泊，人们还经常用湖泊做水产养殖，同时湖泊还能用作防洪、发电、航运及维系流域 生态平衡。但是湖泊对外界环境非常敏感，假如湖泊中泥沙不断累积，植物急速生长， 又缺少水量的补给时，湖泊很容易沼泽化；假如人们过度围垦，湖泊遭受污染或者引 水过多，都会致使湖泊的生态环境遭受破坏，从而打破了湖泊原有生态平衡，导致湖 泊功能退化。因此，保护湖泊成为了人类的一项艰巨的任务。 我国是一个湖泊众多的国家，全国共有湖泊2 7 5 9 个，总面积达9 1 万k m 2 ，占我国土地面积的0 9 5 ，其中三分之一为淡水湖泊，多分布在人口稠密、经济发 达地区。由于近年来人类对环境的破坏，极大地改变了自然湖泊的水环境状况，湖泊 富营养化严重。调查显示：2 0 世纪7 0 年代，中国3 4 个重点湖泊中富营养化的湖泊仅 占评价面积的5 ，但到1 9 9 1 年对我国1 2 1 个大型湖泊的调查资料显示，有5 1 的湖 泊趋于富营养化，中国东部湖泊全部处于富营养化状态，城市内湖水水质普遍较差， 其显现的不可持续态势令人担忧【1 8 】一 6 1 。 湖泊的结构和功能退化，损害了人类的身体健康，也造成了社会的经济的巨大损 失，不断加剧的富营养化问题是制约我国社会和经济发展的因素。各级政府投入了大 量的人力、物资，用于湖泊富营养化的治理，但至今任未取得较好的效果。想要改善 我国湖泊的生态环境，就需要加大湖泊及流域资源环境的科技研究，为湖泊的治理提 供技术支持。 阳澄湖又名阳城湖，是太湖平原上的第三大淡水湖，处于苏州市行政区域中心， 距离苏州古城东北约l o k m ，湖面跨苏州市相城区( 原吴县) 、苏州工业园区、昆山市 及常熟市，是江苏省重要的淡水湖泊之一。上世纪8 0 年代改革开放以来，苏南地区乡镇 企业不断增多，阳澄湖富营养化状况加剧。这些年，阳澄湖地区工农业不断发展，乡镇 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 企业的工业废水排入湖内，再加上生活废水流入湖中，农药、化肥大量使用，超负荷 的水产养殖，不合理的水上餐饮开发，都加重了阳澄湖的富营养化。阳澄湖是苏州地区 重要水源，关系着阳澄湖周边地区的生活饮用、工业用水、农业灌溉和渔业资源。因 此，加强阳澄湖水源的保护有助于保障该地区人民生活质量和经济的持续发展。 京沪高铁在苏卅i 境内七跨阳澄湖，跨越长度为5 9 0 0 米。高铁在修建过程中，不可 避免会对阳澄湖造成一定影响。因此，有必要了解京沪高铁在修建过程中对阳澄湖的 流场影响，采取相关措施，将影响减至最少，使高铁在修建过程中，尽量避免对阳澄 湖的经济和社会效益产生影响。 数值模拟是用电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程 问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。由于湖水水流流速比较小，采用观 测误差较大，为了更好的了解湖泊中水动力，得到污染质运移分布规律，湖流的数值 模拟变得非常必要。采用数值模拟，能够得到形象的图片和再现流动情景，与做实验 没有什么区别，但却比实验更加节约时间和经劐7 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 湖泊水动力学数值模拟研究现状 从1 9 7 1 年s i m o n s 完成第一个湖泊模拟开始到现在，国内外大量的学者都从事了 湖泊的水动力模拟，并取得了一定成果【8 】- 【l l 】。 1 9 7 1 年s i m o n s 模拟了二维安大略湖冬季环流，其中谈及到了地球自转、非线性加 速项、侧边界条件、底部地形、动量的侧边界扩散及不同底摩擦，并提到了三维流体 力学方程。e d o n 在1 9 8 6 年模拟了日本琵琶湖，研究了琵琶湖的水动力过程以及它的 形成机理。