珠江三角洲典型微彎河道險段成因分析及整治措施研究

段民華

(廣東省水利電力勘測設計研究院,廣東 廣州 510635)

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珠江三角洲典型微彎河道險段成因分析及整治措施研究

段民華

(廣東省水利電力勘測設計研究院,廣東 廣州 510635)

通過河道水文及河床演變分析方法,研究了珠江三角洲典型微彎河道險段(以潭州水道雷滘段為例)成因,并結合河工模型試驗手段,研究確定了以貼岸拋石護坡和短丁壩群相結合的整治措施,且已應用于本工程實際,目前工程運行良好,河段堤岸穩定。

珠江三角洲；典型微彎河道；整治措施

珠江三角洲網河區傳統險工險段大多集中于彎道河段,受河勢影響形成深槽逼岸彎道險段。然而近些年隨著珠江三角洲地區經濟不斷發展,相應服務于經濟發展的橋梁、碼頭及取排水等涉水建筑物也顯著增多,而涉水建筑的建設又相應的改變了其所在河道的水流條件,尤其是部分大型涉河建筑物選址及結構不盡合理,使部分原本河勢較敏感的河道水流結構發生不利變化,加之上游來水來沙條件發生變化,往往成為河道險段形成的主要誘發因素。本文以潭州水道雷滘險段為例,分析了影響險段形成的主要因素,結合河工模型試驗成果,提出了相應的整治措施。

1 河道概況

潭洲水道位于珠江三角洲網河中部,起于南莊紫洞,終于順德西?？?是西、北江三角洲的重要行洪通道之一。潭洲水道雷滘河段位于順德區北滘鎮大沙大橋(建設于1996年)至雷滘涵閘之間,左岸為群力圍、右岸為南順二聯圍,屬潭洲水道下游河段。雷滘河段河道左、右岸堤間距200～310 m,左岸群力圍堤外大沙大橋橋位附近有大面積灘地突出,灘面高程在2.0～3.0 m之間,主河槽最窄處寬約130 m,而右岸南順二聯圍堤外護堤灘地相對較窄,形成典型微彎河道,彎道河勢(見圖1)。近年來河道右岸南順二聯圍部分堤坡及堤腳線不斷淘刷后退,雖多次拋石護底,但經過幾次大洪水后部分拋石流失,堤腳沖刷后退趨勢仍未改變,局部堤腳后退達30 m左右,堤坡坡度變為1∶1.5,深槽與堤頂高差接近13 m,嚴重影響了堤防的安全穩定,迫切需要對該險段進行整治。

圖1 潭洲水道南順二聯圍雷滘險段位置示意

2 險段形成原因

1) 大沙大橋建成于1996年,本次河演分析以1998年初河道地形資料為大橋建成初期河道地形資料,而以2010年河道地形資料為大橋運行14 a后對比分析地形資料,對河床平面、橫向及縱向變形進行分析[1]。

從雷滘河段河道深槽分布可知(見圖2a),河道深槽在河床演變a斷面處橫向開始明顯偏向右岸,至大沙大橋橋位附近深槽明顯居右,形成局部深坑(見圖2b),下行至雷滘水閘附近深槽逐漸居中偏右,且逐漸下降延伸至下游。從雷滘河段橫斷面形態情況可知(見圖3),河床演變b斷面位于橋位區域,至2010年其近右岸河床形成1個河底高程在-7 m左右的深槽；河床演變c、d斷面右岸堤圍在-1 m高程以下堤腳后退最大達30 m左右,部分堤腳坡度僅有1∶1.5,嚴重影響堤岸穩定。

圖2a 雷滘河段深泓平面變化示意

圖2b 雷滘河段深泓垂向變化示意

圖3 雷滘河段典型橫斷面斷面形態變化

從雷滘河段近年來河床演變情況可知,受左岸大面積突出灘地影響,形成彎曲河勢,水流動力軸線沿主槽凹岸下行；另外大沙大橋建于河道主槽最窄處,其橋墩和橋臺占用河道局部河段行洪面積較大,特別是其雙排橋墩與河道主流斜交角度大于30°,水流受天然河勢影響,在大沙大橋上游附近主流已趨于沿右岸下行,隨后再受斜交橋墩擠壓挑流,橋位下游右岸局部堤圍堤腳出現明顯淘損。因此,彎道河勢及大沙大橋斜交橋墩挑流是大沙大橋附近深槽右移下切、右岸堤角淘刷且局部出現深坑的主要原因。

