修復(fù)技術(shù)論文范文
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第1篇
1.概述
我國(guó)地處世界上兩個(gè)最大地震集中發(fā)生地帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震較多，大多是發(fā)生在大陸的淺源地震，震源深度在20km以內(nèi)。位于青藏高原南緣的川滇地區(qū)，主要發(fā)育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門(mén)山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1]。該區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)劇烈，絕大多數(shù)屬構(gòu)造地震，地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大，是中國(guó)大陸最顯著的強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)域[2]。
而西南地區(qū)蘊(yùn)藏了我國(guó)68％的水力資源，水利工程較多，且主要集中在川滇地區(qū)。據(jù)
2005年數(shù)據(jù)，四川省有大中小型水庫(kù)約6000余座[3]。2008年5月12日的四川省汶川大地震，初步統(tǒng)計(jì)，已導(dǎo)致803座水庫(kù)出險(xiǎn)，受損的大型水庫(kù)有紫坪鋪電站和魯班水庫(kù)，中型水
庫(kù)36座，小一型水庫(kù)154座，小二型水庫(kù)611座[3]。此外，地震還致使湖北和重慶地區(qū)各
79座水庫(kù)出現(xiàn)險(xiǎn)情[4，5]。為保證水利工程的安全運(yùn)行，地震之后及時(shí)對(duì)水利工程進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)受損工程進(jìn)行監(jiān)
測(cè)和修復(fù)是必要的。有關(guān)震災(zāi)受損水利工程修復(fù)方面的文獻(xiàn)不多，散見(jiàn)于各種期刊或研究報(bào)告，為便于應(yīng)用參考，本文搜集、篩選了一些震災(zāi)受損水利工程的案例，并對(duì)一些實(shí)用技術(shù)進(jìn)行了介紹。
2.地震對(duì)水利工程的危害
由于地震烈度、地震形態(tài)以及水庫(kù)本身工程質(zhì)量的不同，地震對(duì)于水利工程的危害也有所區(qū)別。高建國(guó)[6]對(duì)我國(guó)因地震受損水利工程進(jìn)行分類整理，認(rèn)為水庫(kù)壩體險(xiǎn)情主要可分為
3級(jí)：1級(jí)，一般性破壞，不產(chǎn)生滲漏；2級(jí)，嚴(yán)重性破壞，壩體開(kāi)裂滲漏；3級(jí)，垮壩（崩塌），水庫(kù)水全部流走。
我國(guó)因地震引起的水庫(kù)垮壩并不多見(jiàn)，總結(jié)國(guó)內(nèi)外地震對(duì)水利工程的危害，主要有以下幾種形式：
2.1壩體裂縫
地震作為外力荷載將會(huì)導(dǎo)致大壩尤其是土石壩整體性降低，防滲結(jié)構(gòu)破壞，引起大量裂縫。地震會(huì)產(chǎn)生水平和垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，并使周期性荷載增大，壩體和壩基中可能會(huì)形成過(guò)高的孔隙水壓力，從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度與變形模量的降低，引起永久性（塑性）變形的累積，進(jìn)而導(dǎo)致壩體沉降與壩頂裂開(kāi)。
2003年10月甘肅民樂(lè)—山丹6.1級(jí)地震引起雙樹(shù)寺水庫(kù)大壩、翟寨子水庫(kù)大壩，壩頂
均出現(xiàn)一條縱向裂縫，長(zhǎng)約401~560m，最大寬度2cm左右，并有多處不同長(zhǎng)度斷續(xù)裂縫，
防浪墻局部錯(cuò)動(dòng)約0.5cm。大壩右側(cè)出現(xiàn)山體滑坡，形成長(zhǎng)條帶及凹陷，滑坡長(zhǎng)37m左右，凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右，凹陷處上部山體有多條斜向裂縫，縫寬20cm左右。李橋水庫(kù)壩頂有縱向裂縫，多處縫寬在2~5mm，其中一條長(zhǎng)約100m左右，出現(xiàn)橫向貫通裂縫，防浪墻出現(xiàn)多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下，又將產(chǎn)生新的凍融、凍脹破壞，影響大壩的整體性和穩(wěn)定[7]。
托洪臺(tái)水庫(kù)位于新疆布爾津縣境內(nèi)，1995年被列為險(xiǎn)庫(kù)，1996年新疆阿勒泰地震（6.1級(jí)），使攔水壩出現(xiàn)10處橫向裂縫，3處縱向裂縫，最寬處達(dá)16cm，長(zhǎng)17m，防浪墻垂直裂縫27處。經(jīng)評(píng)估，水庫(kù)震后只能在低水位運(yùn)行，致使發(fā)電系統(tǒng)癱瘓，同時(shí)對(duì)于下游構(gòu)成潛在威脅[6]。
岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處，2006年投產(chǎn)，是中國(guó)實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)首批開(kāi)工建設(shè)的十大標(biāo)志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發(fā)生裂縫，廠房等其他建筑物墻體發(fā)生垮塌，局部沉陷，整個(gè)電站機(jī)組全部停機(jī)。[3]。此外，地震對(duì)泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發(fā)生里氏5.9級(jí)地震，使沙那水庫(kù)混凝土泄洪灌溉洞產(chǎn)生縱向裂縫，長(zhǎng)15m，最大裂縫15mm；環(huán)向裂縫
22m，最大裂縫寬度1.8mm；洞出口消力池兩側(cè)邊墻產(chǎn)生豎向裂縫，總長(zhǎng)15m，最大裂縫寬
度25mm。大冷山水庫(kù)溢洪道兩側(cè)導(dǎo)流墻產(chǎn)生裂縫，以縱向裂縫為主，最大縫寬12mm[8]。
2.2壩體失穩(wěn)
地震可能引起壩基液化，從而導(dǎo)致大壩失穩(wěn)。地震時(shí)，受到周期性或波動(dòng)性荷載作用，土石壩內(nèi)土體將產(chǎn)生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構(gòu)成的土石壩在地震中相對(duì)安全。但相對(duì)密度低于75%的粉砂土和砂土，在幾個(gè)循環(huán)之后孔隙水壓力就會(huì)顯著上升，當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)應(yīng)力水平時(shí)，土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移，壩內(nèi)土體就會(huì)呈現(xiàn)出液化的流態(tài)，導(dǎo)致壩體失穩(wěn)[9]。
喀什一級(jí)大壩1982年施工時(shí)，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實(shí)度降低，1985
年地震時(shí)，由于液化和沉陷，導(dǎo)致該壩整體失穩(wěn)破壞。
美國(guó)加州的Sheffield壩，1917年建成，壩高7.63m，壩頂寬6.1m，長(zhǎng)219.6m，水庫(kù)庫(kù)
