（水文学及水资源专业论文）大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响.pdf

i m p a c to fs a n dm i n i n go nt h ef l o o dc o n t r o lp r o je c t a n d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nd a w e nr i v e r b y x uy u u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f w a n gw e i p i n g at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y , 2 0 1 1 原创性声明 明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：牡 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 忆忪开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：纽导师签名：羔塑日期：丝坐互兰1 1 济南大学硕十学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t 第一章绪论1 1 1 课题来源1 1 2 研究目的与意义1 1 3 国内外研究现状及发展趋势2 1 3 1 河道采砂问题的研究2 1 3 2 河道采砂影响分析方法研究现状4 l - 3 3 河道采砂研究前景和发展趋势5 1 4 论文研究内容及研究思路6 1 4 1 研究内容6 1 4 2 研究思路6 第二章流域概况9 2 1 大汶河流域概况9 2 1 1 流域地理环境1 0 2 1 2 流域水系1 0 2 1 3 区域地质概况1 0 2 1 4 水文气象特征1 1 2 2 大汶河水文测站概况1 2 第三章大汶河河砂来源、泥沙规律及机理研究1 5 3 1 大汶河河流泥沙的来源1 5 3 2 大汶河泥沙规律分析1 6 3 2 1 泥沙同样具有暴涨暴落的特点1 6 3 2 2 河道来沙与径流量之间的关系1 6 3 3 大汶河泥沙资料分析1 9 3 3 1 大汶河临汶至戴村坝河段泥沙淤积及变化特点分析1 9 3 3 2 大汶河河段悬移质中对建筑用砂的分析2 l 3 3 3 大汶河含砂量的变化特征2 2 大汉j 可采砂对防洪工程及生态环境的影响 第四章山东省砂石供需求预测分析2 5 4 1 社会经济发展对砂石需求估算2 5 4 1 1 砂石需求估算方法2 5 4 1 2 估算现状山东省需砂量2 5 4 1 3 预测2 0 2 0 年山东省需砂量2 6 4 2 河砂可供量分析2 6 4 3 本章小结2 7 第五章大汶河河道采砂对防洪工程及生态环境变化影响2 9 5 1 两种采砂方式对河道造成的不同影响2 9 5 2 大汶河采砂现状3 1 5 2 1 采砂许可证3 2 5 2 2 大汶河优质河砂3 2 5 2 3 河道管理部门的采砂管理3 2 5 3 通过年输砂量和河底高程变化分析采砂量3 3 5 4 大汶河野外考察3 4 5 4 1 采砂对堤坝的影响3 6 5 4 2 采砂造成的地下水水位降低3 7 5 4 3 采砂对跨河桥梁的影响3 8 5 4 4 采砂对生态环境的破坏3 8 5 4 5 采砂对河床演变的影响4 0 5 4 6 采砂对防洪安全的影响4 0 5 4 7 采砂增加交通的负担4 l 5 5 本章小结4 l 第六章大汶河河道划分4 3 6 1 颗粒筛分实验4 3 6 1 1 实验目的4 3 6 1 2 实验方法4 3 6 1 3 实验过程4 4 6 1 4 实验结果4 5 6 4 定性划分大汶河河道采砂可采区和禁采区5 0 6 4 1 河砂可采区5 0 6 4 2 河砂禁采区5 0 6 4 3 河砂保留区5 1 6 5 本章小结5 1 第七章结论和建议5 3 7 1 结论5 3 7 2 建议5 4 参考文献5 5 致谢6 1 附录6 3 u i 大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响 i v 济南人学硕十学位论文 摘要 河流流域被长期做为建筑业细骨料的来源地，河砂是一种有价值的资源，并 且是建筑工业上的主要原料。随着快速的城市化，许多地区的的砂石需求不断增 加。河砂在枯水期被集中开采，它相比其他建筑原料质量较高。同时河砂资源在 国民经济建设中具有必不可少、消耗量大，同时又不可再生的特点。虽然河道采 砂可以降低河床高程、河槽加深，有利于防洪安全，但是河砂的减少使得河床储 水能力消失，相邻地界的水力坡度使得岸边地下水水位下降。当河床下降时，农 村用来饮水或灌溉的井可能会干枯，桥梁地基变得不稳定。 本文以大汶河流域为例，研究河道采砂对防洪工程及生态环境的影响。