2) 珠江流域西、北江在1994—2008年接連發生大洪水,作為北江洪水重要下泄通道的潭州水道分流量也呈增大態勢[2],相應水流動力作用有所加強,河床及岸灘整體趨于沖刷下切趨勢。因此,上游來水增大是導致河道整體沖刷下切的主要客觀因素。

3) 潭州水道北滘段屬于珠江三角洲平原腹地,河段上層岸坡為河漫灘相的粘性土,下層為河床相的粉砂、粗砂,具有二元結構。河底為淤泥質粘土,飽和、流塑狀,高壓縮性,極易被水流沖刷。因此,河道岸坡抗沖能力較差亦是堤坡坡腳下切后退的內在誘因。

4) 雷滘河段曾多次進行拋石護底,但由于拋石粒徑及位置存在偏差,且所拋散粒狀的塊石抗沖能力差,經過幾次大洪水后部分拋石流失,堤腳沖刷后退明顯,局部堤腳后退達30 m左右。因此,河道堤坡整治措施不當是堤腳拋石流失的重要人為原因。

3 整治措施研究

3.1 整治方案布置

整治工程一方面從增大險段處堤外護岸灘臺寬度及增加堤腳抗沖能力入手,另一方面著重采取減小險段岸坡水流流速,將主流挑離近岸的工程措施,從而達到保護堤腳,穩定堤岸的目的[3]。首先，結合雷滘險段上、下游堤外灘地現狀及河道主流流勢布置整治線。從護岸擴灘、整流防沖及對河道行洪影響等水流方面綜合分析,具體提出了以下推薦整治措施(見圖4)。

1) 平順拋石護腳：雷滘險段大沙大橋附近河段堤坡受橋墩及河勢雙重影響,堤坡及堤腳沖刷程度較下游段嚴重,通過拋石護腳等工程措施增加堤外灘臺寬度,提高坡腳的抗沖刷能力,同時避免使橋墩近區水流更趨復雜,影響橋墩安全。結合現狀地形,近右岸深槽高程介于-7.0～-8.0 m之間,部分堤腳坡度僅為1∶1.5,于外坡設置一干砌石平臺,寬5 m,高程2.0 m(與堤外灘地高程持平),按1∶2.5坡度拋投塊石至-4.0 m高程；-0.5 m高程以上設置500 mm厚干砌石護坡,-4.0 m以下拋投四面體壓腳棱體,棱體外坡1∶2.5,內坡1∶1。

2) 短丁壩群：雷滘險段雷滘水閘附近河段堤坡及堤腳沖刷相對緩和,采用的短丁壩群壩頭伸出岸邊不遠,挑流較和緩,不會劇烈改變流場,同時又能促使壩田區水流形成緩流或弱回流流態,有利于泥沙回淤,起到穩定堤腳的作用[4]。結合現狀條件下河道地形及水流流態,在整治線范圍內,沿右岸南順二聯圍現狀堤坡布置8條正挑短丁壩,壩頭連線與河道整治線一致。壩頂高程2.0 m,壩長自堤岸2.0 m高程位置延伸至整治線。壩間距取壩長的5倍,壩頭坡度1∶2.5,迎水坡1∶1.5,背水坡1∶2.5。

圖4 雷滘河段河道地形及整治方案布置示意

3.2 整治效果分析

1) 河道水流流速變化分析

試驗研究表明：橋位局部河段拋石護岸整治后,右岸整治區域坡面流速整體呈減小趨勢,堤坡最大流速為1.22 m/s(P=1%洪水),但流速減小區域相對較??；堤腳流速有所增加,增幅最大為0.21 m/s,在保證局部水流順直的同時也有效降低了近岸流速；短丁壩群護岸后河道主流受短丁壩挑流作用逐漸偏離右側堤岸,右岸近岸流速及壩田區流速除壩1和壩2之間壩田受上游來流影響,最大回流流速為0.43 m/s,其余壩田區水流流速基本都在0.40 m/s以下；丁壩壩頭區流速最大為1.46 m/s。

