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論文摘要:介紹了河道整治規劃的定義、類型、基本原則、主要內容及設計標準。
一、河道整治規劃的定義
河道整治規劃是指:根據河道演變規律和興利除害要求,為治理、改造河道所進行的水利工程規劃及航道整治規劃。河道在挾移泥沙的水流作用下,常處于變化狀態;在流域治理開發過程中,某些工程的實施也常改變河道的水文情勢,并影響其上下游、左右岸。河道整治規劃通常要在流域規劃的基礎上進行,并成為流域治理工作的一部分。
二、類型
2.1按河道自然條件,分為山區河道整治規劃、平原河道整治規劃和河口整治規劃
①山區河道的兩岸多為基巖,河床多由基巖或粗沙、卵石組成,河床坡度陡、流速大、水位漲落快,但河床變形強度較小。山區河道整治規劃的主要目標是航運、工農業取水等,規劃中應根據要求對渠化、治導等工程措施作出全面安排。②平原河道兩岸多為沖積土壤,由于河道水沙作用和河岸土質的差異,形成微彎、蜿蜒、分叉和游蕩等4種基本河型。平原河道整治規劃的主要目標是防洪、航運、工農業取水和城市建設等,規劃要根據不同河型和整治目標提出工程措施。對蜿蜒型河道,要力求通過整治使其成為微彎河道;對過度彎曲的河段,可考慮實施人工裁彎;對分叉型河道可考慮堵漢并流,將其整治成單一微彎河道,或使其形成穩定的汊道河段;對游蕩型河道可護灘定彎,以彎導流,穩定河槽,控制流勢。如黑龍江省東部地區典型的裁彎取直治理的河道有:蜿蜒河(36.3kni)、七星河(140.5km)等。③河口段受徑流和潮流的共同影響,河床演變復雜。整治的主要目標是防洪、航運、工農業取水和灘地利用等。規劃可研究采用固灘護岸、堵汊并流、疏浚導流等工程措施。
2.2按水利樞紐對河道的影響,分為庫區河段整治規劃、壩區河段整治規劃和壩下游河段整治規劃
①庫區河段整治規劃主要是研究水庫回水變動區的整治。水庫回水變動區具有天然河道和水庫的兩重特性。汛期受回水影響的河段發生累積性泥沙淤積,使原河床邊界對水流的控制作用減弱,局部河段河勢發生變化,河道向單一、規順、微彎方向發展,航道、港口碼頭和取水口的條件將有所改善;某些港口碼頭和取水口可能因泥沙淤積而受到影響。規劃中可以采取修建整治建筑物、疏浚等工程措施。②壩區河段整治規劃是配合水利樞紐工程設計,研究樞紐上下游局部河段的整治措施,控制樞紐上游近壩段的河勢,保證泄水建筑物、電站的正常運行和通航建筑物引航道的暢通,充分發揮水利樞紐的防洪、航運和發電等效益。這項規劃對于具有綜合利用效益的徑流式樞紐或航運樞紐尤為重要。⑧壩下游河段整治規劃研究針對建壩引起的下游河道變化所采取的整治措施。由于建壩后水沙條件的改變,壩下游河道一般發生沖刷,水位下降,河勢也有變化,這些對下游河段的防洪、航運、工農業取水、港口碼頭建設都可能帶來影響。規劃中要對上述變化作出預測,并提出整治方案及措施。
2.3按整治程序,分為河勢控制規劃和局部河段整治規劃。對于整治工程量大,或情況比較復雜的河道,特別是大江大河,整治工程只能分階段實施。河勢控制規劃是通過分析河段的演變過程,研究促成和穩定有利河勢的工程措施。通常采用護岸工程,輔以其他措施。局部河段整治規劃是在有利河勢基本穩定的基礎上,研究對局部河段進一步整治的方案,以滿足防洪、航運、工農業取水以及港口碼頭建設的要求。
2.4按各部門的要求,分為航道整治規劃、橋渡河段整治規劃、取水口河段整治規劃、堤防護岸工程規劃等。這些以某一部門要求為主的河道整治規劃,也需兼顧其他部門的要求,最大限度地發揮工程的綜合效益。