大汶 河流域中上游山区分布着各类古老火成岩体，因此该流域中的河砂以粒圆、质纯、 坚硬著称，是优质的建筑用砂。同时该地区交通便利，河砂开采成本较低，导致 当地河砂资源是人们开采的对象。如今大汶河沿岸仅泰安市开办大小采砂场2 0 0 多个，由于采砂点多面广，河道管理部门虽然对采砂量加强了管理，但不能有效 控制河道内采砂范围、路线、深度、采砂方式。在大桥下、近堤处、河漫滩处滥 采滥挖现象十分的严重，对大汶河的防洪工程及生态环境都造成了极大的破坏， 因此必须加强管理并规范采砂活动。河道采砂使河床中产生许多采砂坑，不断侵 蚀河床，并且对两岸的堤防产生威胁；河道中遍布的砂堆改变了河势，导致在丰 水期内大洪水冲毁庄稼；采砂船的噪音扰乱河流中鱼类及两岸水鸟的栖息，运砂 车碾压两岸植被，河道采砂破坏了原有的生态环境。因此，本文通过研究大汶河 流域采砂活动的影响，合理规划采砂活动，对改善个地区因过度挖采河砂所造成 的水资源短缺和生态环境的恶化等具有较大的经济、社会效益，为保证南水北调 东线工程山东段东平湖水量、水质以及生态环境治理提供知识储备和理论依据。 本文具体研究内容如下： l 、介绍了研究目的及意义；国内外采砂对河道生态环境破坏研究；河道采 砂影响分析方法研究；本文的创新点，研究内容及思路等。 2 、介绍大汶河流域概况；大汶河气象特征；大汶河泥沙规律特征及大汶河 测站概况等。 3 、研究大汶河泥沙资料相关数据，主要有河流的年输砂量、年含砂量、输 沙模数、输沙率等等，总结采砂对河道造成的影响。 v 大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响 4 、根据查找相关资料主要从建筑住房和道路施工两方面来分析山东省年需 砂量，预测2 0 2 0 年山东省需砂量，并与大汶河年采砂量相比较，对山东省砂石 供需平衡进行分析。 5 、分析大汶河采砂现状，利用河床高程的变化及年输砂量估算了大汶河临 汶站戴村坝站之间1 9 8 0 年1 9 9 9 年之间的年平均采砂量，通过大汶河野外考察 1 6 个采样点，结合现场资料分析大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响。 6 、通过研究河砂粒度分布、细度模数等，结合适用于建筑用砂的河砂细度 模数将河道划分为侵蚀区、过渡区、沉积区，最终确立整个河道河砂的禁采区， 保留区，可采区。 关键词：河道采砂；砂石供需平衡；防洪工程；生态环境 v i c o n s t r u c t i o n s s a n di sav a l u a b l er e s o u r c ea n dam a i ni n p u ti nt h ec o n s t r u c t i o n i n d u s t r y w i t hr a p i du r b a n i z a t i o n , t h ed e m a n df o rs a n di nm a n ya r e a si n c r e a s e s m a n i f o l d r i v e rs a n di si n t e n s e l yh a r v e s t e dd u r i n gl o wf l o wp e r i o d s ，w h i c hh a sh i 曲 q u a l i t yc o m p a r e dt oo t h e rb u i l d i n gm a t e r i a l s w h i l er i v e rs a n dr e s o u r c e sh a v et h e c h a r a c t e r i s t i c so fn e c e s s a r y , c o n s u m e di nl a r g eq u a n t i t i e s ，n o n - r e n e w a b l ei nt h e d e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y a l t h o u g hs a n dm i n i n gc a nr e d u c et h eb e de l e v a t i o n a n dd e e p e nc h a n n e l ，i ti sc o n d u d v et of l o o dp r o t e c t i o n , b u tt h er e d u c t i o no fr i v e rs a n d l e a dt ot h es t o r a g ec a p a c i t yo ff i v e rb e dd i s a p p e a r e d , t h eh y d r a u l i cg r a d i e n to f a d j a c e n tb o