지질 구조 사이버네틱스의 예 - 장강 홍수 방지를 위한 지질학적 기초

홍수는 대규모 자연재해입니다. 베이징청년보는 1998년 10월 18일 보도했다. 민정부가 발표한 1998년 재난 상황에 따르면 10월 12일 현재 전국적으로 3억 8천만(회)이 각종 재난으로 피해를 입었고 4,610명이 사망했다. 재해로 인한 직접적인 경제적 손실은 3072억 위안이다. 특히 홍수기 이후에는 1954년에 양쯔강 유역 전체에 홍수가 발생했습니다. 넌장(Nenjiang)과 송화강(Songhua River) 유역은 역사적 기록을 뛰어넘는 재앙적인 홍수를 겪었습니다. 많은 성(省)과 지역에서 재해가 반복되어 심각한 피해를 입었습니다. 민정부 통계에 따르면, 전국 29개 성(시)에서 2억3000만명(회)이 재난으로 피해를 입었고, 3656명이 재해로 사망했고, 2044만명이 긴급재해를 입었다. 733만 가옥이 무너지고 1,379채의 가옥이 피해를 입었으며, 2,544만 헥타르의 농작물이 피해를 입었고, 614만 헥타르의 홍수로 인해 2,642억 위안의 경제적 손실이 발생했습니다. 1998년 홍수로 인한 경제적 손실은 자연재해로 인한 손실의 80% 이상을 차지했다.

홍수 이후 각계각층이 반성하고 논쟁 끝에 결론을 내렸다. “우리에겐 선택의 여지가 없다. 한편으로는 상류지역의 삼림벌채를 즉각 중단해야 하고, 다른 한편으로는 즉각 중단해야 한다. , 중하류 지역의 준설과 복원을 시급히 강화해야 한다”며 “이러한 관점에서는 홍수 조절보다 홍수 조절이 더 중요하다”고 말했다. 1998년 10월 18일, 베이징청년일보(Beijing Youth Daily)는 "중국과학원 전문가 100여명이 장강 유역 전체의 생태환경 재건을 요구한다"는 제목으로 전문가들이 홍수조절 비전을 제시했다고 보도했다. 장강에 대한 "상류저류, 중류방지, 하부배수" 즉, 우선 녹색저수지로 알려진 산림에 다량의 빗물을 저류하고, 상류에 댐을 건설하여 빗물을 조절한다. 홍수를 예방하기 위해 중류 지역에는 댐을 강화하고 홍수 전환 지역을 마련하는 등 종합적인 조치를 취하고, 하류 지역에서는 홍수 저류 지역을 확대하여 배설을 촉진합니다. 이러한 의견은 의심할 여지 없이 정확하지만 포괄적이지는 않습니다. 하늘에서 물이 떨어지며, 홍수의 축적은 식생의 파괴로 인해 발생하며, 강의 퇴적물 함량이 높기 때문에 식생이 대량으로 파괴되어 홍수가 발생하고 하천이 침적되는 중요한 원인이 됩니다. 그러나 지상에 매달린 하천이 형성되어 홍수가 발생할 수 있는 것은 이것이 전부는 아니다. 저자는 홍수 조절 제방의 설계가 단지 기반에만 국한되어서는 안 된다고 생각한다. 수문학적 데이터에 관한 것뿐만 아니라 지질학적 데이터도 충분히 고려해야 합니다.

1. 큰 강에서 발생하는 홍수의 특징

홍수는 대기에서 땅으로 떨어지는 물의 흐름입니다. 홍수가 항상 재앙은 아닙니다. 홍수로 인해 강물이 범람하고 농경지와 마을, 마을이 물에 잠기고 경제적 손실이 발생하면서 재난이 발생합니다. 일반적으로 하천의 홍수는 강 양쪽의 경작지를 침수시킬 수 있으며, 심지어 작은 마을에서도 침수로 인한 경제적 손실은 일반적으로 크지 않습니다. 현상입니다. 큰 하천으로 인한 홍수는 주로 홍수 조절 제방의 위반으로 인해 발생합니다. 강 양쪽의 제방이 높을수록 제방 붕괴로 인한 홍수로 인한 재해가 커지는 현상은 주로 큰 하천이 장강과 황하의 홍수를 일으킬 때 발생합니다. 지상 강은 홍수의 주요 위험입니다.