1 9 7 8 年，b u a e c r 和g r a f 模拟了欧洲日内瓦( g - n e v e a ) 湖，1 9 7 9 年，h a r a m m i n g 模拟了北美艾利( e r i e ) 湖和安大略( o n t a r i o ) 湖，1 9 7 0 年伊利湖的风生环流模式由c h e n g 创立，1 9 8 6 年m u r t h y 等人用一种嵌套网格系统( 多重嵌套镜格系统) 研究了安大略湖尼 亚加拉河河口羽状扩散的动力和传输。1 9 9 1 年h u t t e r 研究了水动力方程组的不同湖泊 适用范围，k r e s i m i tz i e ( 1 9 9 3 年) 研究了日本琵琶湖三维斜压水动力数值模式，使用湖 中某点的风资料模拟的湖泊环流结构和内波。1 9 9 8 年浅水湖泊的紊流模型由k a z u o n a d a o k a 创立。1 9 8 6 年吴坚第一次在国内建立了整层积分的二维浅水湖泊水动力模式， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 m 蔓l 曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼量量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼 此模式能准确的同湖岸、河口、湖底地形及岛屿功能相拟合。1 9 8 7 年王谦谦采用二维 差分模式来模拟在定常风作用下太湖风生流的各种特征，分析了具有温度层结湖泊( 抚 仙湖) 中内波以及上、下层流场的时空变化特征及其与湖区风场的关系。1 9 9 2 年王谦谦 用嵌套网格的二维水动力模型来对太湖和太浦河口风成流、风涌水作模拟。1 9 9 4 年， 张利民等加入了非均匀局地风场影响因素，模拟日本琵琶湖的环流形成机制。2 0 0 1 年， 王惠中等，在考虑垂直涡粘系数非均匀分布情况下，建立了太湖风生流准三维数值模 型，在风场稳定和不稳定情况下，模拟太湖流场。 1 2 2区域研究现状 阳澄湖是太湖平原上第三大湖泊，湖泊总面积为1 1 8 9 3 k m 2 ，其中东湖面积最大约 5 2k m 2 ，中湖次之约3 5k m 2 ，西湖最小约3 2k m 2 ，三湖彼此有河道港汉相互贯通而汇成一 体。阳澄湖不仅是苏州重要的水产养殖基地，而且也是苏州市区，昆山市及沿湖乡镇 1 0 0 多万人的饮用水水源地。因此，做好生态环境保护显得尤为重要。2 0 世纪8 0 年代 以来，苏州经济高速发展，造成阳澄湖水质逐渐恶化，阳澄湖水产围网养殖更是加重 恶化进程。2 0 0 3 年，通过阳澄湖水质分析评价，属于地表水v 类，其中，西湖最差 为v 类，东湖和中湖为类，超标因子，主要有n h 3 - n 、t p 和t n ，全部达到富营养 化程度【2 】- 【4 】。 1 9 9 7 年，吉磊等对阳澄湖两个短柱状样进行了地层年代以及各种环境指标分析。 结果表明，湖底沉淀物被长期沉积间断所分割的3 个岩性层组成，下部层c 属再沉积 的更新世晚期硬土层，中部层b 为全新世沉积，上部层a 为近1 0 0 年以来的表层沉积。 层a 的详细分析显示，本世纪以来，特别是7 0 一8 0 年代以来，金属元素、营养元素 和色素的沉积通量明显提高，说明湖泊重金属污染和富营养化程度的不断加重。 1 9 9 7 年，潘红玺、吉磊分析了1 9 9 4 年5 月在阳澄湖湖区的7 个采样点水质，结果 表明湖水中矿化度较高。硬度较大，主要离子以h c 0 3 一、n 矿为主。分别占阴阳离子 摩尔总数的5 7 4 1 、6 3 9 。湖水水型西湖、中湖为重碳酸盐钠组i 型，东湖为重碳酸 盐钠组i 型水。湖水中n 、p 营养元素丰富，n h 3 - n 、n 0 2 - n 指标与7 0 年代相比明显 增高，表明水体已遭到不同程度地轻污染。 2 0 0 4 年，楚敏明对阳澄湖现有存在的水质及流场的一些主要问题进行了简要分析， 并提出了相应的措施。2 0 0 7 年，辛玉婷通过室内实验和理论模型分析获得了昆山阳澄 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 湖河蟹类水产养殖污染的负荷，并提出了合理的养殖容量和养殖面积，探讨了淡水养 殖在目前运行管理下对环境的作用程度。 