河道整治工程中沖刷深度的計算與選取

李曉夢　戴　雪　尹飛翔

（黃河勘測規劃設計有限公司，河南　鄭州　450003）

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河道整治工程中沖刷深度的計算與選取

李曉夢戴雪尹飛翔

（黃河勘測規劃設計有限公司，河南鄭州450003）

摘要：根據已有河道水力條件，利用相關沖刷深度計算公式，對河道整治建筑物丁壩、人字垛及平順護岸的沖刷深度進行數值計算，并對計算結果進行分析，按照經濟條件及治理思路選取合適的平均沖刷深度。

關鍵詞：河道整治工程；沖刷深度；治理思路；選取

在現代治河工程中，為了抵御河水沖刷兩岸，一般對沖刷坑用相應的塊石進行填充，要確保河岸穩定安全，就要確定合適的沖刷深度來計算填充料的方量。

河道整治工程中主要利用的建筑物包括丁壩、人字垛及平順護岸，這三種形式建筑物建成后都強制改變水流的方向或者限制水流的形態，若不加防護會很快在建筑物的根部沖刷出一定范圍的大坑，影響建筑物的安全穩定。因此在實際使用中，需計算建筑物相應水流條件下的沖刷深度，利用塊石等穩定性好的填充材料進行填充保護。所以，沖刷深度的準確性和與實際情況的契合性，對于河道整治建筑物的設計來說十分重要。為了對現有的多種沖刷深度計算公式進行比較驗證，筆者選取工程中比較常用的4種公式，分別根據某河的水文資料進行計算，同時進行比較，提出設計值選取的思路［1］。

1　丁壩、壩垛的沖刷深度計算

根據最新的河道整治設計規范推薦以及工程界常用的公式，選取如下4種計算公式計算壩垛的沖刷深度。

1.1K.B.馬特維也夫公式

沖刷深度按K.B.馬特維也夫公式計算：

式中：hs為沖刷坑水深（m）；α為水流與丁壩軸線夾角（度）；v為丁壩壩前水流行近流速（m/s）；g為重力加速度（m/s2）；d為床沙粒徑；k1為與丁壩在水流法線上投影長度b有關的系數；k2為與丁壩邊坡系數m有關的系數。

1.2E·B·波爾達柯夫公式

河床質粒徑較細時沖刷深度按E·B·波爾達柯夫公式計算：

式中：hs為沖刷坑水深（m）；h0為行進水流深（m）；v為壩前行進流速（m/s）；m為根石邊坡系數；α為水流方向與壩垛軸線夾角（度）。

1.3Siow Lim Yong公式

Siow Lim Yong公式為：

式中：D50為床沙中值粒徑，取0.03m；Fr0為渾水弗勞德數；b,為丁壩沿水流方向投影長度。

1.4張紅武公式

張紅武公式為：

式中：v0為水流的行進流速；h0為行進水流深度；v為水流黏性系數；D50為床沙中值粒徑；Sv為體積含沙量；γs為泥沙容重；γ為水容重。

2　計算成果

利用以上4種計算公式，通過對某河道A、B、C、D、E 和F六個河段的洪水情況和中水情況分別進行計算，計算成果如下。

2.1E·B·波爾達柯夫公式

E·B·波爾達柯夫公式的計算結果見表1。

2.2Siow Lim Yong公式

Siow Lim Yong公式的計算結果見表2。

表1 E·B·波爾達柯夫公式的計算結果

3　計算成果分析

通過利用以上2種公式分別進行計算，計算出了不同工況下水流對河床的沖刷程度，經過對此段河道河床的探摸，根據已有經驗，E·B·波爾達柯夫公式計算出的結果更接近于實際情況，在本段河道治理時，選取了6.00m作為沖刷深度，而E·B·波爾達柯夫公式計算出的沖刷深度平均值為6.17m。

可見在計算河道沖刷深度時，需要選用合適的公式，并且在選取沖刷深度值時應考慮工程治理的具體情況，河床演變發展的速度及經濟條件，不能僅憑公式計算值就確定沖刷深度，同時還需要考慮實際已建工程的沖刷深度探摸情況［2］。

3.1沖刷深度探摸

對已建工程沖刷深度的探摸十分重要，結合沖刷深度計算公式的計算值，對探摸情況和計算值進行對比，選取合適的計算公式，取更接近實際情況的數值作為沖刷深度選用值［3］。

3.2結合河床演變速度

根據河床演變速度，如果河床演變發展較快，即需適當加大河道沖刷深度值的選取，考慮更穩妥的方案對河道進行防護。若演變較慢，可適當減小沖刷深度選取值。

表2 Siow Lim Yong公式的計算結果

3.3結合經濟情況

適當考慮工程可用資金情況，資金充足的情況下，可以選用偏保守的取值。反之，則可選取允許范圍內盡可能小的沖刷深度值，或者分期分批建設。

參考文獻：

［1］中華人民共和國住房與城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.河道整治設計規范 GB50707-2011［S］.北京：中國標準出版社，2011.

［2］中華人民共和國水利部，中華人民共和國住房和城鄉建設部.堤防工程設計規范 GB50286-2013［S］.北京：中國標準出版社，2013.

［3］于鐵柱，周城，孫鐵軍.黃河內蒙古段河道整治工程沖刷深度計算［J］.人民黃河，2014（3）：4-6.

中圖分類號：TV85

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5168（2016）02-0092-03

收稿日期：2016-01-17

作者簡介：李曉夢（1988-），女，助理工程師，研究方向：水工設計。

Calculation and Selection of Scour Depth in River Harness Project

Li XiaomengDai XueYin Feixiang
（Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract:According to the existing river hydraulic conditions,the groins,herringbone dams and revetments scour depth were calculated with Related formulas,and the results were analyzed.At last,the suitable aver?age scour depth choosing should be based on economic conditions and harnessing ideas.

Keywords:channel harness project；Scour depth；river harnessing；choose