지상현수란 제방으로 둘러싸인 하천 수로의 수위가 제방 밖의 지반보다 높은 현상, 즉 하천의 수위가 지반보다 높은 현상을 말한다. . 장강(長江)과 황허(黃河)의 중하류에는 지상에 하천이 흐르고 있다. 홍수 시 제방 붕괴는 제방 범람, 제방 붕괴, 배관 해일로 인한 제방 붕괴로 발생할 수 있다. 1998년 양쯔강 홍수 당시 홍수의 가장 큰 위협은 배관 해일과 홍수 범람이었다. 제방. 배관을 하는 주된 이유는 돌출된 하천의 높이와 제방 아래의 토질에 따라 조절되는데, 홍수가 발생하는 이유는 제방의 높이가 충분하지 않기 때문이므로 홍수조절계획 및 토목설계 시 반드시 고려해야 한다.

2. 지상 하천의 원인

양쯔강과 황하의 중하류에는 지상 하천이 있습니다.

1998년에 장강 징장 구역의 장강 제방은 일반적으로 지상에서 10미터 이상 높았습니다. 이는 지상에 떠 있는 하천이 일반적으로 황하에서 10미터 이상 높이에 쌓였다는 것을 의미합니다. 반복되는 홍수로 인해 지상의 수위가 낮아지고, 카이펑시 건설 당시 카이펑 고대도시가 지하 8m 깊이에 묻혀 있는 것으로 나타났습니다. 황하(黃河)의 지상강의 높이는 장강(長江)의 지상강의 높이보다 훨씬 높다. 그 이유는 황하(黃河)가 지상강을 형성하기 때문이다. 이 구간의 카이펑분지는 양쯔강에 의해 형성된 지상 현수 하천 구간의 강한분지의 지각 침하율보다 더 크다.

1998년 장강의 홍수량은 1954년보다 크지 않았지만, 홍수위는 1954년보다 높았다. 주요 제방은 높이가 2~3m에 달했는데(지반 침하로 인한 것일 수 있음) 이는 지상의 양쯔강이 지상에서 12~13m라는 것을 의미합니다.

지면에 흐르는 강은 어떻게 형성되나요? 수리학적 관점에서 볼 때 침적작용, 즉 장강과 황하의 물은 퇴적물 함량이 높기 때문에 중류와 하류에 퇴적되고 하천에는 퇴적되어 발생하는 것으로 추정된다. 바닥은 미사로 덮여 지상에 떠 있는 강을 형성합니다. 이 견해는 현실과 완전히 일치하지 않습니다. 역사적으로 황하수의 퇴적물 함량이 항상 매우 높았다는 것은 사실입니다. 그러나 장강의 경우는 그렇지 않습니다. 장강 제방의 건설은 진나라 때부터 시작되었으며, 신중국 건국 이후 상류의 식생이 파괴되어 장강의 물은 항상 맑았습니다. 도달하면 강의 퇴적물 함량이 점점 더 증가했습니다. 이로써 지상에 떠 있는 하천이 퇴적작용에 의해 형성되었다고 말하는 것은 현실과 모순됨을 알 수 있다. 저자는 지상에 하천이 생기는 원인은 주로 양쯔강과 황하의 지질학적 구조적 요인에 있다고 본다. 지상 하천이 있는 장강 범람원 지역은 지질학적으로 강한분지(Jianghan Modern Subsidence Zone)에 위치하며, 지상 하천이 있는 황하 범람원 지역은 지질학적으로 카이펑사그(Kaifeng Sag) 분지에 위치한다. 화베이 평원의 퇴적분지. 현대에 가장 심각한 침하를 경험한 카이펑 분지. 지각의 침하로 인해 하천이 범람하는 현상을 방지하기 위해 지반이 계속해서 가라앉으면서 제방이 늘어나게 됩니다. 물의 깊이가 증가하여 유속이 느려지고 진흙이 발생합니다. 지상에 떠 있는 강을 형성하는 것은 퇴적물 퇴적물이 아니라 땅바닥에 가라앉는 곳과 제방이 만들어지는 것임을 알 수 있습니다. 물, 지상에 매달린 강을 형성합니다. 단순히 높은 제방을 추구하는 것은 홍수를 예방하기 위한 좋은 전략이 아니라는 것을 알 수 있습니다. 특정 지질 조건에서는 제방을 부적절하게 높이면 홍수 예방에 반대 효과가 있을 수 있습니다. 따라서 성토를 올릴 때 지반이 지속적으로 가라앉는 것에 대한 지질학적 요인 대책도 함께 고려해야 한다.

3. 장강홍수 방지를 위한 지질대책

앞서 언급한 바와 같이 주요 침수경로는 ① 홍수로 제방이 범람하는 경우, ② 제방이 범람하는 경우 등이다. 성토 붕괴는 성토 붕괴 및 배관으로 인해 발생합니다.

