蜿蜒河道變遷與其對應治理工法的探討

姜書鋒 JIANG Shu-feng；趙玲 ZHAO Ling

（鄭州市水利建筑勘測設計院，鄭州450000）

0 引言

我國伊河流域因中央山脈高聳地勢陡峭，致河道短而流急，夏季雨量豐沛洪峰流量教大，并且受到全球氣候變遷的影響，水文的不確定性增加，豐枯更形懸殊，治理工作極為困難；雖然土地高度利用開發，以筑堤束水治理改善淹水面積，仍無法為上策的舉；因應社會與環境變遷，河道所扮演角色亦趨多元化，整體規劃與重建政策，使河道空間多目標利用、維護河道生態機能，進而建立親水環境，使河道治理與河道環境相結合。

歷年來蜿蜒河段的研究以模型試驗與數值計算探討者較多，以現地觀測方法研究甚少。蜿蜒河段（河道）為河道自然的特征，本文主要研究伊河盧氏縣以南44km的張村河段的治理，本河段經國內專家學者現場會勘所評定擇取為最佳試驗河段，并且主要以第二曲段為研究對象，藉由已往的工作經驗成果，并經由現場的調查與試驗與工程規劃設計，提供日后近自然工法的參考，并為工程結合生態設計的考量，以對應工程布置于蜿蜒河道的預期效果。

1 工程概況

伊河全長268km，在盧氏縣一帶，由于70年代為了發展經濟而在伊河兩岸山上亂砍濫伐，導致水土流失情況較為嚴重，河床淤積，河道斷面逐漸變小，排洪能力明顯削弱，每至汛期兩岸村莊受淹現象較為嚴重，而且河道兩岸防洪堤分布雜亂，防洪標準低，且伊河盧氏縣以南44km的張村河段是典型的蜿蜒河段，游蕩性河道河勢多變，河床沖淤劇烈且幅度大已嚴重威脅流域內人民生命財產安全和旅游景觀。

2 研究河段流路變化量分析

本河段經航測研究河段，對流路變化共分六處變動量，逐一檢討其三十年間流路的變化量結果分析如下：

①No.1：該彎曲段變動量約40米，流路右岸為凸岸地勢較平坦，左岸為凹岸且地勢為高崁地兩岸落差甚大，僅在65年后流路逐漸靠右，72年以后流路尚稱穩定。

②No.2：該彎曲段變動量約35米，右岸處有排水流入，以致流路變動較少，雖然兩岸地勢相當，但右岸為凹岸水流攻擊處，早期業主布置堆疊拋石。

③No.3：該彎曲段變動量約70米，右岸大都屬臺糖公館農土地，雖兩岸地勢較平均，但臺糖對農場有施設護岸及修復工程，以確保農場土地；經查農場自67年后即有維修工程，由圖中可知65年后流路有往南移且流路也較穩定。

④No.4：該彎曲段變動量約75米，流路右岸為凸岸地勢較平坦，左岸為凹岸且地勢為高崁地兩岸落差甚大，經探討可能于上游右岸早期農場布置護岸，以致該轉彎處成銳角彎曲，早期該處縣府應有修護工程，經查前水利局第五工程處于80年間有修復工程，82年間正式施設混凝土護岸工程；但經歷年來流路變化有往下游北方移動。

⑤No.5：該段雖為直線段但變動量相當大，約140米，兩岸地勢平坦低洼，且經連續蜿蜒河段的彎曲后，歷經洪水或豪雨漫淹過，有如辯狀流路即為不穩定的流路，經82年后水利局治理后較趨穩定。

⑥No.6：該段原為不明顯彎曲段，也歷經洪水或豪雨漫淹過，65年及81年流路變動量約40米，該段雖農場也曾多次施設丁壩，仍為水流攻擊面。

3 高低水治理對流路的影響

河道為維持水流正常功能所必需的基本流量，對于高低水治理，仍為河道計劃中所要優先設定計劃洪水量，對于計劃堤線、縱橫斷面以及將來維護也值得重視，除工程治理外河道周邊環境整理及因應面對生態考量，工程治理后對環境正負面影響，尤其對蜿蜒河道如何保有淺、瀨、潭區，以低水路來說過寬亦造成亂流而淤積，隨的河道雜草叢生，無法達到低水流路的功能，一般低水治理的計劃洪水量約1～2年洪水頻率，而高灘地的高度大約再1～2年頻率的計劃高加一米，顧及高灘地過低時，遭洪水侵襲將高灘地土砂層推移無法確保護岸，又面臨流域開發過度地水文因子改變，目前均采較保守的計劃洪水量，以所謂建槽流量約為實測流量的50～60%左右，作為低水治理的工程布置門檻；致于縱斷計劃應考量沖刷與淤積，若為沖刷段布置護岸工及固床工，淤積河道其相對為出水高及堤防高度，往往治理（束洪）后經不起洪水的考驗，僅將堤防加高，致于疏浚河道較為不易（相關配套措施或用地），相對于凹岸或灘岸造成災害或基礎刷深，較難預測，因此應考量河段的深槽最低點處為堤基深度。