u n d a r ym a k e sg r o u n d w a t e rl e v e ld e c l i n e w h e nt h er i v e rb e dd e c l i n e s ， s o m ew e l l sw h i c hb eu s e df o ri r r i g a t i o na n dd r i n k i n gm a yb ed r y , a n db r i d g e f o u n d a t i o n sb e c o m eu n s t a b l e i nt h i sp a p e r , t a k i n gd a w e nr i v e ra sa ne x a m p l e ，t h ei m p a c to nf l o o dc o n t r o l p r o j e c t sa n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fs a n dm i n i n gi si n v e s t i g a t e d a l lk i n d so f i g n e o u sr o c ka r ed i s t r i b u t e da m o n gt h em o u n t a i na r e ao fd a w e nr i v e ru p s t r e a m ，s o t h er i v e rs a n di sk n o w na sr o u n d ，p u r e ，h a r da n dk n o w n , i ti sh i g hq u a l i t yc o n s t r u c t i o n g r a d es a n d m e a n w h i l e , t h et r a n s p o r ti sf a c i l i t a t e , t h ec o s t so ff i v e rs a n dm i n i n ga l e l o w e ri nt h i sa r e a , l e a dt ot h el o c a lr i v e rs a n dr e s o u r c e sr e s o u r c e sa r ee x p l o i t e d n o w a d a y st h e r ea r em o r et h a n2 0 0s a n dp l a n ta l o n gd a w e nr i v e ri nt a i a n a l t h o u g h t h ea m o u n to fr i v e rs a n dm i n i n gi sm a n a g e db yr i v e rm a n a g e m e n td e p a r t m e n t ，t h e r a n g e ，d e p t h , m e t h o d so fs a n dm i n i n gc a n n o tb ee f f e c t i v e l yc o n t r o l e db e c a u s et h e s a n dm i n i n ga r e ai sb r o a d t h ei n d i s c r i m i n a t ee x t r a c t i o no fs a n da r ev e r ys e r i o u s u n d e rt h eb r i d g e ，n e a re m b a n k m e n ta n dr i v e rf l o o d p l a i n ，t h ef l o o dc o n t r o lp r o j e c t s a n de c o l o g i c a la r eg r e a t l yd a m a g e di nd a w e nr i v e r , i ti sn e c e s s a r yt os t r e n g t h e n m a n a g e m e n ta n dr e g u l a t es a n dm i n i n ga c t i v i t i e s r i v e rs a n dm i n i n gm a k em a n ys a n d p i t si nt h er i v e r b e dd a w e nr i v e rb a s i n ，c a u s et h es t e a d ye r o s i o no fr i v e r b e d ，a n da t h r e a to nb o t hs i d e so ft h ee m b a n k m e n t ；s a n d p i l ec h a n g er