河道治理工程中河道沖刷研究

謝輝軍

（湖南長坤建設有限公司，湖南衡陽 421001）

0 前言

為了完善河道沖刷的研究，自19 世紀以來，國內外河道治理工程專家通過實地研究和數字化理論計算，提出了很多有關于河道沖刷的研究理論，其中以河道沖刷深度的公式最為詳細，但是受到現存檢測儀器的限制，這些河道沖刷深度公式大多為經驗公式，而且只在特定的條件下才有用，這也就意味著如果應用這些經驗公式進行計算，那么計算值和實際測量值之間可能會出現很大的誤差。因此進一步對河道治理工程中的河道沖刷進行研究非常重要。本文以舉水河中游的山區性河道治理工程為例，研究怎樣根據現有的法律法規和河道治理工程實際狀況，合理的使用河道沖刷深度計算模型，計算出較為準確的河道沖刷深度，為河道兩岸堤岸的設計提供參考，保證河道在汛期也不會危害河道兩岸居民的生命財產安全。

1 河道治理對生態環境的影響

在城市建設過程中，河流始終占據重要位置，河流不僅能夠促進城市間的空氣循環，同時也能夠提升城市的建設安全，從古至今，河道治理一直都是人們關注的重要問題，就當前現有的資料來看，我國河道治理主要經歷了以下4 個階段：

1.1 依附自然的被動階段

所謂“依附自然”，其實就是在不破壞原有自然河流的基礎上，開展相應和河道治理工作，這不僅不會對河道的原貌造成影響，同時也能夠提升河道的整體生態效益。但是，該河道治理方法并不能有效提升河道的安全性，尤其是在抗洪方面，幾乎起不到關鍵的作用。

1.2 與河爭地階段

該階段中，人們開始注重河道治理的多重發展，不僅對河道進行治理，同時還修建了相關的水利工程設施，但是，由于技術方面的限制，其水利工程實施也十分簡陋。

1.3 經濟治河階段

這一階段過程中，如何利用有限的資源提升河道治理的效益開始成為人們關注的話題，在此基礎上，人們開始利用現有的資源和技術對河道治理工程進行創新，并以提升河道治理的經濟性為主。

1.4 和諧治理階段

實現人與自然之間的和諧一直都是我國生產、發展的基本理念之一，所以，在河道治理方面，人們開始在河道治理工程中融入更多的要求，在提升河道的基礎上，實現凈化環境和經濟發展。

如今，我國在河道治理方面，不僅投入了更多的經濟資源，同時也將相應的技術應用到河道治理工程之中，但是，就當前為我國河道治理工程開展現狀而言，仍然存在許多問題，這些問題的存在將不斷影響我國生態環境，具體表現如下：

首先，河道的抗洪能力將會明顯下降，這主要是因為，在河道治理過程中，由于治理措施不當，通常會引起一些其他問題，比如河道淤積，這樣的問題將會嚴重影響到河道原本的抗洪能力。其次，河道治理不當將嚴重威脅到當地的生態環境，并出現基流減少的現象一旦發生這樣的問題，不僅會影響到居民的城市用水，同時也會該河道附近居民的生活環境，甚至會出現污水入城的問題。最后，河道系統失衡，將會引起嚴重的生態環境問題，一旦生態環境出現問題，不僅會影響到社會經濟的發展，也會對整個生態系統造成破壞。所以，河道治理工程與生態環境之間這必然聯系，只有做好河道治理工作，才能夠有效提升生態效益。在河道治理過程中，對河道沖刷的研究及實踐對河道治理工作具有重要的意義，既能夠提升河道的安全性，同時也能夠為河道治理提供更多的管理辦法，并在此基礎上實現河道功能的優化。

2 舉水河河道狀況

本文以湖北省黃岡市的舉水河河道治理為例，來講解河道治理工程中河道沖刷的研究及實踐，湖北黃岡市面積廣闊，地處大別山山脈，位于山西省和湖北省的交界處，黃岡市下轄黃州區、紅安縣、羅田縣、英山縣、蘄春縣、黃梅縣、團風縣、武穴市、麻城市等九個縣級區，由于受大別山山脈的影響，黃岡市以平原和丘陵為主，該地區海平面較低，有很明顯的雨季和旱季，在雨季的時候常常因為連綿不斷的降雨而造成舉水河河道水流倒灌周圍的莊稼和房屋，引起水災。且該地區的許多湖泊皆由舉水河分流而成，而每個湖泊的下方都居住著幾個村落，所以一旦湖泊的水被灌滿，下方村落的安全就很難有保障。受到該地區山脈的影響，它的經濟發展水平較為落后，遷村這一想法暫時不能實行，因此我們需要對舉水河進行河道治理，確保該地區能夠在雨季泄洪、旱季灌溉下游田地。

