河道治理規(guī)劃設(shè)計(jì)方法及若干措施

黃繼艷

(遼寧省凌源市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院，遼寧 凌源122500)

0 前 言

伴隨著社會和國民經(jīng)濟(jì)的增長，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程速度加快，基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量不斷增加的同時(shí)，人們對防洪安全的要求也隨之越來越高，近些年來許多河道整治相關(guān)問題越發(fā)突出。比如由于沒有修堤導(dǎo)致若干河道兩岸灘地洪水漫溢，由此造成百姓財(cái)產(chǎn)遭受不必要的損失;河道產(chǎn)生一定的行洪困難，河道開始不斷發(fā)生淤積，進(jìn)而導(dǎo)致河道兩岸邊灘出現(xiàn)垃圾嚴(yán)重堆積的現(xiàn)象;兩岸植被也就自然而然的受到一定破壞，進(jìn)而水土發(fā)生一定流失，出現(xiàn)河道環(huán)境污染的現(xiàn)象。因此河道治理方面研究顯得尤為重要。

1 河道治理規(guī)劃設(shè)計(jì)方法

首先在河道治理工程開展之初，需要做好河道治理相關(guān)的設(shè)計(jì)和治理規(guī)劃工作。

河道治理規(guī)劃設(shè)計(jì)分為枯水、中水、洪水設(shè)計(jì)。枯水河道治理的目的是保障引水和通航需求;洪水治理的目的是抵御洪水泛濫，以此來確保百姓生命財(cái)產(chǎn)安全;平水河道的治理對于控制河勢，穩(wěn)定河床是非常重要的，中水河道的相關(guān)治理規(guī)劃又叫做河勢規(guī)劃，又因河道治理的關(guān)鍵是穩(wěn)定與調(diào)控中水河道［1］。因此本文主要針對中水河道來闡述規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。

1.1 設(shè)計(jì)流量與設(shè)計(jì)水位的確定

中水河道治理通常采用造床流量作為設(shè)計(jì)流量。這是因?yàn)橹兴拥朗窃谠齑擦髁康拈L期作用下形成的，通常把平攤流量當(dāng)做造床流量;設(shè)計(jì)水位為與河漫灘齊平的水位，該水位與治理工程建筑物高程大致齊平。

1.2 治理線的布設(shè)

中水河道的治理線，主導(dǎo)著河道河勢的大致格局，由此中水河道整治的布設(shè)是河道治理規(guī)劃的主要任務(wù)。治理線的布設(shè)即確定治理線的平面線型、位置、平面尺度。

1.3 河道橫斷面的設(shè)計(jì)

我們通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在河道上游和下游選取所謂的模范河段，即所選河段水深沿程變化很小、河岸略呈彎曲、深槽長、淺灘短，過渡段沙埂方向與水流垂直，并且枯水期無分汊現(xiàn)象;河道水主流穩(wěn)定，流態(tài)平順，流速適中，洪、枯水流向交角較小。然后計(jì)算出該河段在設(shè)計(jì)流量下的斷面河相關(guān)系，并以此為據(jù)來確定規(guī)設(shè)計(jì)劃河段的斷面尺寸和形狀［2］。

中水河道的斷面尺寸是由河床的地質(zhì)條件和來沙來水條件來決定的。

式中:h 為河道平均水深，由hmax= φh，φ 值由實(shí)測資料確定;J 為河道比降;n 為河道糙率系數(shù);B為相應(yīng)于平灘流量而言的河寬，ξ 為通稱河相系數(shù)，可由相應(yīng)河道實(shí)測資料確定;Q 為設(shè)計(jì)流量，常取造床流量或平灘流量，m3/s;最后再測量h、hmax，B 即可按斷面積相等的原則，考慮河岸土質(zhì)的穩(wěn)定性，最終確定出設(shè)計(jì)斷面的尺寸和圖形。

由上述公式可得在設(shè)計(jì)河道治理斷面時(shí)。可通過聯(lián)解有關(guān)公式求得河道的寬度和平均深度。

2 若干河道治理措施

在天然河道中，各類型的河段具有不同的形態(tài)和演變特性，治理措施也不盡相同。對于坑挺型的天然河道，我們可根據(jù)河道水流特點(diǎn)、河道彎曲程度、河道地質(zhì)構(gòu)造，然后判斷出河岸要發(fā)生的演變趨勢;本文就4 種常見河道治理措施展開分析研究。

