基于遼寧西部山區中小河道治理淺析

王清君，馬自學

(1. 遼寧省北票市河務管理處，遼寧 北票122100;2. 遼寧省北票市水利勘測設計隊，遼寧 北票122100)

1 河流特性

遼寧西部山區中小河流的形成，主要是水流的沖刷和侵蝕過程。因此河谷橫剖面常呈發育不完全的V 字形或U 字形。河床縱剖面一般比降陡峻，絕大多數均在1‰以上，其平面形態極為復雜，河岸線極不規則。山區河流水文特點是匯流時間短，徑流系數大，降雨強度也大，洪水來的猛、落的快，峰高而尖瘦。山區河流大部分地區屬于季節性河流，山區河流的流態，由于受極不規則的河床形態的影響，十分紊亂，常有回流、旋渦、跌水、水躍、橫流等出現，流象極為險惡。

2 山區中小河道治理

2.1 河道整治的原則

根據北票市山區中小河道治理的經驗，其治理應遵循以下原則:

全面規劃，綜合治理;因勢利導，重點整治;因地制宜，治管結合;兼顧上下游、左右岸、當前與長遠關系;小流域綜合治理與河道治理相結合;工程措施與生物措施相結合;清除行洪障礙物與修建治河工程相結合;除害興利、治理與開發并舉的原則。

2.2 河道整治線(治導線)的確定

山區中小河流，在進行治理前要編制河道整治規劃，確定整治的任務和要求，并進行河道特性分析，選定設計參數，對不同方案進行分析比較，論證每一個方案的工程效益和經濟效益，經過經濟、技術等多方面的分析比較，最后選擇一個最優的整治方案。

設計參數，是實施河道治理的主要技術依據，主要有:設計流量、整治線、設計河寬等。洪峰流量是直接威脅工程安全的主要因素，因此，其設計洪水的計算，主要以確定洪峰流量為主，并充分考慮造床流量、河相關系，最后確定整治線(治導線)。

整治線(治導線)規劃設計的內容，一般包括治導線位置的確定、線型的選擇、治導線寬度的計算及如何固定治導線等。治導線應該根據當地具體情況，按照因勢利導、因地制宜的原則，盡可能照顧水流運動的規律，充分利用有利的自然條件，在盡可能擴大效益的同時，力求節約投資，合理布置治導線，山區中小河道治導線一般布置成直線式，治導線寬度按照設計洪峰流量推求，固定治導線采用工程措施和生物措施兩種形式。

3 山區中小河道治理措施

在治導線確定之后，根據治導線的要求，采用不同類型的治河建筑物，來保證治導線的實施。治河建筑物很多，包括工程措施和生物措施兩大類。工程措施花費的勞力多，投資大，需要大量的石料和水泥、鐵線等建筑材料，但它建成后可較快的投入運用，且在大溜頂沖的河段上，往往必須設置這樣的工程結構，才能達到護岸保灘的作用;生物措施投資小，省勞力，但在植樹種草的初期，樹小根淺，抗御洪水的能力小，一旦遇上洪水，就可能被沖毀破壞。若經過2 ～3 a后，林草根深葉茂，盤根錯節，將地面固結保護起來，則可以抗御一定的洪水，因而生物措施越久越堅固，工程措施則不然。

3.1 工程措施

適用地段。工程措施一般適用于河道的中上游，因山區中小河道中上游的比降大，水流急，對壩體的沖刷較大，同時，河床多為粗卵石或粗砂，缺乏植物存活的土壤，植物生長緩慢，近期很難發揮作用。因此，中上游要以工程措施為主。

建筑物類型。順河堤是河道治理中用的最多的建筑物，它的作用是控制河勢，束窄河床，形成治導線的邊界，以約束水流，保護兩岸。中小河道治理要以順壩為主，因山區河道河床較窄，若使用長丁壩，水流紊亂，易使對岸工程遭到破壞，壩頭沖刷坑較大，丁壩本身防護也比較困難。

順河堤的布置。順河堤一般直接布置在治導線上，當堤的臨水面坡腳以外，設計有保護堤腳的措施時，治導線則應從這些措施的外緣算起，此時順河堤應在治導線以外。順河堤應與洪水的方向大致平行。當河堤改變走向時，應采用具有一定曲率半徑的和緩曲線逐漸過度，切忌彎曲過急。曲率半徑一般為治導線寬度的4 ～8 倍，兩同向彎道間直線過度段長度為治導線寬度的1 ～3 倍，兩同向彎道彎頂間距離為治導線寬度的12 ～14 倍。