홍수 범람은 주로 제방의 높이가 부족하여 발생합니다. 해결책은 제방을 높이는 것입니다. 제방 붕괴는 제방 시공의 품질을 조절하면 해결될 수 있지만 배관은 이 방법으로는 해결될 수 없다. 배관은 배관을 생성하는 조건을 줄여 제어해야 합니다. 배관이 발생할 수 있는지 여부는 주로 제방 기슭의 토양 조성과 침투수에 의해 형성되는 침투압에 의해 결정되거나, 동적수압의 크기는 침투수의 탈출경사에 따라 결정됩니다. 토질은 객관적으로 존재하는데, 동수압이나 침투수의 탈출기울기는 제방의 축조와 관련되어 있으며, 제방을 높이면 침투수위가 높아지거나 탈출기울기가 증가하여 동적수압이 증가하게 된다. . 동적수압 PV, kg/cm2는

지질공학의 원리

위 수식은 ρ가 심한 흐르는 지하수의 동적수압이 투수계수와 수리력에 관련되어 있음을 보여줍니다. 경사 (탈출 경사의 제곱에 비례). 투수계수(K)와 동수경사(I)가 클수록 누수압력이 커지고 배관이 발생하기 쉬워집니다.

양쯔강과 황하에는 강이 돌출된 구간이 있는데, 이는 지질학적 충적토로 미세한 미사질 모래와 미사질 점토로 구성되어 상대적으로 배관이 발생하기 쉽습니다. 그러나 배관을 생성하기 위해서는 임계조건, 즉 임계탈출경사 또는 허용탈출경사 I0가 존재한다. 이 지수는 토양의 질뿐만 아니라 토양의 구조에 의해서도 결정되므로 종합적인 분석을 통해 제시되어야 한다.

요약하자면 삼림 벌채 금지, 산림 조성을 위한 산 폐쇄, 토양 및 수질 보존, 물 차단을 위한 댐 건설 등 장강 홍수 문제에 대해 제안된 기술적 해결책 외에도 두 가지 측면도 고려해야 합니다. :

(1) 근본적인 조치 - 토사 방출: 홍수를 형성하는 지상에 떠 있는 하천은 물을 담기 위해 만들어졌기 때문에 지각의 침하를 제한하면 지반 침하가 발생합니다. 침적을 받아들이면 제방과 지면 사이의 높이 차이가 계속해서 증가하고 숨겨진 위험이 점점 더 커지고 있습니다. 물을 막기 위해 제방을 쌓는다. 지각이 계속 가라앉으면서 위험도 계속해서 높아질 것이고, 제방을 계속 높여야 하는 것은 장기적인 해결책이 아니다. 장기적으로 가장 좋은 해결책은 미사를 버리는 것입니다. 즉, 침하대를 메우고 토사를 방출하여 성토의 높이를 낮추는 것은 실제로는 성토를 가압하여 배관이 되지 않도록 하는 것이다. 제방의 안전성을 높이는 것은 자연법칙에 순응하는 근본적인 해결책이며, 이를 위해서는 정부가 계획적으로 사업을 추진해야 하는데 이는 더욱 어렵다. 침하유역에는 도시가 많아 한꺼번에 이전하는 것은 어렵다. 그러나 저자는 이것이 문제에 대한 장기적인 해결책이 될 가능성이 있다고 믿습니다. 저자는 양쯔강과 황하강의 퇴적물 함량을 기준으로 20년 안에 유역을 침사시키는 것이 가능하다고 믿습니다. 지각의 침하율은 연간 1cm로 계산됩니다. 한 번의 침적은 적어도 1,000년 동안 평화를 보장할 수 있다고 추정합니다. 역사적으로 볼 때 양쯔강 제방은 금나라 때 건설되었으며 1,500년이 넘었습니다. 지금 한 번 토사로 덮으면 1,000년 이상 안전을 보장할 수 있어 장기적으로 볼 때 가치가 있습니다. . 전환도 관리 계획이지만, 지각이 안정적인 지역으로 경로를 변경하는 것이 가장 좋습니다. 그러면 이 지역의 지질 구조가 명확해야 하며, 특히 이 지역의 새로운 구조에 대해서는 세심한 실증이 필요합니다. . 지각은 항상 변하고 물은 아래로 흐릅니다. 강물을 통제하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 더욱이, 현재 강의 퇴적물 함량이 매우 높아 퇴적물 방출에 좋은 조건을 제공한다는 점에 유의해야 합니다. 현재 상류 지역에서는 토양 및 수자원 보호가 활발히 진행되고 있습니다. 가까운 장래에 퇴적 조치를 사용하면 강물이 맑아지고 퇴적물이 거의 없게 될 수 있으며, 장강의 홍수를 통제할 수 있는 조건이 마련될 것입니다. 더 이상 존재하지 않을 것이며 양쯔강의 홍수를 통제하는 것은 더욱 어려울 것입니다. 지금은 토사를 방출할 수 있는 드문 기회입니다. 지각침하가 언제 멈출지는 아직 알 수 없으므로 이 두 가지 해결책은 자연법칙에 규정된 것이며 치료가 불가능하다는 점은 분명합니다. 그러나 장기적인 평화와 안정을 위해서는 여전히 미사를 풀어주는 것이 최선의 정책이다.