2.1 蜿蜒型河道治理

在沖積平原河道中，蜿蜒型是一種相當(dāng)普遍的河型。蜿蜒型中平順河段是一種較為理想的河段，崩岸強(qiáng)度小且位置固定，但實(shí)際中大部分蜿蜒型河段形態(tài)是蜿蜒曲折的，在輸沙不平衡和彎道環(huán)流雙重作用的影響下，會出現(xiàn)彎道凹岸崩退沖刷，凸岸發(fā)生淤長，蜿蜒曲折的程度加劇，在平面上發(fā)生位移等現(xiàn)象，待發(fā)展至一定程度便會發(fā)生自然裁彎，危及農(nóng)田、村鎮(zhèn)的安全，若彎道泄水受阻，還會增加洪水災(zāi)害發(fā)生幾率。因此對蜿蜒型河道整治是極其重要的［3］。

根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)蜿蜒型河段的治理措施主要有兩大類:①裁彎曲直，改變現(xiàn)狀，使其向有利方向發(fā)展;②穩(wěn)定現(xiàn)狀，禁止其向不利方向發(fā)展。

措施一是采用人工裁彎工程改變有適度彎曲的連續(xù)河灣，將其河勢穩(wěn)定下來，將迂回曲折河道進(jìn)行人工改變。

人工裁彎工程分為內(nèi)裁和外裁兩種。內(nèi)裁一般是通過狹頸最窄出，線路短可節(jié)省土方量。外裁的引河進(jìn)出口與上下游彎道難以達(dá)到平順銜接的要求，而且線路長，采用較少。

人工裁彎工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有的河段開挖引河獲得成功，但亦有的經(jīng)過一段時(shí)間后，其上下游又出現(xiàn)了新的彎曲段，河道形成彎彎曲曲的平面形態(tài)，既有水流運(yùn)動塑造河床形態(tài)的內(nèi)在因素，又有著河床形態(tài)、土質(zhì)、縱坡等影響水流運(yùn)動的外在原因影響。

措施二是當(dāng)河灣發(fā)展至適度彎曲的河段時(shí)，對彎道凹岸及時(shí)加以保護(hù)，也就是實(shí)施護(hù)岸工程，以防止彎道繼續(xù)惡化。只要彎道的凹岸穩(wěn)定了，過渡段就可隨之穩(wěn)定。

為將上述兩種治理措施很好地應(yīng)用于實(shí)際問題河道中，還需在大量的實(shí)踐中不斷探索，不斷增長河道整治經(jīng)驗(yàn)，將措施一、二逐步完善。

2.2 游蕩型河道治理

該類型河道具有河道縱向淺、橫向?qū)挼奶攸c(diǎn)，構(gòu)成河床的物質(zhì)相比其它類型河道松散，當(dāng)洪水發(fā)生時(shí)，其水位陡漲陡落，洲灘密布，泥沙淤積較為嚴(yán)重，汊道較多，主流擺動幅度大且頻繁。

整治泥沙是治理游蕩型河段的主要任務(wù)。本著綜合治理、兼顧標(biāo)本的徹底治理游蕩型河段，可采取“下排上攔，兩岸分滯”控制洪水，“調(diào)、放、挖、攔、排”處理和利用泥沙。“調(diào)”即利用中游的水庫，排細(xì)沙，攔粗沙，由于水沙異源，據(jù)此來調(diào)水調(diào)沙通過增大下游的輸沙能力，來達(dá)到減少河床泥沙淤積的目的。“放”、“挖”即是通過挖河和放淤措施，在下游處理一部分泥沙，例如為達(dá)到加固堤防的目的，我們可以開展淤臨、淤背、引洪、淤灌等措施進(jìn)行治理，“下排”即根據(jù)河道防治工程和河道治理的現(xiàn)狀，利用現(xiàn)行河道盡可能多地將進(jìn)入下游的洪水和泥沙輸送入海。

2.3 分叉型河道治理

針對分汊型河段的治理措施有:汊道的堵塞、改善、固定。措施具體表現(xiàn)在上游的節(jié)點(diǎn)處、汊道的入口處和江心洲首尾修建治理建設(shè)工程。穩(wěn)定汊道和節(jié)點(diǎn)控導(dǎo)，通常將平順護(hù)岸作為其治理工程。

江心洲首尾部位的工程措施通常是在上游修建魚嘴，在下游修建分水堤。魚嘴其前端窄矮、浸入水下，頂部沿流程逐漸擴(kuò)寬增高，與江心洲首部平順銜接;分水堤的外形與魚嘴恰好相反，其平面上的寬度沿流程逐漸收縮，改善示意圖如圖1 所示。