2 0 0 9 年，翁建中等对阳澄湖水体2 0 0 2 年2 0 0 7 年间的浮游植物进行了调查研究， 结果表明：该水域共发现浮游植物8 门9 2 属2 8 3 种( 包括变种) ，其中以硅藻门的种类 占优势；浮游植物的种类和数量随年度和水域不同而呈现差异；浮游植物对阳澄湖富 营养化具有较好的指示作用，水体为轻度富营养化水体，近年来有加重的趋势。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1研究内容 京沪高铁阳澄湖段最终确立为“筑坝围堰”施工法。围堰施工施工期间会对阳澄湖 的流场产生一定影响。同时，风速、风向的季节性变化以及多处进出水口的季节性交 换会对阳澄湖流场产生一定影响。此次研究主要模拟围堰施工前及施工期，阳澄湖流 场的变化，并在相同的条件下，模拟栈桥施工对阳澄湖流场的影响，对比两种方案对 流场影响的大小。结合本项目的特征，拟进行的具体研究内容如下： ( 1 ) 施工前原始二维流场模拟； ( 2 ) 围堰施工期间二维流场模拟； ( 3 ) 栈桥施工期间二维流场模拟； ( 4 ) 桥墩建成后二维流场模拟。 1 3 2技术路线 了解区域内流场分布通常有三种方法：现场实测、物模实验及数值模拟。现场实 测和物模实验获得的数据最直观、真实可靠，但受时间和空间限制，较难获得各种物 理量的欧拉场描述，且费用昂贵，采用数值模拟则可以较好地避免以上问题、。 数值模拟的可靠性取决于参数的正确率定，因此，要进行试模拟以确定符合实际 的参数。具体方案如下： l 、根据施工前的风向及风速，进出水口情况，利用d e l f t3 d 进行工程施工前的湖 泊流场模拟，计算结果可视化。收集施工前的实测水文数值，对模型参数进行率定。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 、利用d e l f t3 d 进行围堰施工期、栈桥施工期和桥墩建成后的湖泊流场模拟，对 模拟结果进行分析。 图1 1 技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 1 阳澄湖概况 第2 章工程概况 2 1 1自然社会环境概况 阳澄湖又名阳城湖，属阳澄淀泖水网，是太湖平原上的第三大淡水湖，处于苏州 市行政区域中心，距离苏州古城东北约l o k m ，湖面跨苏州市相城区( 原吴县) 、苏州 工业园区、昆山市及常熟市，是江苏省重要的淡水湖泊之一。年平均气温达1 6 ，无 霜期2 3 4 天，平均日照时数为2 1 0 0 小时，平均辐射总量为每平方厘米1 1 5 4 千卡，年 平均降水量为1 1 0 0 毫米，平均降水日数为1 3 4 天，年蒸发量为1 5 7 6 毫米，平均相对 湿度为7 9 度【2 。 阳澄湖南北长约1 3 1 7 千米，东西宽约2 - - 4 千米，总面积1 1 9 平方千米。湖中 间有两条狭长半岛，把整个湖面分为阳澄东湖、中湖和西湖三个部分，其中东面积最 大约5 2 k m 2 ，中湖次之约3 5 k i n 2 ，西湖最小约3 2 k i n 2 ，三湖彼此有河道港汊相互贯通而 汇成一体，三湖平均水深分别为1 7 、1 8 、2 6 5 米，最大水深5 米。阳澄湖淤泥层厚度 基本为o o 5 m ，个别地段可达到0 8m 左右1 6 j 。 阳澄湖周边河道众多，湖泊四周分布着众多小的湖荡，主要有昆承湖、傀儡湖、 盛泽荡、马城湖、鳗鲤湖等。其中，阳澄湖属一吞吐型湖泊，阳澄湖流型和流态的变 化与沿江各闸引排水密切相关。阳澄湖地理位置如图2 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 1 阳澄湖地理位置图 阳澄湖是苏州市的主要饮用水源地之一，它担负着苏州市区、常熟市、昆山市、 相城区等沿湖乡镇近百万人的饮用水供给任务，同时还具有渔业养殖、灌溉、 旅游、航运、防汛等多种功能。 