三、基本原則
主要是全面規劃、綜合利用;因勢利導、因地制宜;遠近結合、分期實施。全面規劃、綜合利用是統籌考慮各方面要求,妥善處理上下游、左右岸、各地區、各部門之間的關系,明確重點,兼顧一般,以達到綜合利用水資源的目的。因勢利導、因地制宜是具體分析本河段的特性及其演變規律,預測其發展趨勢,并總結本河段已往整治的經驗教訓,提出適合本河段的整治工程措施。遠近結合、分期實施是指規劃中需包括整治的遠景目標和近期要求,分清輕重緩急,有計劃地實施。
四、主要內容
4.1河道基本特性及演變趨勢分析包括對河道自然地理概況,來水、來沙特性,河岸土質、河床形態、歷史演變、近期演變等特點和規律的分析,以及對河道演變趨勢的預測。對擬建水利樞紐的河道上下游,還要盡量就可能引起的變化作出定量估計。這項工作一般采用實測資料分析、數學模型計算、實體模型試驗相結合的方法。
4.2河道兩岸社會經濟、生態環境情況調查分析包括對沿岸城鎮、工農業生產、堤防、航運等建設現狀和發展規劃的了解與分析。
4.3河道整治現狀調查及問題分析通過對已建整治工程現狀的調查,探討其實施過程、工程效果與主要的經驗教訓。
4.4河道整治任務與整治措施的確定根據各方面提出的要求,結合河道特點,確定本河段整治的基本任務,并擬定整治的主要工程措施。
4.5整治工程的經濟效益和社會效益、環境效益分析包括分析整治后可能減少的淹沒損失,論證防洪經濟效益;Sk整治后增加的航道和港口水深、改善航運水流條件、增加單位功率的拖載量、縮短船舶運輸周期、提高航行安全保證率等方面,論證航運經濟效益。此外,還應分析對取水、城市建設等方面的效益。
4.6規劃實施程序的安排治河工程是動態工程,具有很強的時機性。應在分析治河有利時機的基礎上,對整個實施程序作出輪廓安排,以減少整治難度,節約投資。
五、設計標準
5.1設計流量和設計水位。整治洪水河槽的設計流量,需根據保護地區的重要性,選取相當其防洪標準的洪水流量,其相應的水位即為設計水位;整治中水河槽的設計流量可采用造床流量或平灘流量,其相應的水位即為設計水位;整治枯水河槽的設計水位可根據通航等級或其他整治要求,采用不同保證率的最低水位,其相應的流量即設計流量。
5.2整治線。河道整治后在設計流量下的平面輪廓線,稱河道整治線。平原河道整治線分洪水河槽整治線、中水河槽整治線和枯水河槽整治線,其中對河勢起控制作用的是中水河槽整治線。洪水河槽整治線即兩岸堤防的平面輪廓線。堤線與主河槽岸線之間需根據宣泄設計洪水和防止堤岸沖刷的需要留足灘地寬度。
桑干河屬海河流域永定河水系,由上游源子河、恢河在朔城區馬邑匯合后為桑干河,流經朔城區、山陰縣、應縣、懷仁縣,在懷仁縣古家坡附近進入大同市,經河北省匯入永定河。朔州市界以上流域面積8618km2,省界以上流域面積為17744km2,河道長度為241km,其中朔州段長為124km。在朔城區東榆林村建有一座中型水庫,總庫容為6500萬m3,水庫大壩控制流域面積3430km2。本段河道主要支流有兩條即黃水河與渾河,分別于應縣西朱莊、懷仁縣新橋附近匯入桑干河。并在干流東榆林水庫下游羅莊、黃水河入匯口下游西朱莊附近分別設有兩個水文測站。本文僅對東榆林水庫下游至懷仁縣新橋(渾河入口)段進行初步分析,全長81.3km。
本流域地處內陸高原,屬北溫帶較干燥的大陸性氣候,干旱寒冷溫差大,降雨量少,雨期集中,降雨主要集中在7—9月份,占全年降雨量的70%左右,降水量年內分配很不均勻,年降雨量為300—500mm,多年平均降雨量為350—430mm之間。