容17萬(wàn)m3。1925年6月距壩11.2km處發(fā)生里氏6.3級(jí)地震，長(zhǎng)約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后，經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內(nèi)的孔隙水壓力增大，造成壩下部和壩基內(nèi)的細(xì)顆料無(wú)凝聚性土發(fā)生液化。
地震還會(huì)造成土石壩體脫落或堆石體沉陷，從而引起壩體失穩(wěn)。在庫(kù)水位較高的情況下，堆石體沉陷會(huì)造成壩體受力不均，更嚴(yán)重的會(huì)引起庫(kù)水漫頂，引發(fā)壩體垮塌。1961年4月
13日在距西克爾水庫(kù)庫(kù)區(qū)約30km處發(fā)生里氏6.5級(jí)地震，該水庫(kù)位于VIII度區(qū)[10]，壩體出現(xiàn)了嚴(yán)重的堆石體沉陷現(xiàn)象，一段220m長(zhǎng)的壩體沉陷值達(dá)到2~2.5m，崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11]。
前面述及的沙那水庫(kù)土壩和朝陽(yáng)水庫(kù)因地震致使土壩排水體砌石脫落，經(jīng)抗震復(fù)核下游壩坡不穩(wěn)定[8]。
2.3岸坡坍塌
若水庫(kù)兩岸有高邊坡和危巖、松散的風(fēng)化物質(zhì)存在，地震發(fā)生后，造成的巖體松動(dòng)，可誘發(fā)產(chǎn)生崩塌、滑坡和泥石流，甚至形成堰塞湖等現(xiàn)象。
烏江渡水庫(kù)處于地震多發(fā)區(qū)，1982年6月地震中，化覺(jué)鄉(xiāng)東部厚層灰?guī)r和白云巖地層
中發(fā)生大面積崩塌。同年8月，化覺(jué)、柏坪一帶又發(fā)生較大規(guī)模的地層滑動(dòng)，影響面積約
18km2[12]。
5•12汶川大地震造成四川多處山體滑坡，堵塞河道，形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過(guò)1億m3，另外水量在300萬(wàn)m3以上的大型堰塞湖有8處[13]，對(duì)下游地區(qū)造成嚴(yán)重威脅。
另外，地震還可能對(duì)水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2
級(jí)地震[14，15]中，使堤防基礎(chǔ)液化發(fā)生側(cè)向流動(dòng)，造成堤防破壞以及護(hù)岸受損。我國(guó)歷次地震中，出現(xiàn)較嚴(yán)重險(xiǎn)情的多為土石壩，且多為年代較久遠(yuǎn)的土石壩，如果發(fā)
生強(qiáng)地震就更容易造成損壞[16]。
3.震災(zāi)受損水利工程的修復(fù)技術(shù)
地震后受損水利工程修復(fù)措施主要包括以下幾個(gè)方面：
3.1壩體監(jiān)測(cè)
地震后，對(duì)于受損水利工程，應(yīng)及時(shí)降低水庫(kù)運(yùn)行水位，并進(jìn)行充分的壩體探測(cè)。對(duì)土石壩，可開(kāi)挖土坑檢測(cè)，對(duì)混凝土壩，則可用無(wú)損探傷檢測(cè)[17]。包括使用地震波法、地質(zhì)雷達(dá)、水下聲納法檢測(cè)侵蝕程度，必要時(shí)還需要采取槽探、鉆孔、孔內(nèi)地球物理方法進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)地震前后大壩監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，判明是否存在普遍的結(jié)構(gòu)損傷跡象。尤其需要加強(qiáng)對(duì)壩體變形和滲透的觀測(cè)，防止裂縫前后貫通，內(nèi)部發(fā)育，產(chǎn)生滲漏通道。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)輸水洞漏水、溢洪道裂縫的監(jiān)測(cè)，以防滲漏進(jìn)一步擴(kuò)大[18]。
震后壩體探測(cè)中，作為一種非破壞性的探測(cè)技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)具有探測(cè)效率高、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以快捷、安全地運(yùn)用于壩體現(xiàn)狀檢測(cè)和隱患探查[1
9]。
2003年甘肅山丹地震后，利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)雙樹(shù)寺、瞿寨子、瓦房城等水庫(kù)的震后壩體裂縫、壩基滲透、溢洪道、高邊坡開(kāi)裂和庫(kù)岸道路滑坡等進(jìn)行了探測(cè)[20]，效果很好。
3.2裂縫修復(fù)
對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，要對(duì)其分布、走向、長(zhǎng)度和開(kāi)度等進(jìn)行定時(shí)觀測(cè)和檢測(cè)。在大壩主裂縫部位設(shè)置標(biāo)志，縫口要覆蓋塑料布，防止雨水流入加速其惡化。對(duì)受洪水威脅的建筑物，要采取臨時(shí)措施（如圍堰）進(jìn)行保護(hù)。
裂縫的修補(bǔ)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，在安全可靠的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮技術(shù)和施工條件的可行性，力求施工及時(shí)、簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)合理。常用的有以下幾種處理方法：
3.2.1表面處理法
表面處理法[21]主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒(méi)有影響或者影響很小的表面裂縫及深層裂縫，同時(shí)還可以處理大面積細(xì)裂縫的防滲防漏。常用的有表面涂抹水泥砂漿、表面涂抹環(huán)氧膠泥以及表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料等，從而達(dá)到封閉裂縫和防水的作用。在防護(hù)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)采取在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施，這樣可以防止混凝土在各種作用下繼續(xù)開(kāi)裂。
3.2.2灌漿法
灌漿法主要應(yīng)用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體有影響或有防水防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)。經(jīng)修補(bǔ)
后，能恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性和使用功能，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
灌漿法[22]分水泥灌漿和化學(xué)灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度達(dá)到1mm以上時(shí)的情況；裂縫較窄的情況下宜采用化學(xué)灌漿。此外，工程經(jīng)驗(yàn)表明水泥漿適于穩(wěn)定裂縫的灌漿處理，不適用于活縫或伸縮縫的處理。化學(xué)灌漿也存在類似問(wèn)題，應(yīng)用最廣的環(huán)氧樹(shù)脂漿固結(jié)體是脆性材料，因此對(duì)活縫應(yīng)選用彈性材料。部分化學(xué)灌漿還有毒性，應(yīng)加強(qiáng)施工人員的保護(hù)措
施。
大量實(shí)踐證明，灌漿法是目前最有效的裂縫修補(bǔ)處理方法。
3.2.3結(jié)構(gòu)加固法