近几年来，随着阳澄湖周边地区工业、农业的发展以及人口的急剧增长，排入湖 泊的污染不断增多，尤其是大量未经处理的生活污水及部分工业污水，往往就近排入 入湖河道，造成大量污染；同时，随着水产养殖规模的不断扩大，排入阳澄湖体的污 染物质不断增多；阳澄湖的污染直接影响城市供水和周围地区工农业的进一步发展， 特别是威胁到沿湖地区近百万人饮水安全，因此，保持阳澄湖水环境质量及生态环境 的良好循环，对苏州市经济、社会的可持续发展有着十分重要的意义。 2 1 2阳澄湖水环境保护概况 阳澄湖是江苏省重要的淡水湖泊之一，也是苏州市重要的引用水源之一，担负着 苏州市区、昆山市以及沿湖乡镇近百万人的饮用水的供给任务。同时兼有渔业养殖、 生产用水、灌溉、旅游、航运及防汛等多方面功能。更为重要的是阳澄湖是生物多样 性集中和生产力较高的地带，湖泊湿地环绕，具有拦截净化外来污水的功能，在保护 湖泊生态平衡、防治富营养化方面具有重要意义。阳澄湖丰富的生物资源，在保护生 物多样性和维持生态平衡方面有着不可替代的作用。 根据2 0 0 7 年8 月3 日苏州市政府审批通过的苏州沿阳澄湖地区控制规划，提 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 出阳澄湖沿岸3 0 0 米纵深地区( 指离湖岸线3 0 0 米以内的土地) 禁止开发，根据这一 规划，沿阳澄湖地区的开发将得到有效控制，水源水质明确规划范围分为规划用地范 围和规划控制区范围两类。规划还提出了“阳澄湖外围生态环境保护控制范围”，这个 范围，就是阳澄湖水源水质保护范围，也就是2 0 0 7 年1 月1 6 日经江苏省第十届人民 代表大会常务委员会第二十八次会议批准、自2 0 0 7 年3 月1 日起施行的苏州市阳 澄湖水源水质保护条例所确定的水源三级保护区范围，规划把阳澄湖作为昆山及苏 州市区永久性水源地进行保护。水源保护区范围如图2 2 ： 图2 2 阳澄湖区水源保护区示意图 一级保护区划定范围：以集中式供水取水口为中心向外半径5 0 0 m 范围内的水域和 陆域； 二级保护区划定范围：阳澄湖、阳澄河、傀儡湖及沿岸纵深1 0 0 0 m 的水域和陆域； 以庙泾河取水口为中心向外半径1 0 0 0 m 范围内的水域和陆域；北河泾入湖口上溯 5 0 0 0 m 及沿岸纵深5 0 0 m 、庙泾河及沿岸纵深5 0 0 m 的水域和陆域；上述范围内己划为 一级保护区的除外； 准保护区划定范围：东至张家港河，西至元和塘，南到娄江。上述水域及所围绕 的三角地区内，已划为一、二级保护区的除外：张家港河( 下浜至西湖泾桥段) 、张家 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 港河下浜处折向库浜至唐市镇小河与尤泾塘所包围的水域和陆域，苏州市区外城河齐 门至糖坊湾桥向南纵深2 0 0 0 m 以及自娄门沿娄江至西仓基河止向南纵深5 0 0 m 范围内 的水域和陆域。 为了贯彻落实苏州市阳澄湖水源水质保护条例( 1 9 9 5 年制定，2 0 0 6 年修订) 和苏州市城市规划若干强制性内容的暂行规定( 2 0 0 3 年) ，根据市人大、市政府统 一要求和部署，苏州沿阳澄湖地区控制规划于2 0 0 7 年8 月3 日通过市政府审批， 并将沿阳澄湖区划定义为五大功能区： ( 1 ) 饮用水源保护区。在阳澄西湖以湾里取水口为中心，半径1 5 0 0 米范围规划 为饮用水源保护区，面积约0 5 万亩；进一步调整、拓展阳澄湖东湖饮用水源保护区范 围。 ( 2 ) 半封闭型的增殖放流区。根据阳澄西湖、后荡湖和阳澄东湖西湾的特殊生态 环境，将上述区域设立为半封闭型的增殖放流区。在此区域内可在进、出湖港口设置 拦渔、阻污设施，并在该区投放花鲢白鲢鱼种、螺蛳、贝类等有利于净化水质的生物 资源，禁止投放饵料和其他影响水源水质的投入品。 ( 3 ) 河蟹生态养殖区和亲本培育基地。在阳澄东、中湖规划3 2 万亩河蟹生态养 殖区，按阳澄湖大闸蟹网围养殖规程进行生态养殖。