桑干河朔州段河道,具有平原型河道特征,兩岸平坦開闊,河床寬淺。河道兩岸均有一級階地分布,一級階地高出河床1—2m,在安榮橋上游一帶階地高出河床3—8m,河寬約200—1500m,坡降約為0.6‰左右。河床組成物質主要是沙壤土,泥沙平均粒徑0.2—0.7mm,中小水流河勢變化迅速,走彎嚴重,主流擺動頻繁。各河段河道特征見表1。干流沿線均為第四系沖積地層。
桑干河河道特征統計表(朔州段)表1
河段
距離(km)
平均坡降(‰)
主槽寬度B(m)
主槽深度H(m)
河寬(m)
河相關系√B/H
壩下—安榮橋
12
0.59
200
安榮橋—西小河
16
0.62
97
1.4
350
7.03
西小河—西朱莊橋
24
0.61
120
1.2
400
9.13
西朱莊橋—新橋
19
0.86
150
1.4
420
8.75
2水文特征分析
2.1歷史洪水
桑干河洪澇災害比較頻繁,從明朝開始就有不少史料記載。據馬邑縣志記載:“明神宗萬歷三年(1575年)秋七月,馬邑大雨四十日,壞城屋蘆舍千余。”清光緒十八年(1892年),桑干河上游發生了一次長歷時的降雨過程,致使河道出現范圍很廣的特大洪水,給我省北部地區造成了大范圍的洪水災害。
從海委審定的《永定河流域規劃報告》看,400年來,1896年(清光緒二十二年)洪水為桑干河我省境內調查的首位洪水,據馬邑縣志記載,“六月桑干河道,四關一村為水淹,溺死男女老幼共三十七口”,尉家小堡該年調查值為5140m3/s。
本世紀的1922年、1949年、1952年、1959年、1963年、1967年均出現過較大的洪水,形成沿河兩岸一定范圍的洪澇災害。
2.2水文特征及對河道影響
桑干河流域地處半干旱的黃土高原,大部分降雨集中于汛期,屬于暴雨型徑流過程,非汛期的河道徑流主要為神頭泉水(流量為4.5——6.5m3/s)及降雨補給,輸沙量則基本集中于汛期洪水。由于河道洪枯相差十分懸殊,平原河道呈復式河槽形態。
根據羅莊及西朱莊水文站的多年統計資料表明,桑干河上游的水沙系列在近四十年內的變化很大,主要表現從七十年代以后徑流量,輸沙量大幅度減小,含沙量下降,詳見表2,河道洪水發生頻率降低。究其原因主要是:(1)六、七十年代在桑干河流域的上游干、支流興建了一系列的中、小型水庫和河道引水工程,隨著工農業用水的逐漸增加,水庫等水利設施對徑流量的調蓄和攔截量也隨之增加,以致在枯水期經常出現河道斷流。攔蓄洪水的同時也攔蓄了大量的泥沙。(2)七十年代以后,特別是九十年代,流域的枯水年份所占比例明顯增大。以西朱莊站為例,八十年代和九十年代的年平均徑流量分別是六十年代的27%和14%。
桑干河上游兩站分年代(10年)水沙統計表表2
年代
66—69
70—79
80—89
90—97
多年平均
徑流量(億m3/年)
羅莊站
3.584
2.387
1.605
1.367
2.037
西朱莊
3.954
1.734
1.086
0.544
1.512
輸沙量(萬噸/年)
羅莊站
2204
522
260
262
585
西朱莊
1892
301
214
151
435
由于河道徑流量、含沙量減少,漫灘洪水出現的機率下降,導致河槽縮窄,平灘流量降低。河槽淘刷深約1.0—1.5m,呈現“V”字型枯水河槽。由于中、枯水所占比例相對增加,部分河段的曲率增大,致使洪水傳播歷時延長。
2.3水文分析