危及結(jié)構(gòu)安全的混凝土裂縫都需作結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。結(jié)構(gòu)加固法適用于對(duì)整體性、承載能力有較大影響的較深裂縫及貫穿性裂縫的加固處理。混凝土結(jié)構(gòu)的加固，應(yīng)在結(jié)構(gòu)評(píng)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，以達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固、穩(wěn)定性加固、剛度加固或抗裂性加固的目的。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。結(jié)構(gòu)加固法還適用于處理對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力、整體性、耐久性有較大影響的不均勻沉陷裂縫和較為嚴(yán)重的張拉裂縫
[23]。
3.3滑坡處理
土壩滑坡有剪切破壞、塑流破壞、液化破壞三種形式[24]。可采用“上部減載”與“下部壓重”法來(lái)處理。“上部減載”就是在滑坡體上部的裂縫上側(cè)削坡，以保持穩(wěn)定；“下部壓重”就是放緩下部壩坡，在滑坡體下部做壓坡體等。當(dāng)滑坡穩(wěn)定后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行滑坡處理[17]。主要處理方法介紹如下：
3.3.1放緩壩坡
若滑坡由于剪切破壞造成，則放緩壩坡為最好的處理方法。可填入土體將壩坡放緩，或是先削掉滑動(dòng)面上壩頂?shù)耐馏w，使滑動(dòng)面壩坡變緩，然后再加大未滑動(dòng)面的斷面[24]。
對(duì)存在失穩(wěn)危險(xiǎn)的土石壩也可采用水上拋石法放緩上游壩坡，施工方法簡(jiǎn)單，且不受季節(jié)和水位的變化。加固工程不破壞原壩體結(jié)構(gòu)，減去拆除原有的壩體護(hù)坡石和反濾料工序，對(duì)保護(hù)原壩體非常有利。石料滲透系數(shù)大，在庫(kù)水位降落時(shí)，新筑部分的自由水面線，幾乎與庫(kù)水位重合，這樣就造成新增斷面和原有斷面共同承擔(dān)原有壩殼中庫(kù)水位降落時(shí)產(chǎn)生的滲透水壓力及地震產(chǎn)生的超隙孔壓力，起到壓重的作用，從而有利于大壩的穩(wěn)定[25]。
3.3.2壓重固腳
若滑坡體底部滑出壩趾以外，則需要在滑坡段下部采取壓重固腳的措施，以增加抗滑力。壓重固腳的材料最好用砂石料。在砂石料缺乏的地區(qū)，也可用土工織物，代替反濾，以達(dá)到排水的要求[17]。
通過(guò)在壩體上加壓蓋重，或?qū)误w培厚加固處理，可以進(jìn)一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗?jié)B性能，同時(shí)增加壩體穩(wěn)定性。
實(shí)例：1999年山西大同堡村發(fā)生5.6級(jí)地震，對(duì)位于震中附近的冊(cè)田水庫(kù)造成VII度影響，壩體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形[26]。震后對(duì)主壩和北副壩下游壩坡采用石渣進(jìn)行培厚加固處理。主壩所在956m高程以下石渣培厚體，壩坡分別為1:2.75，在956m高程設(shè)12m寬的平臺(tái)，在
949m高程、940m高程設(shè)3.0m寬的馬道，并在石渣體與原壩體設(shè)置反濾層。培厚壩體后，
即使再次遭遇地震，由于壩體在正常水位下（956m高程）寬度增加，也可避免大壩整體失
穩(wěn)，從而保證大壩的安全[27]。
3.3.3庫(kù)岸巖體加固
對(duì)于地震中松動(dòng)的庫(kù)岸巖體，應(yīng)采取工程措施進(jìn)行加固。地震后，首先需要對(duì)庫(kù)岸巖石情況進(jìn)行重新評(píng)估，選擇加固方式。庫(kù)岸加固通常采取錨固、支擋、排水相結(jié)合的方式。錨固措施是利用預(yù)應(yīng)力錨索和錨桿固定不穩(wěn)定巖層，適用于震后加固巖體滑坡和不穩(wěn)定的局部巖體。通過(guò)一端與建筑物結(jié)構(gòu)相連，一端打入巖體內(nèi)部，在增強(qiáng)巖體抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，
改善庫(kù)岸巖體的完整性[28]。該方法在高切坡中被廣泛應(yīng)用。支擋方法是通過(guò)支擋體來(lái)平衡滑坡體的下滑力，確保滑坡體的穩(wěn)定安全。支擋結(jié)構(gòu)能有
效地改善滑坡體的力學(xué)平衡條件，阻止滑坡、泥石流等。常用的方法有重力式擋墻、拉釘擋墻、加筋土擋墻、抗滑樁等[29]。
此外，由于地震過(guò)后經(jīng)常伴隨暴雨，更易在松動(dòng)巖石處產(chǎn)生滑坡、泥石流等災(zāi)害，因此需及時(shí)排水，包括地表水和地下水。可設(shè)置截水溝排除地表水；排除地下水可用廊道、豎井和水泵等。在美國(guó)、加拿大和日本等國(guó)家較多采用專用鉆機(jī)打水平孔的辦法排地下水[28]。
3.4滲漏修復(fù)
應(yīng)根據(jù)具體情況降低庫(kù)水位或放空水庫(kù)，徹底修復(fù)防滲體，對(duì)由于浸潤(rùn)線過(guò)高而逸出坡面或者由于大面積散浸引起的滑坡，除結(jié)合下游導(dǎo)滲設(shè)施外，還應(yīng)考慮加強(qiáng)防滲。
3.4.1劈裂灌漿
對(duì)于土石壩較嚴(yán)重的滲漏破壞，可以采取劈裂灌漿或加強(qiáng)防滲斜墻等方式解決。劈裂灌漿是指在垂直滲流的方向沿壩軸線劈開(kāi)壩體，灌入稠泥或水泥砂漿，截?cái)酀B流通道，可以在短時(shí)間內(nèi)壩體內(nèi)的滲流，使大壩轉(zhuǎn)危為安。
采用劈裂灌漿技術(shù)的嶺澳水庫(kù)具體做法如下：根據(jù)壩長(zhǎng)選用適量的灌漿機(jī)，多臺(tái)灌漿機(jī)同時(shí)開(kāi)灌，為使?jié){液盡快硬化固結(jié)，所用漿料為摻入速凝劑的水泥加粘土。在灌漿工藝上，連續(xù)的多次復(fù)漿，使混凝土或泥漿墻盡快加厚，并使貫通的漏水通道通過(guò)灌漿壓力和多次灌漿擠壓膨脹與原壩土體緊密結(jié)合，最終形成垂直連續(xù)的防滲混凝土砂漿墻，防止再次出現(xiàn)漏水通道的可能[30]。
3.4.2開(kāi)挖置換
置換技術(shù)是土石壩震后修復(fù)中的一種重要手段，尤其對(duì)于心墻開(kāi)裂的土石壩具有重要意義。首先需要通過(guò)探測(cè)技術(shù)檢測(cè)到侵蝕的區(qū)域，然后在心墻的下游側(cè)補(bǔ)填塑性混凝土，并用顆粒反濾層加以支持。最后使用水泥膨潤(rùn)土混合物進(jìn)行灌漿。置換技術(shù)可以有效阻止土石壩心墻的進(jìn)一步破壞，達(dá)到防滲漏的目的[18]。
實(shí)例：新西蘭的馬拉希納壩，在經(jīng)歷埃奇克姆地震后，初期表現(xiàn)穩(wěn)定，在1987年12月后出現(xiàn)水位明顯下降的現(xiàn)象。通過(guò)詳細(xì)的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，雖然大壩沒(méi)有遭受嚴(yán)重的滲漏，但左壩肩心墻和下游副心墻出現(xiàn)明顯的開(kāi)裂和侵蝕，且侵蝕依然在繼續(xù)發(fā)展。持續(xù)不斷的侵蝕導(dǎo)致庫(kù)水位不斷下降，因而采取心墻置換的方式，即對(duì)左右岸壩肩進(jìn)行開(kāi)挖，噴上混凝土，置換開(kāi)挖出來(lái)的材料。水庫(kù)再次蓄水時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)新的事故[18]。
3.4.3排水設(shè)施
