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长江上游航道多属山区河流，碍航礁石浅滩分布较多，随着长江经济和航运发展对航道维护尺度要求的提高，需要通过爆破清礁的方式进行航道整治以实现航道的安全通航能力。然而爆破清礁会对工程水域生态环境造成严重影响，其产生的冲击波对四大家鱼的损伤作用极为显著。因此，开展水下爆破冲击波的传递规律研究，明确冲击波对鱼类的损伤效果和四大家鱼的临界安全压力，针对性提出冲击波作用下的四大家鱼安全防护方案具有重要理论价值与现实意义。
目前内河航道的水下爆破冲击波传递规律研究和冲击波压力对四大家鱼的损伤及防护研究方面尚无系统完整的研究结果。鉴于此，本文基于现场监测实验和数值模拟计算相结合的方法，开展水下爆破冲击波传递规律及影响因素研究，揭示四大家鱼损伤程度及特性，明确四大家鱼所能承受的冲击波安全临界压力值，提出适用于实际工程的生态防护方案及论证。主要工作及结论如下：
（1）依托砖灶子水下爆破清礁工程、玄坛庙及鸡翅膀炸礁工程、三峡泄水箱涵水下爆破开挖工程、黄草峡炸礁工程、重庆市果园港重大件码头工程大件泊位港池开挖工程等五个水下爆破清礁工程，对水下爆破冲击波峰值压力进行现场监测实验，开展冲击波峰值压力传递规律研究。本研究共进行了40次水下钻孔爆破冲击波现场监测实验，共得到80组不同爆源距（8~400米）、炸药量（6~234kg）、炮孔数（1~12个）及水深（6.2~22.0米）的水下钻孔爆破冲击波峰值压力数据。结果表明，水下爆破冲击波峰值压力极大，可以达到106Pa以上；水下钻孔爆破冲击波压力为瞬间压力，从产生到结束在20ms内完成。通过监测数据拟合得到冲击波压力随时间衰减的理论公式和冲击波在水体中的峰值压力经验公式，拟合系数R2分别为0.87、0.85，表明拟合公式可较为准确的反应冲击波峰值压力随距离及药量的传递规律。
（2）在现场监测的基础上，综合考虑礁石、封堵物、炸药、水体以及空气等因素的状态方程，通过数值模拟对对水下钻孔冲击波峰值压力传递规律及其影响因素进行研究，研究结果显示，爆破冲击波以爆炸中心为原点呈球状形式向四周水体扩散；冲击波到达水面时发生反射，产生明显的削弱作用。冲击波传递规律影响因素分析结果显示，相比于单孔爆破，双孔、三孔、四孔爆破可以将冲击波压力分别衰减10%~50%、50%~60%、60%~80%，表明炸药量一定，炮孔数量越多，冲击波峰值压力越小；爆破水深为5m的冲击波峰值压力比爆破水深为16m的冲击波峰值压力平均减少了37.3%、50.5%、60.1%和68.5%，表明爆破水深越小，冲击波峰值压力衰减越快；流速对冲击波传递影响可忽略。
（3）基于现场水下爆破冲击波压力作用下的四大家鱼损伤观测实验，对四大家鱼受冲击波压力作用的损伤特征及其安全临界压力进行判定，结果表明，10-15cm的青鱼和草鱼在7.06×105Pa的冲击波峰值压力作用下基本死亡；10-15cm的鲢鱼和鳙鱼在7.06×105Pa的冲击波峰值压力作用下50%死亡；15~30cm的鲢鱼幼鱼在20.00×105Pa的爆破冲击波峰值压力峰值压力作用下受损严重，死亡率超过60%；水下爆破冲击波作用下四大家鱼的主要受损器官为脑部神经、鱼鳔和肝脏，其余受损较严重的器官有胆囊、脾脏、肠道、体腔、眼睛等，损伤程度随鱼类体长的增加而减弱；鲢鱼和鳙鱼的压力承受能力相对于青鱼和草鱼略强；四大家鱼中5~30cm幼鱼的安全临界压力约为0.14×105Pa，30cm以上成鱼的安全临界压力约为0.75×105Pa。
（4）通过作用机理分析，阐明水下毫秒微差爆破技术可以提升爆破效果，提高施工效率，控制爆破冲击波的初始峰值压力；通过现场监测实验结果对比，明确气泡帷幕技术一般可将冲击波在传递过程中削减90%以上；通过鱼类安全临界压力、冲击波传递规律经验公式及各滩险附近的鱼群位置对工程各滩险处的生态防护方案进行论证，结果表明：佛面滩爆破清礁区的工程设计符合四大家鱼生态安全要求；头外梁、大渡口、大梁、菜籽梁、和尚滩爆破清礁区域在进行工程设计时应在鱼群活动区域与爆破区域中间加装气泡帷幕，以保证附近鱼群不受到爆破冲击波损伤；老虎梁爆破清礁区域在工程方案设计时应同时采用水下微差钻孔爆破技术与气泡帷幕技术，以保证附近鱼群不受到爆破冲击波损伤。