在阳澄东湖规划5 0 0 亩阳澄 湖大闸蟹亲本培育和标准化示范基地。 ( 4 ) 沿湖湿地保护区。在阳澄东、中湖沿岸3 0 0 米至1 0 0 0 米范围内形成自然的空 旷水域，为今后开展湿地保护打好基础。 ( 5 ) 敞水型增殖资源保护和增殖放流区。在全湖约8 万亩空旷水域内进行渔业资 源增殖放流，逐步恢复湖区的渔业资源总量和生物多样性。 2 1 3阳澄湖湖水污染概况 阳澄湖目前最突出的环境问题是湖泊的富营养化问题，其次是有机污染问题。进 入八十年代后，阳澄湖水源水质由原来的i i 类下降至9 0 年的类。进入九十年代以来， 富营养化指标总氮一直超过v 类标准要求，并呈上升趋势；总磷发展到超过类标准 要求；进入二十一世纪后，水质污染持续加剧，根据最近三年苏州市环境监测中心站 对阳澄湖区水质监测表明，阳澄东湖总磷已达v 类标准，总氮为劣v 类标准，阳澄东 湖已逼近富营养化水平，西湖污染重于中湖、东湖。苏州市委、市政府、历届人大高 西南交通大学硕士研究生学位论文第l o 页 度重视对阳澄湖饮用水源水质的保护，先后出台了关于认真保护和改善阳澄湖取水 口水源水质的决议、苏州市阳澄湖水源水质保护条例、苏州市阳澄湖水污染防治 2 0 0 5 年行动计划及2 0 1 0 年规划和苏州沿阳澄湖地区控制规划。在苏州市阳澄 湖水污染防治2 0 0 5 年行动计划及2 0 1 0 年规划中，曾根据当时阳澄湖周围污染源排 放、治理现状和出入湖河道水质及当时阳澄湖水体水质状况，确定了2 0 0 5 年阳澄湖水 质目标，主要水质控制目标如下表。还提出在2 0 1 0 年基本解决阳澄湖富营养化问题， 使阳澄湖水质接近中富营养程度，主要水质控制指标如表1 、表2 2 【4 】。 表2 - 12 0 0 5 年阳澄湖水质目标 ( 1 ) 富营养化 通过相关措施，污染有所缓和，0 5 0 7 年t n 值基本在1 s m g l 以下，t p 值基本在 o 1 m g l 以下，可以达到一类水质标准，见图2 3 、图2 - 4 。 图2 - 3 总氨水质变化图一1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 。 图2 - 4 总磷水质变化图【4 】 ( 2 ) 有机污染 2 0 0 6 年，c o d m n 基本在5 0 6 o m g l 之间波动，基本达至j i i i 类水质标准，较往年 比较水质还是有所下降，见图2 5 。 2 2 京沪高铁阳澄湖段工程概况 2 2 1京沪高铁概况 京沪高速铁路线路全长1 3 1 8 4 8 8 k m 。途经上海、江苏、安徽、天津、北京等地。 京沪高速铁路是我国首条连接着环渤海和长江三角洲两大经济带。沿线地区经过经济 较发达地区，其建成可带动中西部地区经济发展，是我国经济对外开放、参与国际经 济竞争的前沿阵地，在整个国民经济和社会发展中具有重要的战略地位 1 2 1 。京沪高速 铁路将环渤海及长江三角洲经济区连接起来，大大缩短了城市间的时空距离，可有力 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 促进我国经济社会发展。京沪高速铁路建设将标志着我国铁路建设水平达到一个新水 平，其建成对缓解我国东部运输长期严重紧张局面，促进我国东部地区高速铁路网的 发展，使我国高铁建设质量达到世界先进水平具有极其重要的作用【1 3 1 。 2 2 2京沪高铁阳澄湖段施工方案 京沪高速铁路跨阳澄湖湖区段主要位于苏州市，自西向东经苏州市自来水公司湾 里取水口，穿越阳澄西湖至东阳华浜阳澄湖大码头、经阳澄湖大道、阳澄路、阳澄东 湖、昆山市巴城镇渔家灯火餐饮区终止。桥梁下部施工桩号为d k l 2 3 3 + 4 4 7 9 5 d k l 2 5 6 + 9 11 6 5 ，全长2 3 4 6 公里，桥梁下部结构为钻孔桩基础和矩形空心墩( 阳澄湖 区内采用圆端形空心墩) 。