在阻止?jié)B流發(fā)生的同時(shí)，需要做好排水工作，通過(guò)設(shè)置寬敞的排水帶，使?jié)B流能順利排走，降低壩體內(nèi)的浸潤(rùn)線，減小孔隙水壓力。
4.典型水利工程抗震搶險(xiǎn)及修復(fù)實(shí)例
4.1美國(guó)Hebgen壩
Hebgen土石壩[31]位于美國(guó)Montana州，1915年建成，1959年8月遭受里氏7.1級(jí)的強(qiáng)烈地震，壩和水庫(kù)所在地變形并整體下沉約3.1m，右岸溢洪道嚴(yán)重?fù)p壞，壩體沉陷開(kāi)裂，水庫(kù)岸坡坍塌，庫(kù)水震蕩并漫溢壩壩。當(dāng)時(shí)此壩并無(wú)抗震設(shè)計(jì)，承受地震對(duì)其的各種危害而未垮壩，其破壞模式和耐震經(jīng)驗(yàn)極有借鑒意義。
當(dāng)時(shí)業(yè)主Montana電力公
司采取的緊急搶救措施包括：
（1）立即將泄水底孔進(jìn)水口原用迭梁封閉的二個(gè)孔口開(kāi)啟，以80m3/s的流量泄水降低庫(kù)水位。
（2）對(duì)半角沉陷區(qū)和被流沖蝕的壩下游面填土修復(fù)。檢查表明，心墻與溢洪道連接處的漏水并非通過(guò)心墻上的裂縫而是從破壞的溢洪道流出。
（3）在心墻的大裂縫處下游，打豎井檢查和修補(bǔ)。同時(shí)對(duì)下游河岸坍方區(qū)進(jìn)行了修整。此后于1960年4月開(kāi)始對(duì)溢洪道、壩體心墻和上游面進(jìn)行了全面的修復(fù)和加固工作。
至今運(yùn)行完好。
4.2美國(guó)LowerSanFernando壩
LowerSanFernando壩[31]位于美國(guó)加州洛杉磯市北，1912年動(dòng)工，最大壩高43.2m，壩頂寬6m，長(zhǎng)634m。1971年2月在壩東北12.9km處發(fā)生里氏6.6級(jí)地震，致使主壩發(fā)生巨大滑坡，壩的上游部分帶動(dòng)壩上部9.2m高的壩體和壩頂一起坍落滑向水庫(kù)20多米遠(yuǎn)。
事故發(fā)生后，救援人員立即采取了如下措施：一方面立即運(yùn)來(lái)砂袋加固筑高壩的低陷部位；另一方面緊急撤離壩下游地區(qū)8萬(wàn)居民；此外，通過(guò)2條泄水道和3條引水管排放水庫(kù)中的水。
經(jīng)初步調(diào)查和后期進(jìn)一步挖槽、鉆孔取樣研究得出，壩內(nèi)有大范圍土區(qū)在地震后液化，但液化區(qū)被強(qiáng)度較高的非液化土約束住，因而直到液化區(qū)內(nèi)有足夠擴(kuò)張力，促使土向外和向下移動(dòng)時(shí)，才出現(xiàn)大規(guī)模滑動(dòng)。
4.3新疆西克爾水利工程
西克爾水庫(kù)[10，11]位于新疆伽師縣東北西克爾鎮(zhèn)，1959年建成使用，為均質(zhì)土壩，設(shè)計(jì)庫(kù)容10053萬(wàn)m3，屬大型攔河式平原水庫(kù)。該工程自建成以來(lái)共經(jīng)歷了15次地震，其中較嚴(yán)重的有3次：1961年4月13日發(fā)生6.5級(jí)地震，震中距水庫(kù)約30km，致使220m長(zhǎng)的壩出現(xiàn)沉陷崩塌，余壩產(chǎn)生165條裂縫；1996年3月19日發(fā)生6.4級(jí)地震，壩段出現(xiàn)涌沙，裂縫，局部產(chǎn)生沉陷；2002年3月3日，阿富汗發(fā)生里氏7.1級(jí)地震，造成水庫(kù)副壩段出現(xiàn)決口，并迅速擴(kuò)大到50m左右，決口流量約120m3/s，損失慘重。
由于西克爾水庫(kù)運(yùn)行年限長(zhǎng)，且早年建設(shè)時(shí)沒(méi)有進(jìn)行地質(zhì)勘探，因此極易糟受地震破壞。多次地震后，主要采取的措施有：
（1）加高壩頂，壩后設(shè)置壓重，并鋪設(shè)無(wú)紡布反濾。
（2）大壩決口后，進(jìn)行搶險(xiǎn)封堵，修復(fù)缺口。
（3）按庫(kù)區(qū)基本烈度八度進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，對(duì)西克爾水庫(kù)主壩、副壩和其它建筑物進(jìn)行加固修復(fù)。針對(duì)部分壩段壩基地震液化問(wèn)題，主壩采用壓蓋重措施，以進(jìn)一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗?jié)B性能。副壩部分改線，采用粘料含量高的土進(jìn)行填筑，加固填筑總方量為
58.59萬(wàn)m3，其中粘土39.29萬(wàn)m3，占60%。
4.4北京密云水庫(kù)
密云水庫(kù)位于北京密云縣城北13km處，庫(kù)容43.8億m3，是北京市民用、工業(yè)用水的主要來(lái)源。水庫(kù)始建于1958年9月，分白河、潮河、內(nèi)湖三個(gè)庫(kù)區(qū)，主要建筑有白河主壩
（高66m，長(zhǎng)1100m）、潮河主壩（高56m，長(zhǎng)960m）和5道副壩等。
1976年7月28日，河北唐山發(fā)生里氏7.8級(jí)強(qiáng)烈地震，白河主壩發(fā)生強(qiáng)烈扭動(dòng)，主壩水面以下6萬(wàn)m2的塊石坡和砂礫保護(hù)層滑落，受損嚴(yán)重。地震后，采取的主要措施[6]有：
（1）及時(shí)探測(cè)大壩裂縫，并派潛水員進(jìn)行水下探測(cè)。
（2）通過(guò)筑堰建閘，把密云水庫(kù)分隔成兩個(gè)庫(kù)區(qū)，放空庫(kù)水后，進(jìn)行全面檢查加固。清除白河主壩上的砂礫保護(hù)層，加厚鋪蓋粘土斜墻，改用碴石保護(hù)層，往水下填粘土及砂石
達(dá)20萬(wàn)m2。隨后，打通白河廊道、削坡清基，進(jìn)行壩體加固。
（3）加固了3座副壩，并增建了3條泄水隧洞、1座溢洪道等。
白河主壩加固工程于1977年11月21日完成，達(dá)到了國(guó)家一級(jí)工程標(biāo)準(zhǔn)，至今完好。
5.小結(jié)
地震后受損水利工程修復(fù)是項(xiàng)復(fù)雜的工作，要因地制宜盡快采取最合適的方法進(jìn)行修復(fù)。幾條主要結(jié)論如下：
（1）地震發(fā)生后，各級(jí)水行政主管部門(mén)應(yīng)該對(duì)境內(nèi)的水利工程，尤其是堤防、水庫(kù)大壩、水閘等工程進(jìn)行排查，及時(shí)掌握工程破壞的情況及其隱患，有針對(duì)性地制定搶修方案。對(duì)地位重要、關(guān)系重大、危險(xiǎn)性高的受損水利工程，要抓緊修復(fù)，確保度汛安全。
（2）壩和地基土料的液化，是導(dǎo)致垮壩或嚴(yán)重破壞的主要原因，此外，較普遍的震害有滑坡、開(kāi)裂、沉陷和位移。
（3）盡可能保證水壩順利泄水，降低蓄水位，避免出現(xiàn)垮壩事故。
（4）目前對(duì)于水利工程一般都有相應(yīng)的突發(fā)事故（如地震、洪水等）預(yù)警機(jī)制，但對(duì)于如何應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的險(xiǎn)情，采取必要的工程措施，尚是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，宜提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)要應(yīng)的工作。
（5）對(duì)山區(qū)河流因沿岸崩山、泥石流等形成的堰塞湖，要當(dāng)機(jī)力斷主動(dòng)盡早清除，以避免水位升高，堰塞湖潰決形成洪災(zāi)。
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2001.2
Casestudiesandrepairingtechniquesrelatedtohydraulic
engineeringprojectsdamagedbyearthquakes
MaJiming,ZhengShuangling
DepartmentofHydraulicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing(100084)