在采取治理措施前需要做一些準(zhǔn)備工作，首先先分析汊道的分沙分流現(xiàn)狀和分沙分流的演變規(guī)律，然后視具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)對應(yīng)工程實(shí)施方案。可在上游節(jié)點(diǎn)處修建控導(dǎo)工程，這樣可以控制來沙來水條件，為此來改善上游河段的現(xiàn)狀;為了改變兩汊道的分沙分流比，可以在汊道的入口處修建導(dǎo)流壩或者順壩;通過在洲尾修建導(dǎo)流順壩來達(dá)到改善江心洲尾部水流態(tài)的目的。改善示意圖如圖2所示。

堵塞汊道主要有修建順壩、丁壩和鎖壩等措施。用順壩、丁壩堵塞汊道，一般情況下會比鎖壩的效果為好。圖3 為利用丁壩堵塞非通航汊道，將江心洲轉(zhuǎn)化為河漫灘的例子。

圖1 固定汊道工程措施

圖2 改善汊道工程措施

圖3 丁壩封閉汊道

2.4 順直型河道治理

在順直河道中，河道邊界順直，灘地及主槽的水流均具有一定的行洪能力。

順直型河道中的不穩(wěn)定狀態(tài)河道，不利于引水、航運(yùn)、港埠、防洪，順直型河道的治理措施為首先將邊灘穩(wěn)定下來，使其達(dá)到穩(wěn)定整個(gè)河段的目的。穩(wěn)定邊灘的工程措施，有淹沒式丁壩群，一般為上挑式，壩頂高程在枯水位以下，壩檔可以落淤，促使邊灘的淤長。在多沙河流上，也可采用編籬榪槎等簡易措施，防沖促淤。當(dāng)邊灘個(gè)數(shù)較多時(shí)，施工程序應(yīng)從最上游的邊灘開始，然后視下游各邊灘的變化情況逐步進(jìn)行治理。工程完成后，河道斷面得到了相應(yīng)的調(diào)整，整個(gè)河段逐步穩(wěn)定下來。

對于順直型中小河道來講，發(fā)生超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水是正常事，河道不建橡膠壩工程，這樣河道會靠“自動調(diào)節(jié)作用”使洪水順利通過的概率是很高的;而修建橡膠壩工程的河道失去了“自動調(diào)節(jié)作用”，則通過超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水的概率大大降低，這是值得引起河道治理相關(guān)工作者重視的地方。建議措施為，第一種措施是橡膠壩地板采用中間低，兩邊高呈凹字的形式，人為地形成“主槽”和“邊灘”，這樣可以使洪水通過橡膠壩時(shí)主流線居中，既能增加泄洪能力，又能減緩洪水對兩岸的沖刷;第二種措施是加強(qiáng)橡膠壩的上下游一定范圍內(nèi)兩岸的防護(hù)措施和提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這樣提高安全保證率的同時(shí)，也會增加投入成本。

3 總 結(jié)

筆者嘗試淺談河道治理規(guī)劃的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，然后針對河道治理關(guān)鍵的中水河道的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作展開探討，包括設(shè)計(jì)流量和水位的確定、治理線的布設(shè)、河道橫斷面的設(shè)計(jì)原則和方法。然后針對蜿蜒型、游蕩型、分汊型、順直型4 種常見河道，就其特點(diǎn)、整治原則，提出若干治理措施。

河流破壞作用會引發(fā)一系列問題，針對產(chǎn)生的這一系列問題提出相應(yīng)河道治理措施，可在一定程度改善河道現(xiàn)狀，對于保障當(dāng)?shù)匕傩盏恼Ｉ睢⑸a(chǎn)也至關(guān)重要。合理的河道治理措施有利于穩(wěn)定灘涂，提高灘區(qū)的土地利用價(jià)值，有利于改善兩岸各種大、中、小型提灌站的引水條件，沖灘塌岸現(xiàn)象也將大大減少。

若利用混凝土的透水多孔性質(zhì)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可減少污染物的滲透，又可降低污染物在水中的濃度，也減輕了河道兩旁的農(nóng)田和飲用水污染;若利用生物浮床技術(shù)修復(fù)河道后，在水面上栽培有強(qiáng)烈吸附作用的水生植物，這樣可以降低水體富營養(yǎng)化的程度，能在一定程度上減少河道環(huán)境污染程度。

如果生態(tài)混凝土工程措施實(shí)施和河堤工程修建后，在混凝土空隙的化學(xué)物理作用和所形成生物膜的生物的雙重作用下可以在一定程度上降解河道中的污染物，將大大提高河道生態(tài)環(huán)境，改善河道環(huán)境治理現(xiàn)狀。

［1］熊治平. 河流概論［M］. 北京:中國水利水電出版社，2011:101 －131.

［2］王宗俠，段淵古. 城市河道景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)方法探析［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，8(01):32 －34.

［3］吳加寧，董福平. 浙江省河道治理思路與措施［J］. 中國水利，2004(01):41 －43.