共有七处跨越阳澄湖，分段合计线路总长5 9 0 0 m ，共有1 8 1 个墩位位于阳澄湖水中，分别为： 1 ) d k l 2 3 3 + 2 0 0 d k l 2 3 5 + 8 0 0 桥段( 线路长2 6 0 0 m ) ，起讫墩号为9 3 # - - - 1 7 2 # ， 共8 0 个墩位； 2 ) d k l 2 3 6 + 2 0 0 d k l 2 3 6 + 6 0 0 桥段( 线路长4 0 0 m ) ，起讫墩号为1 8 4 # , - 一1 9 5 # ， 共1 2 个墩位； 3 ) d k l 2 3 7 + 2 5 0 d k l 2 3 7 + 5 0 0 桥段( 线路长2 5 0 m ) ，起讫墩号为2 1 8 # - - 2 2 4 # ， 共7 个墩位； 4 ) d k l 2 3 7 + 7 5 0 d k l 2 3 7 + 9 0 0 桥段( 线路长1 5 0 m ) ，起讫墩号为2 3 3 # - - - 2 3 6 # ， 共4 个墩位； 5 ) d k l 2 4 0 + 6 8 0 d k l 2 4 1 + 5 5 0 桥段( 线路长8 7 0 m ) ，起讫墩号为3 2 2 # - 3 4 8 # ， 共2 7 个墩位； 6 ) d k l 2 4 l + 8 0 0 d k l 2 4 l + 9 0 0 桥段( 线路长1 0 0 m ) ，起讫墩号为3 5 2 # - - 3 5 5 # ， 共4 个墩位； 7 ) d k l 2 4 5 + 3 5 0 d k l 2 4 6 + 8 8 0 桥段( 线路长1 5 3 0 m ) ，起讫墩号为4 6 2 # - - - 5 0 8 # ， 共4 7 个墩位； 具体跨越情况见图2 - 6 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 图2 - 6 京沪高铁跨越阳澄湖图 此次京沪高铁跨越阳澄湖段施工主要考虑两种施工方案，即：双排筑坝围堰施工 方案和钢栈桥施工方案。 2 2 2 1 双排桩筑坝围堰施工方案 施工工艺流程为：测量放样_ 修筑围挡一一_ 清淤泥叶打桩- 安装 竹帘一一一木桩纵横向连接一一_ 分次填筑堰芯土一一_ 内外侧护坡填土叶围堰 分仓一一_ 分次抽水一稳定观测一一_ 围堰整修一一一围堰养护叶围堰拆除 清淤【1 4 1 。 为了确保围堰填筑堰芯土不对阳澄湖湖水造成污染，直接从湖底取土。同时考虑 到围堰坝体的稳定，在距离围堰外侧打入桩1 5 米至围挡之间取土填筑，湖底取土坑深 度不超过2 米。 围堰施工设计图和围堰现场图片见图2 7 到图2 1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 a ) 围堰立面图 - 、 “一 o qoo l _ 皇r ； oo j 二 ： ：一一a _ 阻- 1o 6 一o 广o _ + 7 催 _ ： l j 。、 1 ) 、； e 一一a 、 庆 ：7 翅 内 _ ? l 海 n 坡 。w 礓： ? ：遵c 二墨 i - q ooo ( o；o ) 。+ ： 二。 _ 二飞 r 6ooo e j ：+一 l 一一i ：j 1 1 - j 5 一日一 8 0已0 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 2 2 2 钢栈桥施工方案 栈桥按单向行车道进行设计，栈桥宽4 5 米，净宽4 0 米。每1 5 0 m 在栈桥右侧设 一长2 0 m 、宽3 m 的会车道。水中桩基采用搭设水中钻孔平台，桩位埋设钢护筒进行施 工。钢栈桥、水中钻孔平台采用钢管桩基础，双排单层贝雷片桁架结构。承台基坑采 用钢板桩围堰法施工，基坑支护采用拉森钢板桩打入进行支护【1 5 】。