Abstract
EarthquakesfrequentlyoccurinChina,especiallyintheSichuan-Yunnanregionwheredensehydro
projectsareconstructed.Actingasexternalforces,earthquakescandecreasetheintegrityofthedams,causedamcracks,landslide,settlementanddisplacement,foundationliquefaction,resultingindaminstabilityorevendamfailure,aswellasthedamageofoutletstructures.Besidesthedamageofhydroprojects,seismicactivitiesalsothreatenthedownstreamarea.Basedontheexistingliteraturedataindomesticandabroad,thispaperintroducestheseismicdisastersregardinghydroprojects,especiallythesoilandrockfilldams.Somepracticalremedialmeasuresandrepairingtechniquesaresummarized
第2篇
關(guān)鍵詞:土壤污染、生物修復(fù)、研究進(jìn)展
前言
土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。加之重金屬離子難移動(dòng)性，長(zhǎng)期滯留性和不可分解性的特點(diǎn)，對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，同時(shí)食物通過(guò)食物鏈最終進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康，已成為不可忽視的環(huán)境問(wèn)題。隨著我國(guó)人民生活水平的提高,生態(tài)環(huán)境保護(hù)日趨受到重視,國(guó)家對(duì)污染土壤治理和修復(fù)的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復(fù)問(wèn)題,已成為土壤環(huán)境研究領(lǐng)域的重要課題。而生物修復(fù)技術(shù)是近20年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),同傳統(tǒng)處理技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3，處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達(dá)到很低水平;對(duì)環(huán)境影響小,無(wú)二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對(duì)人體無(wú)害，可以就地處理,避免了集輸過(guò)程的二次污染,節(jié)省了處理費(fèi)用，因而該技術(shù)成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景的修復(fù)技術(shù)。
1.污染土壤生物修復(fù)的基本原理和特點(diǎn)
土壤生物修復(fù)的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化成無(wú)害的物質(zhì),使土壤恢復(fù)其天然功能。由于自然的生物修復(fù)過(guò)程一般較慢,難于實(shí)際應(yīng)用,因而生物修復(fù)技術(shù)是工程化在人為促進(jìn)條件下的生物修復(fù),利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機(jī)污染物，降解過(guò)程可以通過(guò)改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營(yíng)養(yǎng)添加等)來(lái)完成,也可接種經(jīng)特殊馴化與構(gòu)建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的種類
目前,微生物修復(fù)技術(shù)方法主要有3種:原位修復(fù)技術(shù)、異位修復(fù)技術(shù)和原位-異位修復(fù)技術(shù)。
2.1原位修復(fù)技術(shù)：
原位修復(fù)技術(shù)是在不破壞土壤基本結(jié)構(gòu)的情況下的微生物修復(fù)技術(shù)。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機(jī)污染物污染的土壤修復(fù)。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時(shí)投加微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),通過(guò)微生物對(duì)污染物的降解和代謝達(dá)到去除污染物的目的。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過(guò)氧化氫和營(yíng)養(yǎng)物,過(guò)氧化氫則在代謝過(guò)程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī),將空氣強(qiáng)行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物也隨之去除。在通入空氣時(shí),加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。
2.2異位修復(fù)技術(shù)：
異位修復(fù)處理污染土壤時(shí),需要對(duì)污染的土壤進(jìn)行大范圍的擾動(dòng),主要技術(shù)包括預(yù)制床技術(shù)、生物反應(yīng)器技術(shù)、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預(yù)制床技術(shù)是在平臺(tái)上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營(yíng)養(yǎng)液和水,必要時(shí)加入表面活性劑,定期翻動(dòng)充氧,以滿足土壤微生物對(duì)氧的需要,處理過(guò)程中流出的滲濾液,即時(shí)回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應(yīng)器技術(shù)是把污染的土壤移到生物反應(yīng)器,加水混合成泥漿,調(diào)節(jié)適宣的pH值,同時(shí)加入一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時(shí),使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過(guò)濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術(shù)適于高濃度有機(jī)污染的土壤處理,但處理?xiàng)l件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術(shù)的結(jié)合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調(diào)節(jié)pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,是一種有機(jī)物高溫降解的固相過(guò)程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關(guān)鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機(jī)污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