順河堤結構的選擇。工程措施主要有干砌石、漿砌石、鐵絲石籠、砂壩護坡等結構。因漿砌石造價較高，這種剛性結構不利于消殺水勢，會使水流淘刷加劇，當河床下切時，常產生斷垮而失事。因此，在中小河道治理中，一般采用砂壩護坡和鐵絲石籠兩種形式。鐵絲石籠壩。在河道斷面較窄，流速比較大的地段，如當地有石料，河堤可采用鐵絲石籠形式。石堤頂寬一般1 m左右，邊坡系數為0.3 ～0.5，堤頂超高0.5 m。這種石堤費工費料較多，投資較大，對基礎要求較高，因此，必須對基礎進行加固。砂壩護坡結構。這種砂土堤投資小，易于修建，在堆筑砂壩過程中，可進一步疏浚河床，清除行洪障礙物，節省修筑防洪壩后再進行疏通河床的費用，因此，在山區中小河道上比較實用和經濟。堤頂寬度一般3 m左右，邊坡系數≥2，其堤頂超高一般比石籠壩高一些，石籠壩一般0.5 m，而砂壩一般1 m左右。由于砂土堤抵御洪水的沖刷能力差，因此要進行護坡。在北票市治河中，采用砂壩、混凝土預制板護坡、漿砌石基礎的結構比較經濟，因山區河道砂石資源豐富，可直接利用河砂預制混凝土板，在日常管理中也比較方便。其厚度一般8 ～12 cm，形狀為矩形或六菱形，因考慮人力施工方便的要求，每塊面積≤0.3 m2。通過北票市老寨川治河婁家店段(砂壩護坡形式)和寶國老段(石籠壩形式)兩個鄉鎮比較，砂壩護坡的使用資金比石籠壩低20% ～30%。

工程措施的基礎處理。修建河堤后，束窄了天然河道，改變了原來的水流狀態，一般能引起河床的普遍沖刷，經過一段時間后，水流與河床又在新的條件下達到了新的平衡。目前，山區中小河流基礎的處理還沒有比較可靠的確定基礎沖刷深度的公式，一般按照推移質輸砂公式推算，但也十分粗略。在治理中，一般按照公式加經驗的方式，按照已建工程的運行情況確定。根據北票市治河經驗，山區順直河段河道比降在4% ～8%的，基礎深度一般1 ～1.5 m，凹岸河段可根據該彎道的曲率半徑及順直河寬等因素綜合確定，但不能低于2 m。下面介紹3 種加固基礎處理的方法，分別為“搭子”加固、沉排加固和短小丁壩加固。“搭子”加固:通過我地區治河經驗，對石籠壩加固用石籠“搭子”比較經濟和安全。石籠“搭子”直徑一般0.6 ～1 m，探入河身長度5 m左右，其間距一般10 ～20 m，因“搭子”屬于柔性，其頂部可以隨著水流的淘刷而逐漸自動下沉，直至達到沖淤平衡。同時，“搭子”壓在主壩上，增加了自重，壩體的穩定性會相對增加。北票市老寨川治河工程便采用了這種結構，效果很好。在2000年8月16日，老寨川流域降雨達到10 a 一遇標準，水深1.1 m，而且降雨強度較大，按照設計，其主壩高1.6 m，頂寬1 m，“搭子”直徑為0.8 m，探入河身長度4 m，間距20 m，這次洪水過后，基礎未受到任何沖刷，而且在“搭子”之間形成厚度3 ～10 cm的淤泥區，對于以后栽植護堤林起到很好的作用。沉排加固:前面介紹的砂壩護坡結構對基礎要求很高，可采用石籠沉排對基礎進行加固，因沉排頂部與河床齊平，對水流沒有挑流，同時沉排屬于柔性，其頂部可以隨著水流的淘刷而逐漸自動下沉，直至達到沖淤平衡。沉排寬度不應低于2 m，厚度在0.5 ～0.8 m。在實踐中，這種形式的防洪效果也比較好，2000年8月16日，老寨川流域降雨達到工程設計的十年一遇標準。婁家店鄉段治河位于老寨川河的中上游，水深達到1.1 m，砂壩高1.6 m、混凝土預制板護坡為邊長60 cm厚10 cm的六菱形、漿砌石基礎深80 cm、石籠沉排寬2 m厚60 cm，洪水過后，局部沉排隨洪水的淘刷頂部出現下沉10～40 cm，已基本穩定，主壩及基礎均安然無恙，主流河床也已經穩定。在設計標準洪水內經受住了考驗。短小丁壩加固:山區河勢迅猛，在凹岸段由于水流在重力和離心力的共同作用下，會產生表面水流流向凹岸、底層水流流向凸岸的螺旋流，這種水流結構加劇了對凹岸的局部沖刷，因此，凹岸必須對基礎進行加固處理，在實踐中，在凹岸采用短小石籠丁壩群來保護基礎比較安全，布置時應遵循短小成群、上疏下密、上順下挑的原則，長度一般為6 m左右，且角度適中，丁壩的長度應根據堤岸、灘岸與治導線距離確定，不能過長。過長的丁壩，或是將水流逼向對岸，給對岸堤防造成新的威脅，或是被水力所破壞，丁壩被攔腰折斷，加重本岸下游負擔，不僅造成人力、物力、財力上的浪費，而且險工依然存在。丁壩的間距一般為壩長的1 ～3 倍，間距的確定宜根據凹岸的曲率半徑確定，曲率大，間距要小，曲率小，則間距要大。同時，丁壩必須成組設置，形成群體態勢，且丁壩間應結合坡式護岸，否則丁壩下游紊亂的水流極易對堤防產生沖刷破壞。在河道陡彎段，水流比較急，流速較大，對此種險工治理不宜采取強硬的措施，而應采取分期治理的步驟，采用介于壩式護岸與坡式護岸之間的盤頭，也稱磯頭形式，往往能取得更好的效果。此種形式，亦守亦攻，首先限制水流向堤岸侵襲，逐漸的將水流導離岸邊，達到治理效果。北票市老寨川河婁家店鄉段和寶國老鎮段在凹岸便采用了丁壩護基礎的方式，曲率半徑為400 m，分別設置了5 座4 m長的丁壩，在前面所說的降雨中，丁壩間形成了淤積，其凹岸主壩和基礎未產生任何影響。