i v e rr e g i m el e a dt ot h e c r o p s a r ed e s t r o y e d ；t h eh a b i t a t so ff i s ha n dw a t e r f o w la r ed i s t u r b e db yt h en o i s eo f v 大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响 s a n dm i n i n gb o a t ，t h ev e g e t a t i o na r er o l l e db yt h es a n d i n gv e h i c l e ，t h eo r i g i n a l e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti sd e s t r o y e db yf i v e rs a n dm i n i n g t h e r e f o r e ，b ys t u d y i n go n t h ei m p a c to fs a n dm i n i n ga c t i v t i e so fd a w e nr i v e rt or a t i o n a lp l a n n e ds a n dm i n i n g , a n di tw i l lh a v eg r e a t e re c o n o m i c ，s o c i a lb e n e f i t sf o ri m p r o v i n gt h es h o r t a g e so fw a t e r a n dd e t e r i o r a t i o no fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc a u s e db ys a n dm i f f i n g ，a n di tp r o v i d e s t h et h e o r e t i c a lb a s i so fk n o w l e d g et oe n s u r et h em o u n to fw a t e r , w a t e rq u a l i t ya n d e c o l o g i c a l e c o n o m i c a lm a n a g e m e n to fd o n g p i n gl a k ei nn o r t hw a t e rt r a n s f e r p r o j e c t t h i ss p e c i f i cs t u d ya sf o l l o w s ： 1 t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h es t u d y ；t h es t u d yo n e c o l o g i c a ld e s t r u c t i o no fr i v e rs a n dm i n i n ga th o m ea n da b r o a d ；i m p a c ta n a l y s i so f s a n dm i n i n g ；t h ei n n o v a t i o n ，c o n t e n ta n di d e a so ft h i sp a p e ra n ds oo n 2 t h i s p a r td e s c r i b e dt h e o v e r v i e wo fd a w e nr i v e r , m e t e o r o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fd a w e nr i v e r ；s e d i m e n tp r o f i l e so fd a w e nr i v e r ；d i s c h a r g es i t eo f d a w e nr i v e rs t a t i o n sa n ds oo n 3 a c c o r d i n gt os t u d yo nt h es e d i m e n td a t ao fd a w e nr i v e r , m a i n l yi n c l u d e s e d i m e n td i s c h a r g e ， a n n u a ls e d i m e n tc o n c e n t r a t i o n ,s e d i m e n ty i e l d ，s e d i m e n t t r a n s p o r tr a t e s ，e t c ，s u m m e du pt