2) 河道水流動力軸線及水位變化分析

試驗研究表明：整治后,水流動力軸線過大沙大橋以后取直明顯,主流基本偏離右岸險堤岸,明顯減弱了水流對右岸險段的沖刷作用,同時河道中央流速增大明顯,對于河道形態向深槽居中趨勢發展有明顯作用。整治后,由于整治措施占用河道過流面積不大,且大洪水時整治工程淹沒水下,局部水位壅高相對不明顯,工程前、后整個河段河道水位變化基本在0.03 m以內,不會對左右岸堤圍防洪造成影響。

3) 丁壩壩頭流速變化分析

試驗研究表明：整治工程實施后丁壩壩頭區域流速有所增大,最大流速達1.46 m/s,考慮到丁壩壩頭外坡腳易受水流沖刷淘蝕,為保證丁壩穩定,在丁壩壩底及壩腳處拋填厚度為100 cm的網袋石以增強壩頭的抗沖能力,以保證壩后堤防的安全穩定。

4) 整治措施對河道行洪影響分析

試驗研究表明：護岸工程或丁壩群整治方案后,由于占用河道過流面積小于2%,且大洪水時整治工程淹沒水下,在P=1%洪水條件下,由于整治方案引起的河道水位壅高在0.03 m以內,不會對左右岸堤圍防洪造成影響。

總體來看,平順拋石護坡在有效增大灘臺寬度同時,又避免了橋墩近區流速增大的不利影響,短丁壩群在把水流挑離河岸使得水流動力軸線向左偏移,同時又在丁壩壩田區形成緩流或弱回流流態,有利于挾沙水流在壩田區淤落,形成自然河岸灘,起到有效保護堤腳的作用,基本達到了緩流落淤的預期效果。

4 結論

1) 結合河道演變及模型試驗成果分析認為：潭洲水道南順二聯圍雷滘險段的形成主要受上游來水來沙條件變化,河道自身河勢、河床地質組成情況、整治措施不到位及涉水橋墩挑流等因素影響。

圖5a 雷滘險段整治前衛星照片 圖5b 雷滘險段整治后衛星照片

2) 整治措施試驗研究表明：在涉水橋墩附近采用平順拋石護岸,能夠在保證岸灘穩定同時,盡量減小對橋墩近區水流產生不利影響；同時，按整治線布置的短丁壩群能使逼岸水流動力軸線外移,有效降低了灘地及近岸水流流速,在丁壩壩田區形成弱回流,控制了壩田區泥沙的沖刷,達到了緩流落淤的目的,本研究提出的整治措施經設計單位和河道主管部門審查，已與2011年應用與實際工程(見圖5),目前工程運行5 a來,整治工程運行良好,工程河段堤岸穩定。

[1] 錢寧,張仁.河床演變學[M].北京:科學出版社，1987．

[2] 羅憲林.珠江三角洲網河河床演變[M].廣州：中山大學出版社，2002．

[3] 崔承章,熊治平.治河防洪工程[M].北京:中國水利水電出版社，2004．

[4] 劉燕,江恩惠.丁壩布置形式與河道整治目的的承輔關系[J].人民黃河，2007(4)：13-14．

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Dangerous Causes Analysis of Typical River in the Pearl River Delta Micro Bend and Treatment Measures

DUAN Minhua

(Guangdong Hydropower Planning &Design Institute, Guangzhou 510635, China)

Based on river hydrology and river bed evolution analysis method, causes of the Pearl River Delta typical micro bend river dangerous section (Tanzhou channel LeiJiao section as an example) are studied. And combined with physical model test, combination measures of bank revetment and short groins are determined to apply to the actual project. The project is running well, and so river embankment is stable.

the Pearl River Delta；typical micro bend channel；remediation measures

2016-04-11;

2016-04-28

段民華(1982),女,本科,助理工程師,從事水利工程設計工作。

TV85

B

1008-0112(2016)03-0018-04