3.影響污染土壤生物修復(fù)的主要因子
3.1污染物的性質(zhì)：
重金屬污染物在土壤中常以多種形態(tài)貯存,不同的化學(xué)形態(tài)對(duì)植物的有效性不同。某種生物可能對(duì)某種單一重金屬具有較強(qiáng)的修復(fù)作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復(fù)合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復(fù)效果的重要因素。有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)不同,其在土壤中的降解差異也較大。
3.2環(huán)境因子：
了解和掌握土壤的水分、營(yíng)養(yǎng)等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補(bǔ)充微生物和植物在對(duì)污染物修復(fù)過(guò)程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復(fù)的效率。一般來(lái)說(shuō)土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學(xué)形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關(guān)系,也是影響生物對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)效率的重要環(huán)境條件。
3.3生物體本身：
微生物的種類和活性直接影響修復(fù)的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續(xù)處理,限制了利用微生物進(jìn)行大面積現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的應(yīng)用，
植物體由于生物量大且易于后續(xù)處理,利用植物對(duì)金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)成為解決環(huán)境中重金屬污染問(wèn)題的一個(gè)很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長(zhǎng)緩慢,且對(duì)重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的修復(fù)。因此,在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)污染物性質(zhì)、土壤條件、污染程度、預(yù)期修復(fù)目標(biāo)、時(shí)間限制、成本及修復(fù)技術(shù)的適用范圍等因素加以綜合考慮。
4.發(fā)展中存在的問(wèn)題：
生物修復(fù)技術(shù)作為近20年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),雖取得很大進(jìn)步和成功,但處于實(shí)驗(yàn)室或模擬實(shí)驗(yàn)階段的研究結(jié)果較多,商業(yè)性應(yīng)用還待開(kāi)發(fā)。此外,由于生物修復(fù)效果受到如共存的有毒物質(zhì)(Co-toxicants)(如重金屬)對(duì)生物降解作用的抑制；電子受體(營(yíng)養(yǎng)物)釋放的物理;物理因子(如低溫)引起的低反應(yīng)速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學(xué)能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復(fù)處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達(dá)到指標(biāo)的濃度要求。
5.應(yīng)用前景及建議：
隨著生物技術(shù)和基因工程技術(shù)的發(fā)展,土壤生物修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復(fù)技術(shù)、植物生物修復(fù)技術(shù)和菌根技術(shù)的綜合運(yùn)用將為有毒、難降解、有機(jī)物污染土壤的修復(fù)帶來(lái)希望。為此,建議今后在生物修復(fù)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)方面加強(qiáng)做好以下幾項(xiàng)工作:
(1)進(jìn)一步深入研究植物超積累重金屬的機(jī)理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價(jià)態(tài)、形態(tài)及環(huán)境因素的關(guān)系。(2)加強(qiáng)微生物分解污染物的代謝過(guò)程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)對(duì)污染物的修復(fù)作用與植物種類具有密切關(guān)系。
(3)應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)與基因工程技術(shù),使超積累植物的生物學(xué)性狀(個(gè)體大小、生物量、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)周期等)進(jìn)一步改善與提高,培養(yǎng)篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構(gòu)建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對(duì)污染土壤生物修復(fù)的效率。
(4)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境,協(xié)調(diào)土著微生物和外來(lái)微生物的關(guān)系,使微生物的修復(fù)效果達(dá)到最佳，并充分發(fā)揮生物修復(fù)與其他修復(fù)技術(shù)(如化學(xué)修復(fù))的聯(lián)合修復(fù)作用。
(5)盡快建立生物修復(fù)過(guò)程中污染物的生態(tài)化學(xué)過(guò)程量化數(shù)學(xué)模型、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及安全評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理指標(biāo)體系。
結(jié)論
綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)由于土壤重金屬來(lái)源復(fù)雜,土壤中重金屬不同形態(tài)、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產(chǎn)生各種復(fù)合污染物的復(fù)雜性增加了對(duì)土壤重金屬治理和修復(fù)難度,且重金屬對(duì)動(dòng)植物和人體的危害具有長(zhǎng)期性、潛在性和不可逆性,同時(shí)進(jìn)一步惡化了土壤條件，嚴(yán)重制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速發(fā)展，所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力，研發(fā)出更好的效率更高的修復(fù)治理技術(shù)，同時(shí)我們還不應(yīng)該忘記必須加強(qiáng)企業(yè)自身的環(huán)保意識(shí)，提高企業(yè)自我約束能力，始終將防治污染積極治理作為企業(yè)工作的頭等大事來(lái)抓，把企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染程度降到最低限度，形成全社會(huì)都來(lái)重視土壤污染問(wèn)題的良好環(huán)保氛圍，逐步改善我們的土壤生態(tài)環(huán)境。