h ei m p a c to nf i v e rc h a n n e l sb ys a n dm i n i n g 4 a c c o r d i n gt os e a r c hf o rr e l e v a n ti n f o r m a t i o nm a i n l yf r o mt h ec o n s t r u c t i o no f h o u s i n ga n dr o a dc o n s t r u c t i o nt oa n a l y z et h ed e m a n do fs a n di ns h a n d o n gp r o v i n c e , t h ed e m a n do fs a n di n2 0 2 0i sp r e d i c t e d ，a n dc o m p a r e dt ot h ea n n u a la m o u n to fs a n d m i n i n g , t h ec o o r d i n a t i o no fs u p p l ya n dd e m a n do fs a n da n dg r a v e li ns h a n d o n g p r o v i n c ei sa n a l y z e d 5 a n a l y z et h es i t u a t i o no fs a n dm i n i n gi nd a w e nr i v e r , b yu s i n gt h ec h a n g eo f b e de l e v a t i o na n dt h ea n n u a ls e d i m e n tl o a dt oe s t i m a t et h ea v e r a g ea n n u a la m o u n to f s a n dm i n i n gb e t w e e nl i n w e ns i t ea n dd a i c u n b as i t ef r o m19 8 0a n d19 9 9 ，b y i n v e s t i g a t i n gt h e16s a m p l ep o i n ti nd a w e nr i v e r , c o m b i n e d 谢mf i e l dd a t aa n d a n a l y z e di m p a c to nf l o o dc o n t r o lp r o j e c t sa n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n to f s a n dm i n i n g i nd a w e nr i v e r 6 。b yw o r k i n gw i t ht h es i z ed i s t r i b u t i o no fr i v e rs a n d ，f i n e n e s sm o d u l u s ，e t c ， c o m b i n e dw i t ht h ef i n e n e s sm o d u l u so fb u i l d i n gs a n d ，t h ef i v e ri sd i v i d e di n t oe r o s i o n v t 济南大学硕士学位论文 z o n e ，仃a n s i t i o nz o n e ，t h es e d i m e n t a r ya r e ga n dt h ef o r b i d d e nm i n i n ga r e a r e s t r i c t e d n l i i l i n ga r e 如m i n i n ga r e ac a nb ee v e n t u a l l ye s t a b l i s h e d k e yw o r d s ：r i v e rs a n dm i n i n g ；c o o r d i n a t i o no fs u p p l ya n dd e m a n do fs a n d a n dg r a v e l ；f l o o dc o n t r o lp r o j e c t s ；e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t i x x 济南大学硕上学位论文 1 1 课题来源 第一章绪论弟一早殖下匕 课题来源于山东省教育厅科技计划项目“大汶河采砂对防洪工程及生态环境 的影响”。 1 2 研究目的与意义 自改革开放以来，随着中国经济社会的快速发展，特别是近年工业化和城镇 化进程，作为建筑材料的砂石骨料需求量巨大，目前在国内大部分的砂石来自于 河砂( 台湾8 0 ) 。然而河砂的形成经过几十万年以上，周期非常漫长。