河床淤積問題現狀及治理措施探析

林子谷

（興寧市水口鎮人民政府，廣東 梅州 514587）

0 引 言

隨著我國生態文明建設理念的進一步推進，我國河流的治理工程不斷地發展前進。河流治理工程對當地城市社區的社會經濟發展有推動作用，與當地居民的生活狀態息息相關，對于保障當地居民良好的生活狀況與生命財產安全有重大意義[1-2]。

河流的治理工程包括了水土流失治理、防洪泄洪治理、河道清淤治理以及護岸修整治理等工程[3]。其中，河道淤積的問題在河道治理工程中非常常見，河道、河床的淤積，會使河道的泄洪能力明顯下降，造成河流的淤堵，導致大量的雜質泥沙、垃圾等污染物沉積在河道內，污染河道的水環境， 降低河道的搬運能力，長此以往，也會導致河道河堤的安全隱患增大，影響河道的生態平衡[4]。對河道的淤積進行疏浚治理，可以提高河道的泄洪性能，改善河道的水生態、水環境，提高河道所屬流域的安全、穩定性，有效改善河道所屬流域的生產狀態以及生態環境，提高當地的經濟發展建設[5]。

基于以上背景，本文通過分析河道局部段的河床淤積問題及現狀，研究了相關的河床淤積的治理措施，為河道的泥沙淤積問題提供一種可行性參考措施，希望可以提高河道的生態環境建設，促進我國河流治理工程的建設發展。

1 河床淤積現狀

宋聲河位于興寧市水口鎮，是屬于梅江右岸的一級支流。由于宋聲河下游河段部分區域已經建立了堤防，且河道兩岸的植被較為茂密，較零散地分布著居民居住區及農作物田地，故本文僅針對該河段中的局部險情段進行研究。宋聲河設計治理長度為10.5km，護岸建設長度為6.527km，集雨面積約為39.52km2，屬于亞熱帶季風氣候區，多年平均氣溫21.2℃，平均降雨量1537.6mm。

經調查，發現部分河道的局部河床處出現了程度不一的泥沙淤積問題，影響了河流的泄洪防汛能力。淤積段河道的斷面面積降低，出現了漏灘現象，影響了河流兩岸的安全。由于泥沙的持續淤積，導致河床不斷，在整體流域中，形成了小范圍淤堵段，不利于流域的整體輸沙平衡，對河道的安全泄洪進程造成了影響。不同河段的河床淤積量可見表1。

表1 宋聲河局部段河床淤積分布情況表

2 分析成因并提出方案

針對淤積情況進行了成因調查，發現河段產生淤積的局部段，輸沙與整體河道不平衡，造成了泥沙的沉積，進而形成了淤堵。根據對淤積河道周圍的調查，淤積河道周圍的植物較正常地區生長狀態較差、生長量低，在河水長期的沖刷下，形成了大小不一的溝壑，導致河床高低不平，影響了正常排水，造成了泥沙淤積。根據上述河道淤積現狀及成因，分析研究治理措施，進行河道清淤、疏浚工程，恢復河道的泄洪抗汛能力，穩定河道。

由于宋聲河道位于梅縣區域內，其正常流通才能保證當地居民的正常生產及生活。因此，要求河道進行不斷流的清淤方法，在保證河道正常水位、常態運營情況下，利用相關功能性船只，在水面上進行清淤操作。在此基礎上，為響應國家提倡的綠色生態環境建設原則，治理過程中不對河流造成二次污染，本次清淤方式選擇環保清理淤泥的方法，在清理淤積的同時，有效改善河流的生態環境平衡。

基于以上分析，設計環保、不斷流的清淤方案：應用垃圾預處理裝置，將清淤段內直徑大于1cm的石塊、白色垃圾以及樹枝等較大垃圾進行預處理，選擇射流式清淤方式，對河內多余泥沙進行清理，并安裝泥漿泵管，采集淤泥，將其運至指定地點進行填埋，達到清淤疏浚的治理效果。同時，增設河道相關防滲裝置，如泄洪閘、排水渠等，保持河道泄洪的正常運行，降低泥沙淤積的可能性，防止治理后泥沙再次淤積。

3 實施清淤治理方案

在船只上安裝垃圾預處理裝置，將清淤段內直徑大于1cm的石塊、白色垃圾以及樹枝等較大垃圾進行預處理。清理掉大直徑垃圾后，在船只上裝設高壓水槍，在不同的淤積段進行工作。同時，在水槍控制處安裝圓體狀的滾動鋼架，便于在水下對高壓水槍進行控制，使其可以在水中不同位置，以及不同深度進行清淤工作對河流內淤積泥沙施加射流壓氣作用，使泥沙運動，并將其清除。計算淤積泥沙在河中的運動情況，為清淤治理提供數據基礎。設河內每一粒淤積泥沙均為圓球形狀，計算其在河內受力的計算過程如式（1）所示：