參考文獻(xiàn)：
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[8]沈德中.污染環(huán)境的生物修復(fù)(第一版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:14,311.
第3篇
關(guān)鍵詞:土壤污染、生物修復(fù)、研究進(jìn)展
前言
土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。加之重金屬離子難移動(dòng)性，長(zhǎng)期滯留性和不可分解性的特點(diǎn)，對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，同時(shí)食物通過(guò)食物鏈最終進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康，已成為不可忽視的環(huán)境問(wèn)題。隨著我國(guó)人民生活水平的提高,生態(tài)環(huán)境保護(hù)日趨受到重視,國(guó)家對(duì)污染土壤治理和修復(fù)的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復(fù)問(wèn)題,已成為土壤環(huán)境研究領(lǐng)域的重要課題。而生物修復(fù)技術(shù)是近20年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),同傳統(tǒng)處理技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3，處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達(dá)到很低水平;對(duì)環(huán)境影響小,無(wú)二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對(duì)人體無(wú)害，可以就地處理,避免了集輸過(guò)程的二次污染,節(jié)省了處理費(fèi)用，因而該技術(shù)成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景的修復(fù)技術(shù)。
1.污染土壤生物修復(fù)的基本原理和特點(diǎn)
土壤生物修復(fù)的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化成無(wú)害的物質(zhì),使土壤恢復(fù)其天然功能。由于自然的生物修復(fù)過(guò)程一般較慢,難于實(shí)際應(yīng)用,因而生物修復(fù)技術(shù)是工程化在人為促進(jìn)條件下的生物修復(fù),利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機(jī)污染物，降解過(guò)程可以通過(guò)改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營(yíng)養(yǎng)添加等)來(lái)完成,也可接種經(jīng)特殊馴化與構(gòu)建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的種類
目前,微生物修復(fù)技術(shù)方法主要有3種:原位修復(fù)技術(shù)、異位修復(fù)技術(shù)和原位-異位修復(fù)技術(shù)。
2.1原位修復(fù)技術(shù)：
原位修復(fù)技術(shù)是在不破壞土壤基本結(jié)構(gòu)的情況下的微生物修復(fù)技術(shù)。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機(jī)污染物污染的土壤修復(fù)。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時(shí)投加微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),通過(guò)微生物對(duì)污染物的降解和代謝達(dá)到去除污染物的目的。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過(guò)氧化氫和營(yíng)養(yǎng)物,過(guò)氧化氫則在代謝過(guò)程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī),將空氣強(qiáng)行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物也隨之去除。在通入空氣時(shí),加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。
2.2異位修復(fù)技術(shù)：
異位修復(fù)處理污染土壤時(shí),需要對(duì)污染的土壤進(jìn)行大范圍的擾動(dòng),主要技術(shù)包括預(yù)制床技術(shù)、生物反應(yīng)器技術(shù)、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預(yù)制床技術(shù)是在平臺(tái)上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營(yíng)養(yǎng)液和水,必要時(shí)加入表面活性劑,定期翻動(dòng)充氧,以滿足土壤微生物對(duì)氧的需要,處理過(guò)程中流出的滲濾液,即時(shí)回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應(yīng)器技術(shù)是把污染的土壤移到生物反應(yīng)器,加水混合成泥漿,調(diào)節(jié)適宣的pH值,同時(shí)加入一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時(shí),使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過(guò)濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術(shù)適于高濃度有機(jī)污染的土壤處理,但處理?xiàng)l件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術(shù)的結(jié)合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調(diào)節(jié)pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,是一種有機(jī)物高溫降解的固相過(guò)程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關(guān)鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機(jī)污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
3.影響污染土壤生物修復(fù)的主要因子
3.1污染物的性質(zhì)：