羅莊站采用1896年及1949年兩次調查洪水,西朱莊站采用1896年及1922年兩次調查洪水,加上兩站全部實測洪水系列(還原后)分別進行各站洪峰頻率計算,采用P-Ⅲ型分布適線,雙權函數法計算統計參數。計算結果見表3。
桑干河洪峰流量特征值表表3單位:m3/s
站名
分析時段(年)
統計參數
洪峰均值
極值年洪峰流量
各頻率洪峰流量
Cv
Cs/Cv
最大
最小
極值年
1%
2%
5%
10%
20%
洪峰
出現年份
洪峰
出現年份
羅莊
1952-1997
1.0
2
394
1270
1952
19.6
1986
65
1816
1541
1182
906
634
西朱莊
1958-1997
1.5
2
405
2000
1967
7.15
1986
280
2867
2321
1680
919
660
2.4各河段設計洪峰流量
東榆林水庫至懷仁縣新橋渾河入匯口共有兩條較大支流匯入桑干河,即流域面積在2000km2以上的黃水河和渾河。黃水河入匯口距西朱莊水文站上游1.0km處,其影響可由西朱莊站的洪水系列反應。這樣根據主要支流入匯情況將本河段的洪水計算分為二段即東榆林水庫至西朱莊段,西朱莊至新橋段,這兩段河道設計洪峰流量可由兩水文站洪水資料系列分析而得。詳見表4。
各河段設計洪峰流量成果表表4
分析河段
對應水文站
設計洪峰流量
備注
2%
5%
10%
東榆林水庫—西朱莊段
羅莊站
1541
1182
906
黃水河入口
西朱莊—新橋段
西朱莊站
2321
1680
919
渾河入口
3河道特征分析
桑干河在東榆林水庫至山陰縣安榮村段的12km內兩岸階地較高;安榮村至懷仁新橋段長約69km為平原游蕩型河流,河道形態及基本特征具有游蕩性特征。
(1)河槽寬淺,河勢散亂多變
本段河道屬于平原游蕩型河流,河道比降約0.8‰,河道寬闊,平均寬度400—700m,主槽寬淺,寬約100—200m,深約1.0m。河床主要由沙壤土組成,穩定性較差,在一般小流量尤其是中水流量下變化較大,河勢變化十分散亂。河段內堤防工程基本上沒有。
(2)主河段河床淤積嚴重
在河道的灘地里,兩岸群眾自60年代起就種植防護林帶,主要有楊樹、酸刺柳等,使主槽寬度縮窄,僅100—200m,因此當發生較大洪水時,洪水漫灘后,流速減緩,泥沙落淤,造成河灘內淤積嚴重。根據羅莊和西朱莊水文站實測資料,在近30年的時間里,河床平均淤高約1.0m,年平均淤積速度約3.0cm。尤其是薛家營水庫引水段,由于在河道筑壩取水,主河槽淤積已滿,形成了局部的懸河。
4存在問題及規劃原則
4.1存在問題
根據以上分析,本段河道目前存在的主要問題有兩點:一是河道擺動范圍大,河勢多變,河槽遷徙不定,危及兩岸村莊及沿河耕地的安全;二是防洪標準低,由于本段河道一直沒有進行過系統規劃和堤防建設,個別地段修建的防護工程也因年久失修而破壞十分嚴重。目前的防洪標準不足五年一遇。
4.2治理目標
為沿河兩岸村鎮的人民生命財產安全和經濟建設提供防洪保障,為合理開發灘涂,治理鹽堿下濕地創造必要的條件;
將本河段的防洪能力由現在不足五年一遇的標準提高到二十年一遇,理順并基本控制洪、中水河勢。
4.3規劃原則
河道現狀為基礎,根據本河段的治理目標,河床演變特點,因勢利導,統籌規劃,著眼長遠;
充分利用天然節點和經多年加固的護岸、控導工程及堤防工程,穩定河勢,節約投資;
保證主要引水工程的引水條件和主要建筑物的防洪安全;
提高河道防洪標準與控制河勢相結合。
5規劃治理思路
5.1穩定河勢,理順流路