式（1）中，Cd代表阻力系數，v代表河水的速度，ρ代表河水的比重，S代表顆粒的有效面積，D代表顆粒的直徑。

由于淤積泥沙的實際形狀不會總是標準的圓球形狀，故淤積泥沙在河內還會受到自身重力及河水浮力的影響，可表示為公式（2）：

公式（2）中，V是體積，g是重力常數，ρ′是河水的比重，ρ1是泥沙顆粒的比重，與構成泥沙顆粒的材質有關。為了便于討論，可將公式（1）、（2）合稱為沉降力。根據以上計算，對河流內淤積泥沙施加射流壓氣作用，使泥沙運動，并將其清除。在水槍控制處安裝圓體狀的滾動鋼架，便于在水下對高壓水槍進行控制，使其可以在水中不同位置，以及不同深度進行清淤工作。為達到最高效的治理效果，在下水前，需要分析高壓水槍裝置工作的影響因素，調試最優的工作狀態[6]。射流式清淤需要考慮河流流速、射流速度、射流噴嘴以及射流的角度等因素。高壓水槍工作的幾何參數示意圖如圖1所示。

圖1 射流式高壓水槍工作原理示意圖

根據圖1顯示的工作原理，設計高壓水槍工作的沖蝕參數λ，λ ≥0.35：

式中，g表示重力加速度，r表示淤積泥沙顆粒的中值粒徑，v0表示高壓水槍噴嘴的噴射流速（m/s），r1表示噴嘴的直徑（mm），l1表示噴嘴工作時與河道沙床的垂直距離（m），△ρ表示淤積泥沙的密度，與河水的密度差值。計算得到該沖蝕參數的數值為1.14，根據該沖蝕參數，計算淤積泥沙顆粒懸浮的臨界流速v′：

式中，m0表示淤積泥沙的容重，m表示河水的容重，H表示河水寬度。根據上述計算，設定高壓水槍的水下清淤速度。通過高壓水槍在水下射流產生的低壓水流、氣流環境，擾動淤積泥沙，將泥沙懸浮在水中，利用船只上增設安裝的泥漿泵管，采集懸浮的泥沙，并將采集的泥沙運至指定地點進行填埋處理，完成河床淤積的清理工作。

4 增設防淤積水利設施

在對現淤積河床段進行清淤處理后，考慮到河道自身的水流沖淤與挾沙能力對河床淤積的影響，在清淤處理過四段河道處，增設人工渠道、小型丁壩，通過加大過水斷面與抵抗過水沖刷，利用簡單的施工調整河道的河水流速，抵抗泥沙的淤積[7]。在凸型河道河床處，挖掘矩形斷面的人工渠道，增大過水斷面，渠道與原河床的邊坡為6.0‰，在渠道上側架設鋼架樁，按間距1.5m的排列進行布置，起到攔截浪潮的作用，增大過水斷面后，流水可以在此處加大流速，使得河水流速大于泥沙的抗沖刷流速，使得泥沙不會沉積在河道內，河道整體過洪量增加。在凹段河床處，增設小型丁壩，增設示意圖如圖2所示。

圖2 凹段河床處增設小型丁壩示意圖

增設小型丁壩可以有效抵抗河水的沖刷對河床造成影響，提高河床的穩定性，降低泥沙淤積的可能性。河水水流的沖刷能力與搬運能力的提升是防止淤泥淤積的根本原因，因此，實施定時清理淤積與增設防淤積設施并行的治理方案，加固河床，增河段大泄洪能力，才能保證河道及其所屬流域達到的生態環境穩定狀態。

5 試驗與檢測

為檢測上述設計的河道局部段河床淤積問題治理方案的效果，進行治理前后的淤積厚度對比與過洪峰值對比。

監測記錄相應局部段清淤后的淤泥淤積厚度，與原淤積厚度進行對比。淤積治理前后相應河床段淤泥淤積厚度對比情況如表2所示。

表2 淤積治理前后各河床段淤積平均厚度變化表

由表3可以看出，治理后的淤泥淤積厚度均比治理前的淤積厚度有所下降，表明河道局部段河床的淤積問題得到了有效治理。

在各個治理河段的不同河段的相同水位處，測量河段的平均過洪量，觀察治理前后各河段相同水位的平均過洪量的不同，檢測結果如圖3所示。

圖3 治理前后不同河段相同水位的過洪峰值對比圖

由圖3可知，各淤積治理河段的相同水位下，淤積治理后的過洪峰值均高于治理前的過洪峰值，淤積治理前的五處河段的過洪峰值分別比治理前河段的過洪峰值高80.0m3/s、90.0m3/s、120.0m3/s、60.0m3/s、100.0m3/s，表明淤積的治理，可以有效提高河流的泄洪能力，形成河床穩定輸沙、過沙的平衡機制，促進了河道的生態穩定建設。

6 結 語

泥沙的淤積問題是我國水利治理工程的重要部分，泥沙淤積會降低相關河流流域的泄洪能力，增大河流河岸的安全隱患。因此，需要不斷研究并優化河床的泥沙淤積問題解決措施，提高河道的穩定性，為河道所屬流域的生態穩定建設提供良好的基礎環境。