栈桥施工图片见图 2 1 2 、图2 一1 3 图2 1 2 水中钢栈桥钢平台施工示意照片图2 1 3 水中钢板桩围堰施工示意照片 2 2 3 京沪高铁跨越阳澄湖水源保护区概况 京沪高速铁路阳澄湖特大桥在d k l 2 2 6 d k l 2 6 3 区间通过了阳澄湖水源保护区： 线路从d k l 2 2 6 + 0 0 0 ( 元和塘，又称常熟塘) 进入准保护区；在d k l 2 3 0 + 7 0 0 ( 获干浜) 进入二级保护区；在d k l 2 3 3 + 5 7 0 ( 湖中) 进入取水口半径5 0 0 m 区域的一级保护区， 在d k l 2 3 4 + 2 0 0 ( 湖中) 出一级保护区，该段线路距水厂取水口的最近距离约3 8 0 m ； 在d k l 2 4 7 + 0 0 0 ( 燕子窝) 出二级保护区；在d k l 2 6 3 + 0 0 0 ( 青阳港，又为昆山市界) 出准保护斟1 6 j 。线路在水源保护区的总长度为3 7 k m ，其中：一级保护区：0 6 3 k m 、二 级保护区：5 6 7 k m 、准保护区：2 0 7 k m 。京沪高铁跨越阳澄湖水源保护区概况见图2 。1 4 和表2 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 挲m s r 眍磊, i , , | 爹甏二c j 鬻露 一二- 一、：! 囊豁一，盘点 ”1 1 。l 咯警+ “。+| | 口= 锺懈 曩 1 c 一一 flv一e r 。l _ _ i 蜻丘三：二f l 呵 禅 一- ，一u = 组偿i 卢区 牲瞢叠塑望n 囊如嘲；曩拶嚣一蔓i 口蛾 图2 1 4 京沪高铁跨越阳澄湖水源保护区示意图 表2 3 线路经过水源保护区一览表 2 2 4施工环水保方案 负责京沪高速铁路土建工程丹阳至昆山特大桥阳澄湖桥段的中交股份京沪高速铁 路土建工程六标段五工区于2 0 0 8 年8 月1 6 日邀请了清华大学水利水电工程系的两位 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 资深教授、苏州指挥部领导，召开了“阳澄湖环水保方案研讨会”，会议形成了阳澄 湖环水保专项方案，用于指导湖区施工。阳澄湖环水保专项方案针对施工的每个 流程均提出了相关的环水保措施。 1 、围堰施工、抽水 本阶段环水保主要工作是保证围堰安全稳定和线形直顺、围堰施工产生的浑水不 向外围扩散、杜绝油污对湖水的污染等。 ( 1 ) 围堰用材料主要为木桩、槽钢、钢板桩、钢管桩、彩条布、土工布及竹篱笆 等，保证所有用于围堰施工的材料的清洁，材料统一在湖区外的堆放场地进行清理， 对材料表面油污染清除干净后使用，彩条布、土工布等材料采用新购材料。 ( 2 ) 围堰施工前在围堰外侧6 0 米处用彩条布设置围挡，将围堰施工中的浑水污 染控制在一定的范围内，不向外侧水域扩散，同时防止施工船只出现漏油等造成大范 围污染，围挡修筑完成后，才可进行围堰的修筑施工。 ( 3 ) 进入湖区围堰的施工机械在施工前安排专人进行全面检查，并加强维修、清 洁工作，保证机械具有良好的性能，严防柴、机油泄漏，污染湖区，船只用油料必须 严格保管，防止泄漏，污染湖水；所有5 0 t 以上的施工作业和运输的船舶，设置油水分 离器：为防止施工船只出现漏油造成污染，各作业船只至少配备两卷吸油棉。一旦发 生漏油事件，要及时采取措施，将水面上的油污集中到一起，并用吸油棉及时清理。 ( 4 ) 湖区施工时船只上设置垃圾箱，将生垃活圾统一收集后由驳船运至岸上，并 堆放于生活垃圾指定存放点，请当地城市环保部门及时进行清理。严禁将生活垃圾直 接倾倒于湖中。 ( 5 ) 堰体直顺，堰体插打圆木、槽钢、钢板桩等材料顶面整齐，高度基本一致， 堰顶填土平整结实，必要时人工整平夯实。 ( 6 ) 围堰南侧近岸，水域面积较小，围堰完成后静置两天，待浑水基本澄清后采 用大功率的水泵向围堰南侧抽水( 注：浑水是造成养殖区水产品死亡的重要原因；围 堰完成后，排水方向选择为朝围堰南侧排水，围堰北侧为养殖区，最大限度的减少对 养殖区的污染) ，泵置于水位中部，如底部水较浑浊可再静置澄清后抽水。 2 、清淤场地清理、便道及其它设施 ( 1 ) 抽水完成后进行堰内淤泥清理，将淤泥清理至近岸处后由泥浆车运到指定地 点堆放处理。不得存放在堰内，淤泥是经过长时间的沉积形成的，可能含有大