(2) 비상 계획 - 제방을 높이고 강화하는 것은 간단하고 쉬운 비상 조치입니다. 제방을 높이고 강화하면 백년 동안 안전을 보장할 수 있습니다. 제방을 강화하고 높이는 경우 세 가지 측면을 고려해야 합니다.

a. 홍수가 제방으로 범람하는 것을 방지하는 유일한 방법은 제방을 높이는 것입니다. 제방 높이 결정은 수문학적 데이터뿐만 아니라 지각 침하율 데이터도 고려해야 합니다. 예를 들어, 수문학적 자료를 바탕으로 결정된 제방의 높이를 H, 지각침하속도를 a로 하고 제방의 설계사용기간을 100년으로 가정하면 제방의 높이를 100년으로 높여야 한다. 지각침하로 인해 a×100, 제방의 설계높이는 H+100a로 한다.

b. 배관을 높이면 배관의 가능성이 높아집니다. 구체적인 방법은 준설발을 사용하는 것입니다. 누출 방지 벽은 침투 경로를 증가시킵니다. 이는 비상 조치이며 간단하고 실행 가능한 조치입니다.

c. 제방 붕괴를 방지한다. 제방이 높아지면 제방 붕괴 위험도 높아진다. 성토를 보강하기 위한 중요한 방안은 성토 경사면을 합리적으로 설계하고 성토다리를 강화하며 성토를 넓히는 것이다. 이러한 이유로 제방 설계 시 동적 수압을 신중하게 고려해야 합니다. 강의 수위가 높아지면 외부 경사면에서 유출되는 물의 문제를 고려해야 하며, 물이 물러나는 경우 유출되는 물의 동적 수압을 신중하게 고려하고 적절한 보강 조치를 취해야 합니다. 따라서 성토 보강대의 일정 폭은 성토 외부에 남겨두어야 하며, 토지계획시 이 문제를 고려해야 한다.

현재 인간은 지각 침강을 통제할 수 없기 때문에 회피 정책만 취할 수 있기 때문에 토사를 방출하든 제방을 높이든 지상을 따라 구역을 제한해야 합니다. 큰 손실을 피하기 위해 강(사시, 우한, 주장 등)을 대도시로 개발합니다.

지질학은 홍수와 퇴적만을 고려한 홍수 예방 및 통제가 포괄적인 주제가 아니며 장강 홍수를 예방하기 위한 기본 기반 중 하나임을 보여줍니다. 포괄적으로 고려해야 합니다. 과학적 홍수조절설계를 수행할 때에는 충분한 수문학적, 기상학적 실증과 더불어 충분한 지질상태 실증이 필요하다. 지질 조건 실증에는 다음이 포함됩니다.

(1) 홍수 조절 설계 지역의 지질 구조 및 토양 구성 조사, 배관에 대한 허용 탈출 경사 I0 실증, 이는 홍수 조절 설계에 필요한 중요한 매개변수입니다. 홍수 통제 제방의 설계. 예를 들어, 제방을 올리고 수위를 높이면 탈출 경사 I가 실제로 허용 탈출 경사 I0보다 크면 제방에 배관이 생기고 제방이 파손되기 쉽습니다. 제방이 무너지는 것을 방지하기 위해서는 제방 외부의 지반을 들어올려(제방 기슭에 쌓인 토사를 제거하고, 토사를 풀어 제방의 높이를 높이는 등의 조치를 취할 필요가 있다.) 지반 등) 또는 제방 내부에 방수벽을 설치하여 침투경로를 넓히는 방법도 있다.

(2) 제방 높이 설계에 필요한 매개변수이기도 한 지각 침강 속도에 대한 조사 및 연구. 위에서 언급한 바와 같이 제방 높이의 설계는 수문학적 자료에 기초할 뿐만 아니라 제방 설계에 있어 중요한 매개변수인 지각 침하율도 고려해야 하며 면밀히 연구되어야 한다.