河道治理规划设计方法及若干措施

2014-10-29黄继艳

黑龙江水利科技 2014年11期

黄继艳

(辽宁省凌源市水利建筑勘测设计院，辽宁凌源122500)

0 前言

伴随着社会和国民经济的增长，工业化、城镇化进程速度加快，基础设施数量不断增加的同时，人们对防洪安全的要求也随之越来越高，近些年来许多河道整治相关问题越发突出。比如由于没有修堤导致若干河道两岸滩地洪水漫溢，由此造成百姓财产遭受不必要的损失;河道产生一定的行洪困难，河道开始不断发生淤积，进而导致河道两岸边滩出现垃圾严重堆积的现象;两岸植被也就自然而然的受到一定破坏，进而水土发生一定流失，出现河道环境污染的现象。因此河道治理方面研究显得尤为重要。

1 河道治理规划设计方法

首先在河道治理工程开展之初，需要做好河道治理相关的设计和治理规划工作。

河道治理规划设计分为枯水、中水、洪水设计。枯水河道治理的目的是保障引水和通航需求;洪水治理的目的是抵御洪水泛滥，以此来确保百姓生命财产安全;平水河道的治理对于控制河势，稳定河床是非常重要的，中水河道的相关治理规划又叫做河势规划，又因河道治理的关键是稳定与调控中水河道［1］。因此本文主要针对中水河道来阐述规划设计方法。

1.1 设计流量与设计水位的确定

中水河道治理通常采用造床流量作为设计流量。这是因为中水河道是在造床流量的长期作用下形成的，通常把平摊流量当做造床流量;设计水位为与河漫滩齐平的水位，该水位与治理工程建筑物高程大致齐平。

1.2 治理线的布设

中水河道的治理线，主导着河道河势的大致格局，由此中水河道整治的布设是河道治理规划的主要任务。治理线的布设即确定治理线的平面线型、位置、平面尺度。

1.3 河道横断面的设计

我们通常根据经验在河道上游和下游选取所谓的模范河段，即所选河段水深沿程变化很小、河岸略呈弯曲、深槽长、浅滩短，过渡段沙埂方向与水流垂直，并且枯水期无分汊现象;河道水主流稳定，流态平顺，流速适中，洪、枯水流向交角较小。然后计算出该河段在设计流量下的断面河相关系，并以此为据来确定规设计划河段的断面尺寸和形状［2］。

中水河道的断面尺寸是由河床的地质条件和来沙来水条件来决定的。

式中:h 为河道平均水深，由hmax= φh，φ 值由实测资料确定;J 为河道比降;n 为河道糙率系数;B为相应于平滩流量而言的河宽，ξ 为通称河相系数，可由相应河道实测资料确定;Q 为设计流量，常取造床流量或平滩流量，m3/s;最后再测量h、hmax，B 即可按断面积相等的原则，考虑河岸土质的稳定性，最终确定出设计断面的尺寸和图形。

由上述公式可得在设计河道治理断面时。可通过联解有关公式求得河道的宽度和平均深度。

2 若干河道治理措施

在天然河道中，各类型的河段具有不同的形态和演变特性，治理措施也不尽相同。对于坑挺型的天然河道，我们可根据河道水流特点、河道弯曲程度、河道地质构造，然后判断出河岸要发生的演变趋势;本文就4 种常见河道治理措施展开分析研究。

2.1 蜿蜒型河道治理

在冲积平原河道中，蜿蜒型是一种相当普遍的河型。蜿蜒型中平顺河段是一种较为理想的河段，崩岸强度小且位置固定，但实际中大部分蜿蜒型河段形态是蜿蜒曲折的，在输沙不平衡和弯道环流双重作用的影响下，会出现弯道凹岸崩退冲刷，凸岸发生淤长，蜿蜒曲折的程度加剧，在平面上发生位移等现象，待发展至一定程度便会发生自然裁弯，危及农田、村镇的安全，若弯道泄水受阻，还会增加洪水灾害发生几率。因此对蜿蜒型河道整治是极其重要的［3］。

根据多年经验蜿蜒型河段的治理措施主要有两大类:①裁弯曲直，改变现状，使其向有利方向发展;②稳定现状，禁止其向不利方向发展。

措施一是采用人工裁弯工程改变有适度弯曲的连续河湾，将其河势稳定下来，将迂回曲折河道进行人工改变。

人工裁弯工程分为内裁和外裁两种。内裁一般是通过狭颈最窄出，线路短可节省土方量。外裁的引河进出口与上下游弯道难以达到平顺衔接的要求，而且线路长，采用较少。

人工裁弯工程是一个复杂的系统工程，有的河段开挖引河获得成功，但亦有的经过一段时间后，其上下游又出现了新的弯曲段，河道形成弯弯曲曲的平面形态，既有水流运动塑造河床形态的内在因素，又有着河床形态、土质、纵坡等影响水流运动的外在原因影响。