針對蜿蜒河道治理工作，基本上個人對彎曲流或上述所考慮因素外，傅汝德數與R/B變化亦相當重要不再討論，但彎曲段的水理村本等人研究試驗可得知：

①彎曲角與比能量及水位變化有關，彎曲角θ小于600影響最大，彎曲角130～600范圍流速分布由自由旋渦型轉移到強制旋渦型，1300～2100成為等流狀況。

②曲率半徑/河寬的比(R/B)為3以下影響最大，一般R/B=10～20左右，不得已時R/B＞5。

③彎曲段必需增擴，因外側水位上升，增擴于曲線內側約河寬3倍以利銜接上下游。

4 第二彎曲段探討分析

早期水利建設大多以竹、石、木材為主分段實施，二十幾年來水利工程建設僅對防災需求日益增高，隨經濟增長大量使用混凝土，人類與水爭地，然工程人員未能充分了解大自然中生物與食物鏈棲息環境間的關系，且對于河道生態環境影響評估較不重視，以致河道生態系、河道型態遭受侵蝕與破壞；已往多以防洪觀念來治理，多采用可節省用地及達到避災的效果，逐堤束水免于水患的威脅或采臨時性保護措施。隨著時代環境背景演進，經濟增長人民生活追求的目標，對于生活環境品質、資源利用、環境生態保護的永續，河道治理的觀念與策略亦受沖擊，如何因應面對以營造未來河道新趨勢。

該段可分低水治理與高水治理，低水治理每逢洪水或毫雨侵襲所遭沖刷土地流失為免災害持續擴大所施設的保護。

5 結合生態工程高低水治理工法的探討

隨著許多歐、美、日等先進國家已逐漸改變以往水利工程的觀念與方法，即以“治水、利水、環境”三者并重，替代單純以“治水”的整治觀念，以謀求維護自然的河道生態系。期能透過生態及水利專家的共同研究，經由現場棲地復育、保育及生態水利規劃設計的試驗，以建立達成河道防災及水資源開發目的，并兼顧河道生態與自然資源保育的水利工程方法，作為水利工程規劃設計的依據，俾使河道資源永續利用。

研究河段從此結合生態工程，以現況環境的調查分、學者專家的意見及參酌國內外相關研究，以充實規劃設計的內容與實用性。分別就生態工法的理念（設計原則、規劃要點、生態工法的功能、施工期間注意事項與可能遭遇的問題）生態工法的河道整治要項與生態工法的應用（護岸的生態工法、河道的生態工法與濱溪原生植物建議等）作探討；并已搜集國內、外生態水利工程與河道棲地復育、保育相關文獻資料。

5.1 工程設計理念 本區段尚未施設堤防前，采拋石護岸及蛇籠丁壩為主，僅能針對灘岸做保護，防止灘岸災害持續擴大及河道流路改變，但仍抵擋不了洪水侵襲，導致河道改變，土地流失；工程局配合辦理執行計劃工程時，就以安全為基礎，生態為導向進行規劃設計，參考國內專家學者指導及建議，擬定堤防斷面，做水利生態工程的可行性方案。

第二彎曲段工程標準斷面，工程堤線位于第二彎曲段深潭中，流路施工前遭連續臺風影響，地形流路雖有變化第二彎曲段深潭淤積，大原則仍依計劃工法進行：依公告治理計劃堤線布置，以就地取材并辦理河道整理，堤趾采混凝土基礎，并以三排混凝土塊三排為護腳工，護坦工以15m寬造灘。

前坡：一區，以干砌塊石（Ф=0.3m后墊碎石子T=0.2M）再以掛籠（1.0M*0.6M L=10M）施設；二區：以干砌塊石（Ф=0.3m后墊碎石子T=0.2M）再以每三十米施設竹樁編柵丁壩共設十二處。坡面工堤前坡（1:1.5）采復式斷面，以混凝土坡面工（T=0.3M）為主。

堤后坡（1:2）以蜂巢格網填土植生。

5.2 經工法檢討分析 該彎曲段經筑堤經深槽中心，需大量開挖，河道流路必需改道，受最大考驗工程構造物施設的工法如何面對洪水侵，由于面臨生態考量，經專家學者一再建議避開深潭，顧及水流攻擊面，以造灘寬15米一并河道整理保持原有流路寬度，使流路彎曲度較緩，原樁號0+750～1+050段遠離流路，未布設造灘，該段受地形變化堤前坡基腳護坦，采拋石護坦工，樁號1+150的后堤線緊沿灘岸仍以造灘方式，低水護岸造灘前坡分別采石籠及干砌塊石。完工后歷經幾場豪雨后，低水流路寬度變小，護岸干砌塊石樁號1+150～1+300受損，其余尚稱完整。

6 建議

6.1 研究河段(試驗河段)，應藉由工程進行，對施工斷面的演進與棲地環生態調查與監測，應持續計畫進行并改善棲地環境研究，如水生植生工法、砌石工法及生態塊等，并提供水利工程人員為設計規劃的依據。

6.2 研究河段的第二彎曲段的混凝土坡面覆土植生，水邊域可利用石塊或混凝土塊造就棲地環境。

[1]謝鑒衡.河床演變及整治[M].北京:中國水利水電出版社，1997.

[2]許炯心.黃河下游游蕩河段清水沖刷期河床調整的復雜響應現象[J].水科學進展，2001，12(3):291-299.

[3]姚文藝，劉海凌，王衛紅.河型變化段河上動床模型設計方法研究[J].泥沙研究，1998(4):14-20.