山區(qū)河流樞紐下游河彎灘整治技術研究

晏建奇

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院， 四川 成都 610000)

0 引言

我國山區(qū)通航河流中一般都建有樞紐和通航建筑物，且隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電站開發(fā)呈普遍之勢，因此，研究山區(qū)河流樞紐下游河彎灘的整治技術，最大限度地利用樞紐建成后的有利因素，使樞紐建成后對航道的不利影響降低到最低限度以及今后在我國類似的山區(qū)型河流中利用其成果服務于我國水運事業(yè)，都具有重要意義。

1 天然河流航道與非恒定流航道的差別

山區(qū)河流中的樞紐電站因下泄非恒定流，致使下游河彎灘航道與天然河流下的河彎灘航道特征不同。

（1）日水位變動頻繁

（2）灘險斷面水位變幅不一致

上下深槽的水位回升幅度大于淺灘脊水位回升幅度，淺灘脊水位回升值是上下深槽幅度的0.5～0.7倍，這種變化特性對行船不利。

（3）航槽水深和槽寬一日多變

大渡河沙樂段平枯水期寬淺型過渡灘灘脊處的峰流水深可達 1.8～1.9m，而低谷水深僅有0.8～0.9m，彼此差值約1.0m。

（4）低谷水位頻次多、歷時長

平枯水期，電站調峰低谷每日出現(xiàn)，多則3～4次/日，據(jù)大渡河沙樂段統(tǒng)計，低于天然流量的低谷水位每年出現(xiàn)約200次，持續(xù)總歷時約1300h。

（5）枯水期再現(xiàn)中水位

近壩河段，峰谷水位變差大，枯水期電站調峰流量大于天然流量，水位升高，中水位幾乎天天有。

（6）灘口處流向多變

峰流通過彎道時，行進流速大，慣性大，流線展直，彎曲半徑增大；低谷水位通過時，動能減弱，慣性減小，流線彎折，主流頂沖點上移，水流偏彎貼岸，彎曲半徑減少。

（7）水面縱比降多變

平枯水期，水位落差大多集中在淺灘河段，河彎灘尤為明顯，因為彎槽糙率大，阻力大，來水受彎道壅阻，河彎水位跌差集中在彎道進口，當峰流通過時，水位回升，縱比降減小，當?shù)凸韧ㄟ^時，水位降落，水面落差集中于灘口，縱比降增大，故河彎灘的縱比降是隨峰流的回升而遞減，隨低谷的下降而遞增。

（8）流態(tài)多變

低谷水位時，水流掃彎貼岸，泡漩彎水強烈，水流紊動強度大，流態(tài)險惡；但當峰流過灘時，主流展直，掃彎水強度削弱，紊動水流減緩。

（9）輸沙量減少，水流沖刷力度相對增大

2 山區(qū)河流樞紐下游河灣灘岷江長灘治理案例

2.1 灘險特征、整治工程設計

長灘是著名的中枯水淺彎險灘，平枯水期，水流被分割成三支汊，其左汊為彎汊，屬主航道，中汊為磧槽，洪水可通航，右汊為40年代的老航槽。長灘受上游樞紐下泄非恒定流影響，具備非恒定流航道的特征。

長灘在歷史上曾經(jīng)過多次整治，由于歷史的局限性和長灘河段的多變性，長灘的整治效果不是太理想，該灘的彎、窄、淺、險、急礙航嚴重，在大件航道的續(xù)建整治工程中，長灘便作為整治的重點灘險。

筑壩與疏浚結合，修整河形，減小洪中枯流向交角，導正流向，改善水流條件，增大彎曲半徑的整治原則符合該灘水沙運動規(guī)律和河床演變的規(guī)律。

通過物理模型試驗的支持，優(yōu)化出以洲頭壩為特征的治理方案進行實施。

（1）沿設計航線疏浚航槽，切除邊灘突嘴，浚深至設計水位以下2.2m（改善水流條件、增大彎曲半徑）。

（2）在江心洲筑洲頭壩（250m）、洲尾壩（90m）各一條，壩高為設計水位上1.0m（調整分流比、調順水流、低壩整治）。

（3）在彎槽左側深槽內(nèi)建3條潛壩，壩頂水深為設計水位以下3.0m，并將深槽回填至設計水位下3.5m（調整比降、改善流態(tài)）。

（4）在長灘進口右側邊灘上建3條短丁壩，壩高為設計水位上1.0m（利用下泄非恒定流枯水期再現(xiàn)中水位，中水位幾乎天天有，實行低壩整治）。

（5）將狗鉆洞原順壩壩頭段拆除 150m，并將未拆除部分壩頂高程在原有基礎上降低1.0m（低壩整治）。

（6）將長灘下口原丁順壩壩頭段拆除110m。

2.2 整治效果

灘下口滑梁水消除，右磧嘴拓寬，彎曲半徑增大，險情消除，灘口及灘腰，河槽斷面形態(tài)平整，水流轉向平順。

3 山區(qū)河流樞紐下游河灣灘整治技術

通過對長灘治理案例的分析，結合大渡河沙樂段航道整治工程總結、岷江航道整治工程技術總結以及西部交通建設科技項目黃河四龍至龍灣段航道整治技術研究中河灣灘整治技術的總結，提出山區(qū)河流樞紐下游河灣灘整治技術。