因此砂 石骨料是不可再生的宝贵资源，资源量有限，盲目过量开采，资源会很快枯竭。 许多国家与地区为了保护本国的砂石资源，采用大量进口的方式解决，特别是给 发展中国家带来了更多的生态灾难。由于高利润驱使、多部门管理等因素，河道 过度采砂。除了危机河道行洪安全、影响沿河、跨河公共设施安全、还造成多种 生态环境问题如( 1 ) 河床涵养水源、供给能力不断下降；( 2 ) 丧失河床过滤降 解功能，水质恶化；( 3 ) 河道漫滩湿地、林地逐步消失，各类水禽及鸟类难觅足 迹，自然生态环境日益恶化：( 4 ) 一定程度的改变了河床形态、河汉分流比例； ( 5 ) 改变了河道水流流态流速，许多地段冲淤失衡。 山东省泰安市大汶河是黄河最末一条支流，全长2 0 8 k i n ，流经泰安市6 个县 市区，2 7 个乡镇。大汶河河砂资源十分丰富，据测算，全河砂资源储量3 6 亿 m 3 ，自1 9 9 1 年以来，随着社会经济的发展，基本建设项目增多，河道采砂逐渐 形成规模，至2 0 0 1 年底，全河已有砂场1 1 9 处，年开采销售砂量1 6 0 0 万m 3 左 右。到2 0 0 4 年，全河已累计开采砂量亿1 3 亿m 3 ，尚有砂资源储量2 3 亿m 3 。 过去因无序采砂严重危及河道行洪安全，一是沿岸沿河采砂，强行破堤修路，导 致部分堤防、挑流坝、护坡等工程基础出露、沉陷、变形。修建于明朝万历年间 的戴村坝因过度采砂造成坝体失稳，于2 0 0 1 年“8 4 洪水期间而倒塌；2 0 0 3 年“9 4 洪水行洪期间，同样是由于大规模采砂，上游砖舍拦河坝与琵琶山拦 河坝被洪水冲溃；二是乱采滥挖致使部分河段主流流向摆动，形成斜河、横河， 严重冲刷岸滩，部分护砌工程失去防洪作用【l 】；三是采砂造成沿河农田灌溉设施 大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响 无法运行，沿河多处扬水站报废，自流灌溉工程无法运行；四是河砂资源的掠夺 性开采造成生态环境恶化，砂层厚度变薄，部分河床基岩裸露，使得河床储水能 力、供给能力下降，沿河汶口、旧县等地区供水水源地水位下降，泰安城区供水 安全受到威胁【2 1 ；天然河砂可以过滤和降解污染物，过度采砂让河道失去这层天 然屏障，河水水质不断恶化，沿河群众疾病发生率明显上升，水生生物几乎灭绝： 河道漫滩湿地逐步消失，各类水禽及鸟类销声匿迹，自然生态环境不断恶化；五 是强圈强占、筑坝设障等问题严重，形成了人为的行洪障碍。私挖乱采直接影响 沿河、跨河公共设施安全例如跨河桥梁工程、跨河输油管道、国家光鲥3 1 。到目 前为止，尽管大汶河采砂管理已从无序走向有序管理，但是过去遗留下的问题， 这些问题对现在的影响以及未来如何科学管理剩余有限的河砂资源，是管理者面 对的严峻问题。 河砂具有维持河道潜流，稳定是河道形态，提供生物栖息地、形成河道和两 岸地下水互补、河流水质过滤和降解的重要功能。因此，定量研究河道采砂对河 道形态及生态环境影响，结合河流整治及疏浚，对于合理采砂，河砂资源的开发 利用保护的总体规划、禁采区、保留区和允许开采区的划分、河砂开采的结构与 优化提供科学依据。 1 3 国内外研究现状及发展趋势 1 3 1 河道采砂问题的研究 目前国内对河道采砂对河道形态及生态环境的影响变化定量研究甚少。在河 道采砂对堤防安全影响分析方面，王刚等人建立了河道内采砂坑与堤防位置关系 模型，通过正交设计和数理统计方法，定量分析砂坑位置及形状对堤防安全产生 的影响。结果表明，对堤防安全影响最为显著的两个因素为采砂坑离堤脚的距离 和砂坑的深度【4 1 。闽江河道采砂从水流流态变化到河道采砂形成采砂坑引起溯源 冲刷产生河床演变进行论述，提出河道采砂的决策和领导应当以科学研究的成果 为依据，定性弄清河道采砂时具体河床的稳定和演变的影响，还应根据上游来砂 情况与河床的反应和变化调整河道采砂【5 】。采取河道采砂与河道疏浚治理相结 合可达到经济效益与治理河道的双重目的【9 】。从流态变化的角度分析了因河道采 砂所产生的横向次流场的变化、溯源冲刷等对河床的影响【l o 】；河床演变与工程 2 济雨大学硕士学位论文 整治以及与采砂的关系分析，研究了东平水道的航道的整治问题 1 l 】；以大汶河 为例，对河砂资源过度开采对水环境的破坏及环境地质问题等作了初步的调查分 析【1 2 - 1 4 1 。 目前大多数研究文献多强调加强河道采砂管理以及条例的制定，从定性上认 识到过度采砂带来的各种严重问题，并且争论采砂部门管理收费的权属为多，真 正缺少系统研究科学开采和保护河砂的具体内容。 国外在采砂对具体河道形态和地面覆盖影响的研究非常详细。其中美国仅路 易安娜的阿迈特河为例，该河道采砂已超过每年1 0 0 0 万吨。从照片、地图和文 件中分两个不同的时期，对5 5 公里具有不断变化的开采强度河段的土地覆盖的 数据整理，利用地理信息系统整理并且采用非参数统计分析，统计开采程度与河 道位置的变化之间的相关关系【1 5 。