3 河道治理工程中河道沖刷研究的必要性

舉水河位于黃岡市的一段河道大多為狹窄的山道，河道蜿蜒曲折、坡道大，因此它的水流大多湍急、水源來源少，容易隨著汛期水位暴漲，單位時間內的水流量增大，流速快，破壞性強。如果不在河道的兩側加上堤岸，或者對堤岸的保護措施不夠，再加上人為的破壞，河流就會沖刷河道兩岸。河岸一般用沙土和碎石堆砌，既不能抵御水流的沖洗，也不能防滲防漏，如果單位時間的水流速和水流量都很大，河水就可能帶著泥沙一起沖洗河道兩岸，這個沖刷力度比單純的河水沖刷更具有破壞性。而且人們依水而建的傳統已經沿襲了數千年，河道兩岸村莊密集，部分房屋更是建設在河道旁邊。為了保護人們的生命財產安全，在避免大量拆遷的前提下，提高河道的防洪防汛能力，減少河堤兩岸的水土流失以及減少河流對堤岸的沖洗，我們必須要得到最接近真實值的河道沖刷深度，然后在根據這個河道沖刷深度進行護岸堤壩的設計和建設，做好河岸的防護治理工作。

4 沖刷深度分析計算

4.1 河流的沖刷深度與河流水深的關系

在舉水河河道水深5～10m 處，河流水深對河流的沖刷深度有主要的影響，因為此等深度范圍的水流更容易受到上游水流速和外界風力的影響，會引起該河道內水流的縱向共振，就是說在上游水流的沖擊和外界風力的帶動下，該河段的水體會集體向河道兩岸進行沖刷，這種沖刷力度遠遠大于河流上層的沖刷力度，沖刷深度過大，對河道兩岸堤壩的沖擊力也過大，這種情況我們需要將堤岸的梯形角度減小，希望能通過延長水流流程減小水流對河道兩岸的沖擊力。在舉水河河道水深小于5m 或者大于10m 處，我們需要運用其他的經驗公式來進行河流沖刷深度的計算，具體問題具體分析。

4.2 河流的沖刷深度與沙粒粒徑的關系

河流所過之處一定會帶走部分泥沙和土壤，特別是近些年，我國水土流失情況日益嚴重，河水所帶的泥沙量更是增大，更成為影響河流沖刷深度的關鍵因素。在其他條件都相同的情況下，河底水流的流速越大，水流所具有的動能就越大，能帶動的泥沙量就越多、泥沙粒徑越大。大粒徑的泥沙就意味著大質量，當水流賦予大質量泥沙速度時，大粒徑的泥沙具有更大的能量，對河流堤岸的沖擊力和損壞力也就越大，相應的河流沖刷深度也就越大。對于舉水河這樣的歷經上千年的河道來說，人們已經無法確定其河床的變化，因此很難確定其泥沙攜帶量，更不用說確定河流的沖刷深度。早在200 多年前，就有人開始對泥沙起動流速進行研究。20 世紀20 年代前后，希爾茲（Shields）曲線問世，泥沙起動拖曳力公式的推導，使泥沙起動條件的研究得到開創性的發展。隨后，越來越多的半理論、半經驗公式被提出。岡恰洛夫采用對數形式的流速分布公式，推出適用于散粒體及黏性細顆粒泥沙的統一起動流速公式，由此才得到較為符合實際的河流沖刷深度。現代河道治理工程師瑞瑾認為顆粒起動時受黏結力的影響，尤其認為該黏結力還包含水柱及大氣壓力所傳遞的那部分作用，得到同時適用于散粒體及黏性細顆粒泥沙的統一起動流速公式。

舉水河在黃岡市的山區性河道特征決定了在該地區進行堤岸設計和河道治理，河流沖刷深度的研究和水土流失的防治是重點。在進行此類河道的堤岸設計時，應充分考慮現場實際情況，選用合適的公式，確定河道的沖刷深度，優化堤岸設計，保障防汛安全。

5 結論

除了以上所談及的河道治理方案和河道沖刷深度確定方案，我們還有很多其他的對河道治理工程有幫助的新技術、新方法，科學研究不僅方便了生活，科學研究還改變我們各行各業的發展。目前我們所了解的河道治理規劃新方案大多還處于實驗階段，因為費用和適用性等方面的限制，還沒有廣泛地應用于地區河道治理工程的規劃中，但這些河道治理工程方案的發展已經勢不可擋，會對地區水利工程行業產生深遠的影響。河道沖刷深度的確定與河道治理工程的建設并不只涉水利工程這一門學科知識，需要綜合運用觀測、勘探、攝影、地理學等多個學科知識，對即將進行河道治理的地區的氣候、植被分布、基礎水利建設、地形地勢等方面進行分析。在做好基礎工作之后，我們才能開展水利工程施工，有效的水利施工措施必定跟先進的水利施工方案和操作設備進行聯系，而具有實際意義的水利工程建設設備必須與優秀的施工技術進行緊密地結合。