重金屬污染物在土壤中常以多種形態(tài)貯存,不同的化學(xué)形態(tài)對(duì)植物的有效性不同。某種生物可能對(duì)某種單一重金屬具有較強(qiáng)的修復(fù)作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復(fù)合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復(fù)效果的重要因素。有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)不同,其在土壤中的降解差異也較大。
3.2環(huán)境因子：
了解和掌握土壤的水分、營(yíng)養(yǎng)等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補(bǔ)充微生物和植物在對(duì)污染物修復(fù)過(guò)程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復(fù)的效率。一般來(lái)說(shuō)土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學(xué)形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關(guān)系,也是影響生物對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)效率的重要環(huán)境條件。
3.3生物體本身：
微生物的種類和活性直接影響修復(fù)的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續(xù)處理,限制了利用微生物進(jìn)行大面積現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的應(yīng)用，
植物體由于生物量大且易于后續(xù)處理,利用植物對(duì)金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)成為解決環(huán)境中重金屬污染問(wèn)題的一個(gè)很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長(zhǎng)緩慢,且對(duì)重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的修復(fù)。因此,在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)污染物性質(zhì)、土壤條件、污染程度、預(yù)期修復(fù)目標(biāo)、時(shí)間限制、成本及修復(fù)技術(shù)的適用范圍等因素加以綜合考慮。
4.發(fā)展中存在的問(wèn)題：
生物修復(fù)技術(shù)作為近20年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),雖取得很大進(jìn)步和成功,但處于實(shí)驗(yàn)室或模擬實(shí)驗(yàn)階段的研究結(jié)果較多,商業(yè)性應(yīng)用還待開(kāi)發(fā)。此外,由于生物修復(fù)效果受到如共存的有毒物質(zhì)(Co-toxicants)(如重金屬)對(duì)生物降解作用的抑制；電子受體(營(yíng)養(yǎng)物)釋放的物理;物理因子(如低溫)引起的低反應(yīng)速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學(xué)能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復(fù)處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達(dá)到指標(biāo)的濃度要求。
5.應(yīng)用前景及建議：
隨著生物技術(shù)和基因工程技術(shù)的發(fā)展,土壤生物修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復(fù)技術(shù)、植物生物修復(fù)技術(shù)和菌根技術(shù)的綜合運(yùn)用將為有毒、難降解、有機(jī)物污染土壤的修復(fù)帶來(lái)希望。為此,建議今后在生物修復(fù)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)方面加強(qiáng)做好以下幾項(xiàng)工作:
(1)進(jìn)一步深入研究植物超積累重金屬的機(jī)理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價(jià)態(tài)、形態(tài)及環(huán)境因素的關(guān)系。(2)加強(qiáng)微生物分解污染物的代謝過(guò)程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)對(duì)污染物的修復(fù)作用與植物種類具有密切關(guān)系。
(3)應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)與基因工程技術(shù),使超積累植物的生物學(xué)性狀(個(gè)體大小、生物量、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)周期等)進(jìn)一步改善與提高,培養(yǎng)篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構(gòu)建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對(duì)污染土壤生物修復(fù)的效率。
(4)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境,協(xié)調(diào)土著微生物和外來(lái)微生物的關(guān)系,使微生物的修復(fù)效果達(dá)到最佳，并充分發(fā)揮生物修復(fù)與其他修復(fù)技術(shù)(如化學(xué)修復(fù))的聯(lián)合修復(fù)作用。
(5)盡快建立生物修復(fù)過(guò)程中污染物的生態(tài)化學(xué)過(guò)程量化數(shù)學(xué)模型、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及安全評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理指標(biāo)體系。
結(jié)論
綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)由于土壤重金屬來(lái)源復(fù)雜,土壤中重金屬不同形態(tài)、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產(chǎn)生各種復(fù)合污染物的復(fù)雜性增加了對(duì)土壤重金屬治理和修復(fù)難度,且重金屬對(duì)動(dòng)植物和人體的危害具有長(zhǎng)期性、潛在性和不可逆性,同時(shí)進(jìn)一步惡化了土壤條件，嚴(yán)重制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速發(fā)展，所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力，研發(fā)出更好的效率更高的修復(fù)治理技術(shù)，同時(shí)我們還不應(yīng)該忘記必須加強(qiáng)企業(yè)自身的環(huán)保意識(shí)，提高企業(yè)自我約束能力，始終將防治污染積極治理作為企業(yè)工作的頭等大事來(lái)抓，把企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染程度降到最低限度，形成全社會(huì)都來(lái)重視土壤污染問(wèn)題的良好環(huán)保氛圍，逐步改善我們的土壤生態(tài)環(huán)境。
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