3.1 整治原則

（1）掌握電站下泄非恒定流對河彎灘的影響因素

（2）利用非恒定流的有利因素

（3）修整河形，調整河彎半徑，改善流態(tài)

（4）筑壩與疏浚相結合

3.2 樞紐下游河彎灘的整治設計

3.2.1 利用電站調峰峰流降低壩頂標高實行低壩整治

壩下河段，峰谷水位相差大，日變化頻率多（2～3次），當峰流流經(jīng)彎曲河段時，流線展直，行進流速及水流慣性增大，主流偏向磧槽，這種水流特性對裁彎取直的急、彎險灘來說，可加以利用，即將封彎順壩壩頂標高降低，這樣既可削減壩高，減少工程數(shù)量，又能降低堵口段壩體上下游水位差值，減少壩體受力強度，有利于堵壩的穩(wěn)定安全。

岷江上烏木樁灘為一急彎灘險，整治方案為封彎改磧，右岸建堵順壩，設計壩高1.0m（高于設計水位）。竣工后，堵口段壩頂溢流水位差約在2.0m左右，橫比降大，壩下出現(xiàn)急流、泡漩、水流紊亂，沖蝕河床，堵口段壩體前后潰缺了 3次（缺口寬約40m，深約3m），之后，將堵口段壩高降低0.4m，并將壩根上延至水流轉向點上游。通過改建，壩體穩(wěn)定，未見水毀。

黃河潘家臺灘右彎槽堵壩和大渡河死人壩灘左彎槽堵壩，其壩高僅有0.5m，穩(wěn)定性好。

這種技術處理，既可達到效果，又節(jié)省投資、降低堵口段壩體上下游水位差值，有利于壩的穩(wěn)定。

3.2.2 修正河彎岸線，增大彎曲半徑

山區(qū)河流的河彎凹岸，在橫向環(huán)流的長期侵蝕作用下，岸線不規(guī)順，平整度極差。石梁、石咀、孤石、崩崖等或潛沒于水下，或出露在江面，彎曲半徑小，掃彎水強度大，流態(tài)亂，深泓線大多緊貼岸壁，彎、急、窄、淺是礙航的主要要素，通常擬用順壩封彎或洲頭壩分流，配合切嘴、炸礁、疏浚，平整河床等技術措施，達到修正彎道河形，增大彎曲半徑，導正水流流向，改善水流流態(tài)，提高航道尺度的目的。

3.2.3 樞紐下游河彎灘的施工

（1）利用電站下泄低谷截流堵口

（2）利用電站調峰峰流對河口灘支流的頂托壅水作用來封鎖支流汊道（3）利用電站調峰峰流拓深直槽

3.2.4 樞紐下游河彎灘的維護管理

（1）利用調峰峰流疏浚汛期回淤的淺磧、淺包、攔門沙等水深不足的礙航淺區(qū)，效果好。

（2）利用低谷水位修補沉陷、斷裂、潰缺的堵壩、護岸等水毀工程，施工簡便，易操作。

4 結束語

山區(qū)河流樞紐下游河彎灘的整治技術難度大，本文通過對山區(qū)河流樞紐下游河彎灘治理的工程實踐分析，提出了根據(jù)中、枯水期流量的改變，充分利用非恒定流的有利因素，降低整治水位，疏浚與筑壩相結合的山區(qū)河流樞紐下游河彎灘的整治技術，探索了樞紐下游河彎灘的整治設計、施工、維護管理等方法。

[1]四川省交通廳內(nèi)河勘察規(guī)劃設計院.多汊道河流航道整治技術研究

[2]樂山市大渡河航道整治工程指揮部.大渡河沙樂段航道整治工程總結

[3]四川省岷江航道整治工程指揮部.岷江航道整治工程技術總結

[4]四川省交通廳內(nèi)河勘察規(guī)劃設計院.岷江不穩(wěn)定流航道設計最低通航水位計算方法探討

[5]唐銀安、吳學良.白龍江碧口水電站下泄不穩(wěn)定流沿程變化及其對下游航道的影響.水運工程.1983.2

[6]長江科學院.丹江口水利樞紐庫區(qū)和壩下游河道治理

[7]周冠綸.川江航道整治

[8]西部交通建設科技項目：黃河四龍至龍灣段航道整治技術研究