3.2 生物措施

適用地段。生物措施一般適用于河道下游的順直河段及凸岸河段，因山區下游河道比降較小，水流相對緩慢，河道兩岸一般為淤積砂土，植物栽植后較易成活。

生物措施的布置。在山區中小河道上，一般采用在砂土堤臨水坡腳栽種植物的方法來緩流落淤，固堤護基。按照河道的治理標準，在擬栽植植物的外邊緣上布置整治線，為防止河水沖刷，其河道要布置成寬淺式。

植物品種的選擇。根據北票市治理經驗，遼寧西部山區中小河道堤防坡面及護腳采用沙棘比較適宜，因沙棘屬灌木類植物，抗旱，其根系發達，裸露地面后可續根，護岸護灘能力極強，同時其本身有刺，也可防止動物及人為破壞。沙棘栽植一般在臨迎水坡腳10 m左右，株間距一般50 ～100 cm。沙棘成活后2年便可發揮作用。為提高經濟效益，在背水坡一般采用沙棘與速生楊混植的方式，速生楊栽植為4 m×4 m，沙棘栽植寬度臨背水坡腳10 m。北票市黑城子河下游興順德段便采用了這種方式，如今 沙棘長勢旺盛，在防洪中發揮了重要作用。沙棘后側是重點田和速生楊，效益也十分明顯。

4 結 論

北票市近年來中小河道的治理措施采用工程措施與生物措施結合，取長補短，近期以工程措施掩護生物措施，遠期則生物措施鞏固和加強工程措施，收到長期穩定堅固，投資小，作用大的結果。因此，在山區河道治理中，要合理的選擇治理形式，達到既經濟又安全。

［1］柳學振，佟明輝. 治河與防洪［M］. 北京:水利電力出版社，1991.

［2］錢寧，萬兆惠. 泥沙運動力學［M］. 北京:科學出版社，1983.

［3］侯暉昌. 河流動力學基本問題［R］. 北京:水利出版社，1982.

［4］袁作新. 工程水文學［M］. 北京:水利電力出版社，1993.

［5］武漢水利電力學院水力學教研室. 水力計算手冊［R］. 北京:水利出版社，1980.