措施二是当河湾发展至适度弯曲的河段时，对弯道凹岸及时加以保护，也就是实施护岸工程，以防止弯道继续恶化。只要弯道的凹岸稳定了，过渡段就可随之稳定。

为将上述两种治理措施很好地应用于实际问题河道中，还需在大量的实践中不断探索，不断增长河道整治经验，将措施一、二逐步完善。

2.2 游荡型河道治理

该类型河道具有河道纵向浅、横向宽的特点，构成河床的物质相比其它类型河道松散，当洪水发生时，其水位陡涨陡落，洲滩密布，泥沙淤积较为严重，汊道较多，主流摆动幅度大且频繁。

整治泥沙是治理游荡型河段的主要任务。本着综合治理、兼顾标本的彻底治理游荡型河段，可采取“下排上拦，两岸分滞”控制洪水，“调、放、挖、拦、排”处理和利用泥沙。“调”即利用中游的水库，排细沙，拦粗沙，由于水沙异源，据此来调水调沙通过增大下游的输沙能力，来达到减少河床泥沙淤积的目的。“放”、“挖”即是通过挖河和放淤措施，在下游处理一部分泥沙，例如为达到加固堤防的目的，我们可以开展淤临、淤背、引洪、淤灌等措施进行治理，“下排”即根据河道防治工程和河道治理的现状，利用现行河道尽可能多地将进入下游的洪水和泥沙输送入海。

2.3 分叉型河道治理

针对分汊型河段的治理措施有:汊道的堵塞、改善、固定。措施具体表现在上游的节点处、汊道的入口处和江心洲首尾修建治理建设工程。稳定汊道和节点控导，通常将平顺护岸作为其治理工程。

江心洲首尾部位的工程措施通常是在上游修建鱼嘴，在下游修建分水堤。鱼嘴其前端窄矮、浸入水下，顶部沿流程逐渐扩宽增高，与江心洲首部平顺衔接;分水堤的外形与鱼嘴恰好相反，其平面上的宽度沿流程逐渐收缩，改善示意图如图1 所示。

在采取治理措施前需要做一些准备工作，首先先分析汊道的分沙分流现状和分沙分流的演变规律，然后视具体情况进行设计对应工程实施方案。可在上游节点处修建控导工程，这样可以控制来沙来水条件，为此来改善上游河段的现状;为了改变两汊道的分沙分流比，可以在汊道的入口处修建导流坝或者顺坝;通过在洲尾修建导流顺坝来达到改善江心洲尾部水流态的目的。改善示意图如图2所示。

堵塞汊道主要有修建顺坝、丁坝和锁坝等措施。用顺坝、丁坝堵塞汊道，一般情况下会比锁坝的效果为好。图3 为利用丁坝堵塞非通航汊道，将江心洲转化为河漫滩的例子。

图1 固定汊道工程措施

图2 改善汊道工程措施

图3 丁坝封闭汊道

2.4 顺直型河道治理

在顺直河道中，河道边界顺直，滩地及主槽的水流均具有一定的行洪能力。

顺直型河道中的不稳定状态河道，不利于引水、航运、港埠、防洪，顺直型河道的治理措施为首先将边滩稳定下来，使其达到稳定整个河段的目的。稳定边滩的工程措施，有淹没式丁坝群，一般为上挑式，坝顶高程在枯水位以下，坝档可以落淤，促使边滩的淤长。在多沙河流上，也可采用编篱杩槎等简易措施，防冲促淤。当边滩个数较多时，施工程序应从最上游的边滩开始，然后视下游各边滩的变化情况逐步进行治理。工程完成后，河道断面得到了相应的调整，整个河段逐步稳定下来。

对于顺直型中小河道来讲，发生超设计标准洪水是正常事，河道不建橡胶坝工程，这样河道会靠“自动调节作用”使洪水顺利通过的概率是很高的;而修建橡胶坝工程的河道失去了“自动调节作用”，则通过超设计标准洪水的概率大大降低，这是值得引起河道治理相关工作者重视的地方。建议措施为，第一种措施是橡胶坝地板采用中间低，两边高呈凹字的形式，人为地形成“主槽”和“边滩”，这样可以使洪水通过橡胶坝时主流线居中，既能增加泄洪能力，又能减缓洪水对两岸的冲刷;第二种措施是加强橡胶坝的上下游一定范围内两岸的防护措施和提高设计标准，这样提高安全保证率的同时，也会增加投入成本。