1 8 1 。由于砂石的工业和建筑与用途，对砂石的需 求不断增加，导致大规模开采活动。开采有关的各种活动能引起和恶化河流系统 的稳定性【1 9 】。由于自从1 2 世纪初，该地区开采活动的持续增加，对安迈特河流 大的干扰越来越普遍【2 0 1 。自然河道的调整和大程度上决定与开采的性质。河道 内的采砂一般引起河床的调整，然而很大程度上与洪水期间的截流和决口有关 联，平原区的采砂导致更多宣称的河道位置的变化。这种开采活动能够对河流系 统具有很大的影响因为改变了能量和力的空间分布f 2 1 。2 4 】。由于水质和河道稳定性 影响，在高度扰动的河流i 许多环境、经济和工程问题可能出现。有许多例子表 现出洪泛平原和河道内采砂石如何影响主河道形状和过程。主河道横断面的变化 已经被关注，一般是引起宽深比的增加【2 5 1 。开采商业上有价值各等级砂石能引 起河道稳定性的变化，这是由于砂石的作用是河床护面【2 6 1 。引起局部河床高程 降低【2 7 1 。开采后的砂坑产生临时陡的坡度与增加冲刷力有关【2 8 1 ，这种冲刷力能 够导致坑的迁移【2 9 1 。在过去的几十年中，地理信息系统已经得到了越来越广泛 的应用而且具有在研究开采和洪泛平原的地面覆盖于河道的变化关系上具有潜 在的用途。g i s 被定义为一个空间信息的输入、储存、分析和输出的智能软件包 【3 0 1 。最近，g i s 已经用在过去传统上人工为主的研究领域，从环境模型到土地评 价【3 1 1 ，g i s 正在开始为了绘图和建模应用于作地貌学【3 2 】，g i s 并在评价河道形态 变化具有潜力【3 3 1 ，利用g i s 和图形的变化偶合，案例研究了英格兰和威尔士边 界附近的相对稳定的河流r i v e rd e e 3 4 】。在j a nd el e e u w 研究鄱阳湖采砂时，使 3 大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响 用了近红外光谱卫星图来估计离开湖的船数量，计算出湖区年采砂量【3 5 】。在 r i n g a r o o m a r i v e r 案例中，将采矿废物的影响与河床高程的变化以及河床物质的 粒径变化之间的关系详细进行了阐述【3 6 。7 1 。在印度西南v e m b a n n a d 湖采砂研究 中详细阐述了河道内采砂以及河漫滩采砂对周围环境的影响【3 8 】。据报道美国加 州h e a l d s b u r g 市附近的一条河流在1 9 5 0 和1 9 6 0 年代1 1 千米的河道下切平均超 过3 米，最大下切了6 米【3 9 1 。美国的c h e r t yc r e e k 市有类似的经历，采砂造成 部分河段下降，最后整个河床平均降低了4 9 米【删。这种情况在大坝底部也存在， 那里泥沙被大坝拦住，产生“饥饿的水 造成下游河床下切，同时如果在大坝下 采砂将会使这种情况恶化【4 1 】。印度的p e r i y a r 河流经过了工业化城市化程度最高 的k e r a l a 州，k o c h i 市，河床每年下切1 9 厘米。另外，河床下降的速率在过去 4 0 - 6 0 年内有明显增加，相比p e r i y a r 河，在1 9 8 5 2 0 0 0 年印度另一条河流 a c h a n k o v i l 河呈现一个相反的下降趋势。a c h a n k o v i l 河床不能反映其采砂程度 【4 2 】，这是因为河流中河砂被采光，河床不再有河砂覆盖造成河床基岩暴露。由 于政府对采砂活动的干涉，其它河流在丰水期河床下降速率出现浮动。尽管政府 的干预产生短期积极影响，改变了某段时期河床下降的速率，但由于对建筑用砂 需求的不断增加，这种积极影响不会持续太久。河床降低与河流水位下降破坏了 很多桥梁，乡村供水设施和护岸护坡等建筑，另外还造成由于水草被破坏而改变 水生动物的生活习性，河流附近地下水位下降造成了很多季节性的井干涸。 1 3 2 河道采砂影响分析方法研究现状 国外首先开始对河道采砂进行影响分析，判断采砂程度一般通过经验公式来 定性计算。主要经验公式有沙莫夫泥沙起动公式、m e y e r - p e t e r 公式和列维推移 质输沙率公式等。国内逐步运用这些公式进行采砂研究，如黄焕坤运用列维推移 质输沙率公式估算出北江横石站推移质沙量，并得出北江下游采砂现象较严重的 结论【4 3 】；ep e t i t 等人运用m e y e r - p e t e r 公式对推移质输沙率进行估算，建议通过 增大上游m i r i b e l 运河流量补充河砂【4 4 】；关树田等人同样运用m e y e r - p e t e r 公式， 分析输砂率数值的变化，得出采砂坑上游冲刷、下游淤积的结论【4 5 】；根据实际 情况，w y z g a 对当前的推移质经验公式进行了改进，首先在研究采砂河道时，应 该将卵石河床因素考虑在内，以r a b a r i v e r 为例，指出当前所使用的m e y e r - p e t e r 4 济南大学硕上学位论文 和m u l l e r 公式计算法中不恰当处【4 6 1 ，并利用m e y e r - p e t e r 、m u l l e r 经验公式的计 算结果与实测资料进行对比，证明了自己的论断；魏康龙首先提出年输采砂量平 衡关系式计算方法，通过对渭河年采砂量、年来砂量的拟定估算，分析了现有采 砂规模给河势稳定带来的影响。