目前内河航道的水下爆破冲击波传递规律研究和冲击波压力对四大家鱼的损伤及防护研究方面尚无系统完整的研究结果。鉴于此，本文基于现场监测实验和数值模拟计算相结合的方法，开展水下爆破冲击波传递规律及影响因素研究，揭示四大家鱼损伤程度及特性，明确四大家鱼所能承受的冲击波安全临界压力值，提出适用于实际工程的生态防护方案及论证。主要工作及结论如下：
（1）依托砖灶子水下爆破清礁工程、玄坛庙及鸡翅膀炸礁工程、三峡泄水箱涵水下爆破开挖工程、黄草峡炸礁工程、重庆市果园港重大件码头工程大件泊位港池开挖工程等五个水下爆破清礁工程，对水下爆破冲击波峰值压力进行现场监测实验，开展冲击波峰值压力传递规律研究。本研究共进行了40次水下钻孔爆破冲击波现场监测实验，共得到80组不同爆源距（8~400米）、炸药量（6~234kg）、炮孔数（1~12个）及水深（6.2~22.0米）的水下钻孔爆破冲击波峰值压力数据。结果表明，水下爆破冲击波峰值压力极大，可以达到106Pa以上；水下钻孔爆破冲击波压力为瞬间压力，从产生到结束在20ms内完成。通过监测数据拟合得到冲击波压力随时间衰减的理论公式和冲击波在水体中的峰值压力经验公式，拟合系数R2分别为0.87、0.85，表明拟合公式可较为准确的反应冲击波峰值压力随距离及药量的传递规律。
（2）在现场监测的基础上，综合考虑礁石、封堵物、炸药、水体以及空气等因素的状态方程，通过数值模拟对对水下钻孔冲击波峰值压力传递规律及其影响因素进行研究，研究结果显示，爆破冲击波以爆炸中心为原点呈球状形式向四周水体扩散；冲击波到达水面时发生反射，产生明显的削弱作用。冲击波传递规律影响因素分析结果显示，相比于单孔爆破，双孔、三孔、四孔爆破可以将冲击波压力分别衰减10%~50%、50%~60%、60%~80%，表明炸药量一定，炮孔数量越多，冲击波峰值压力越小；爆破水深为5m的冲击波峰值压力比爆破水深为16m的冲击波峰值压力平均减少了37.3%、50.5%、60.1%和68.5%，表明爆破水深越小，冲击波峰值压力衰减越快；流速对冲击波传递影响可忽略。
（3）基于现场水下爆破冲击波压力作用下的四大家鱼损伤观测实验，对四大家鱼受冲击波压力作用的损伤特征及其安全临界压力进行判定，结果表明，10-15cm的青鱼和草鱼在7.06×105Pa的冲击波峰值压力作用下基本死亡；10-15cm的鲢鱼和鳙鱼在7.06×105Pa的冲击波峰值压力作用下50%死亡；15~30cm的鲢鱼幼鱼在20.00×105Pa的爆破冲击波峰值压力峰值压力作用下受损严重，死亡率超过60%；水下爆破冲击波作用下四大家鱼的主要受损器官为脑部神经、鱼鳔和肝脏，其余受损较严重的器官有胆囊、脾脏、肠道、体腔、眼睛等，损伤程度随鱼类体长的增加而减弱；鲢鱼和鳙鱼的压力承受能力相对于青鱼和草鱼略强；四大家鱼中5~30cm幼鱼的安全临界压力约为0.14×105Pa，30cm以上成鱼的安全临界压力约为0.75×105Pa。
（4）通过作用机理分析，阐明水下毫秒微差爆破技术可以提升爆破效果，提高施工效率，控制爆破冲击波的初始峰值压力；通过现场监测实验结果对比，明确气泡帷幕技术一般可将冲击波在传递过程中削减90%以上；通过鱼类安全临界压力、冲击波传递规律经验公式及各滩险附近的鱼群位置对工程各滩险处的生态防护方案进行论证，结果表明：佛面滩爆破清礁区的工程设计符合四大家鱼生态安全要求；头外梁、大渡口、大梁、菜籽梁、和尚滩爆破清礁区域在进行工程设计时应在鱼群活动区域与爆破区域中间加装气泡帷幕，以保证附近鱼群不受到爆破冲击波损伤；老虎梁爆破清礁区域在工程方案设计时应同时采用水下微差钻孔爆破技术与气泡帷幕技术，以保证附近鱼群不受到爆破冲击波损伤。