桑干河朔州段洪水含沙量較高,河床質為易淘涮的沙壤土,形成了散亂多變,河槽頻繁擺動,河床淤積抬高的游蕩性河勢。因此,為了確保防洪,應當在兩岸建立防洪堤防。但桑干河的流路特點仍具有一般河流的流路規律,即“小水坐彎,大水趨直”,在沿途查勘中,更多更嚴重的情況是在中小流量下的坐灣,因此,對于本段河流,其治理不僅要防御稀遇的較大洪水,也要防止中小水流量造成的險情,要穩定河勢,保證流路通暢。
5.2寬河固堤,為泥沙淤積留下較大的位置
桑干河河道在來沙較大的情況下,泥沙的淤積不可避免。根據黃河下游游蕩型河道治理的措施,“寬河固堤”是治理游蕩型河流較正確的方針,即維持較寬的堤距,以較大的河道面積來調節洪水和儲存泥沙,以確保堤防的安全。灘地過流能力雖然不大,但其削峰和槽蓄的作用是明顯的。
摘要:對口丁壩整治游蕩性河道
引言
在小浪底水庫投入運用后,黃河下游花園口站百年一遇洪水為15700m3/s。即使發生1958年型22300m3/s的洪水,經小浪底水庫調節后花園口站洪峰流量也會小于10000m3/s[1。小浪底水庫投入運用不僅削減了洪峰,同時也使進入下游的水沙條件發生較大變化。在運用初期3~5年內水庫將下泄清水[2[3,高村以上河段將產生大量沖刷,河道的泄洪能力將逐漸增大。在以后的相機排沙運用期,平、枯水年水庫仍將蓄水攔沙運用,只有在中游產生大洪水時才有排沙機會。因此小水挾沙過多對下游河槽造成嚴重淤積新問題在這一時期基本上不會出現。洪峰流量的減小和水沙搭配條件的變化,為游蕩性河道整治創造了新的條件,水庫的調水調沙運用需要游蕩性河道整治配合,從而充分發揮小浪底水庫調水調沙的功能,進一步把高村以上河段治理好。
游蕩性河槽的整治寬度受多方面控制,即泄洪輸沙的需求和控導河勢的要求。其中輸沙的需求和控導河勢要求大體上是一致的。過寬雖然利于排洪,但輸沙和控導河勢的能力較差,因此,必須綜合考慮泄洪、排沙和控導河勢不同需求,確定合理的整治寬度。
一、不同歷史時期對游蕩性河槽整治寬度的建議
早在1922年美國水利工程師費禮門[4認為黃河下游堤距過寬是治理困難的主要原因,他根據京杭運河和黃河匯口石洼、位山、姜溝三處洪水期,洪峰流量8000~10000m3/s,最大含沙量9%~10%,實測河道斷面自行刷深的情況,提出整治河寬為1/3英里(約為538m)的設想。
1946年在嚴愷院士主持下制定了黃河下游治理初步規劃[5,下游河道整治寬度定為500m,其主要理由是,黃河山東河道雖然比降小,河寬小,但水深大。認為比降1的窄河段的過洪寬度,在比降2的游蕩性河道足夠用,建議采用對口丁壩為主的工程辦法縮窄游蕩性河段,并作了全下游河道整治規劃圖。
葛羅同、薩丹奇、雷巴特[4對上述治理黃河下游河道初步報告中提出的整治河寬500m表示贊同,認為河寬500m,深5m,盡可能取直的河道具有能輸送含沙量達20%河水的能力。
50年代后期[6,認為三門峽水庫建成后下游防洪新問題基本解決,今后的主要任務就是興利,是在下游梯級開發修建攔河樞紐控制縱向的沖刷和整治河道,以利于引水航運。設計流量為6000m3/s,位山以上河道的整治槽寬定為600m,位山以下定為400~450m。由于三門峽水庫改建和下游攔河樞紐破壩,河道整治工程未能實現。
1966年張瑞瑾先生提出把黃河下游河道治理成“寬灘窄槽”的設想,并具體的論述這個方針的合理性、實用性。利用窄槽輸水輸沙,利用寬灘滯洪滯沙,久而久之形成高灘深槽。
以上建議由于受歷史條件的限制,在當時無法實現,現在小浪底水庫建成后,為實施這些建議提供了可能。
二、對現行河道整治寬度的評價及窄深河槽過洪能力
1.現行設計整治槽寬數值偏大