根据平衡原理，x 为输砂量，y 为采砂量【4 7 】， 则采输平衡时：x = y ；超采：x y 。当x y 时，可以在河道中进行适量开采；康亮通过河相经验关系式对有采砂活动的 河段进行了研究，利用求得的各河段代表断面现状的河相系数y 值，将现状值y 与规划的y 值两种河相系数进行比较，当y 现状 y 删时为非稳定河床。对于现状y 值已达到稳定河段应严格控制，杜绝采砂 活动；对于非稳定河段，按照规划河相系数的要求进行疏挖，并计算相应的疏浚 工程量。 河相经验关系式：y - - b 日 式中：y - 河相系数；b 河宽；h _ 一水位。 虽然是较为粗略的计算，但是这些简单的关系式能够反映河道采砂是否过 量，并且基本符合实际情况，不失为一种可行的方法。 1 3 3 河道采砂研究前景和发展趋势 我省流域面积超过1 0 0 0 k m 2 的河流有4 6 条，3 0 0 - 1 0 0 0 k m 2 的河流有1 0 7 条， 河砂资源非常丰富，而过度开采带来的生态环境问题也非常严重，大汶河具有典 型的代表性。随着经济的发展，河道过度采砂已经成为影响生态环境的重要因素， 因此对该问题的研究，可以为现阶段合理采砂、水资源及生态环境的保护提供理 论依据，该项研究成果具有广泛的应用前景，真正体现出入与自然和谐、可持续 发展以及科学发展观的思想。对于建立生态河道、健康河流具有重要作用。预计 本项目研究成果将对我国建筑业合理采砂有重要的指导意义，对改善个地区因过 度挖采河砂所造成的水资源短缺和生态环境的恶化等具有较大的经济、社会效益 和潜在的市场前景；对保证南水北调东线工程山东段东平湖水量、水质以及生态 环境治理提供知识储备和理论依据。 通过对国内外相关文献的研究分析发现，对于河床沙的开采的研究大多数都 是针对某一个方面局部进行的，而从宏观和细部结合综合性的研究较少，更没有 从最基础的砂的形成机理、水资源变化、生态环境等方面综合性研究过度采砂所 大汶河采砂对防洪工程及生态环境的影响 带来的影响，因此，本论文的研究就是针对前人研究中存在的问题，采用新的技 术手段，从全河道系统的对过度采砂对周围环境的综合性影响方面做一些研究工 作，具有一定的创新性和开拓性，而且该研究具有较好的社会意义和显著的生态 效益。因此随着经济的发展，人居环境的改善，砂石料用量的增长是巨大的，由 此所带来的环境的压力是不能回避的，本论文的研究对河砂合理开采和保护具有 重要的指导意义。 目前，国内多学科并结合3 s 技术在该方面的研究还是空白。开拓3 s 技术的 研究领域并解决河道采砂对环境的影响等问题是未来发展的趋势。 1 4 论文研究内容及研究思路 1 4 1 研究内容 1 ) 大汶河河砂来源、分布规律及机理研究 收集关于大汶河泥沙资料，调查大汶河流域地质、地貌特点及上游建坝建水 库的情况，在不同河段取样的基础上，根据河砂粒径的分析，推断河砂的来源； 通过泥沙资料( 年输砂量、含砂量、输沙率及输沙模数) 分析采砂对河道的影响。 2 ) 山东省砂石供需求预测分析； 建立社会经济指标与砂石消耗量之间的统计相关关系，预测未来我省砂石 需求，重点分析河砂资源可供给量。 3 ) 大汶河采砂现状及问题调查； 野外调查，到各个采砂场调查实际采砂情况，如采砂船数量，采砂量等。根 据对河道管理部门的交流获取大汶河河道采砂相关内容。 4 ) 大汶河河道采砂对生态环境变化影响研究； 根据野外调查获取的第一手资料，分析采砂对生态环境变化的影响。如采砂 对河道两岸植被、河滩、湿地、地下水位等生态环境影响变化的影响。 5 ) 大汶河河砂资源利用保护方案 在以上研究的基础上，结合生态河道和健康河流建设原则，提出大汶河河砂 资源保护方案，提出科学合理的禁采区、保留区和允许开采区。 1 4 2 研究思路 6 济南大学硕上学位论文 通过跨学科、综合性的研究，水利、矿产、建材、生态、环境等多学科结合， 采用室内和室外、野外调查、宏观掌握大汶河河砂开采情况，了解砂石资源的紧 缺，大汶河河砂来源和分布，河道采砂对河道及生态环境的影响，最终提出大汶 河河砂保护方案。 采用野外调查和室内观察研究、现场观测和g p s 、遥感技术、地理信息系 统相结合的方法。 ( 1 ) 通过典型区调查，搞清全省现状砂石开采量和可供量，建立经济和社 会发展指标与砂石需求量的相关关系，预测未来砂石需求量；计算出河砂所占的 比例； ( 2 ) 以大汶河流域为研究代表区，采用分段取样的方法，室内显微观察， 确定河砂来源；确定过去和现状河砂