現行黃河下游河道整治規劃[8,系根據洪水期主槽平均單寬流量為10m3/s-m,泄量22000m3/s確定的,過洪寬度為2.5~3km
若采用實測平均值,則計算出的B也為實測平均值,在游蕩性河段,同一流量的水面寬變化很大,反映河床的不穩定。由于游蕩性河道的比降陡,河槽極不穩定,不同來水來沙條件塑造了不同的水面寬,且經常處于變化中,如高含沙洪水塑造的河寬窄,低含沙洪水形成的河寬大,隨著水沙條件的變化,河槽寬度經常變化。其二,由于河槽極為寬淺,水深在斷面上分布極不均勻,漫灘后水面寬會迅速增加。因此形成游蕩性河段,流量和水面寬關系散亂是必然的,不作具體分析采用平均值,確定的整治河寬不盡合理。游蕩性河道整治的目的是縮窄河寬、規順河勢,故其寬度應小于自然條件形成的平均水面寬,應是主槽寬度。東壩頭以上1200m,東壩頭至高村1000m明顯偏大。
2.窄深河槽具有極大的過洪能力
從公式可知,Q和R高次方有關,在B、n、J不變的情況下,水深增大對河道的過洪能力影響最大。
表1給出艾山站、濼口站1958年、1976年、1982年實測窄槽的過流能力表明,艾山站在1958年7月21日、22日,在河寬476m、468m,平均水深8.9m和10.6m的條件下,分別宣泄12300m3/s和12500m3/s洪水;濼口水文站在1958年7月22日、23日主槽寬295m,平均水深10.6m和13.1m的條件下,通過的洪峰流分別為10100m3/s和11100m3/s。
3.游蕩性河道的洪水主要通過主槽排泄
同樣由可知,在河寬、水深,n值相同的條件下,比降由1增加到2,河槽的過流能力增加40%;若泄量控制不變,則水深可減少23%。但由于比降陡的游蕩性河道,同流量水面寬遠大于窄河道,因此窄深河槽的過洪能力常不引人注重。在寬達幾公里的水面中主流帶的寬度常只有幾百米。表2給出花園口站1958年,主槽寬600m、1000m過流量可達到10000m3/s以上,最大達15022m3/s。占過流總量的70~90%,甚至達到98%。
江恩惠等對游蕩性河道主槽進行具體探究,認為目前所用河寬偏大[9。文獻[9給出的流量和水面寬的關系圖1表明,平均水面寬隨流量的增加而增寬,但水面寬的下限值,隨著流量的增大幾乎不變,均為500~600m。這表明主槽的寬度不隨流量變化。
從圖2給出的單寬流量沿河寬的變化情況可知,主槽的單寬流量可達20m3/s-m以上,灘地雖很寬但過流能力很小,單寬流量一般不足1m3/s-m。水流在寬淺河道上總是在一定寬度的主槽內集中輸送(詳見圖3)。尤其是高含沙洪水通過后,灘地大量淤積,主槽強烈沖刷,塑造出的窄深河槽同樣具有極強的輸水能力,表3為花園口站實測主槽的過流能力[10,表明,在1977年經過7月和8月兩場高含沙洪水塑造,在8月8日花園口站實測的主槽寬467、483m,相應水深為5.4、5.3m,平均流速3.85、3.73m/s。過流量達到8980m3/s和9540m3/s,由此可見,主槽的過流能力很大。只要能保持較大的水深,泄洪要求的河寬并不是很大。
4.窄深河槽泄洪機理
從圖4給出的花園口、濼口兩站洪水期,水沙過程和河床平均河底高程和最低點高程的變化可知,黃河窄深河槽在洪水期的輸水能力大的主要原因,是在漲水過程中主河槽不斷沖刷,最大洪峰稍后河床高程到達最低,水深達最大。1958年花園口站水位流量關系(見圖5-1)表明,流量從5000m3/s漲到15000m3/s,水位只升1m,而平均水深卻由1.99m增加到4.82m,增長2.81m(詳見表2),水深增長的幅度遠大于水位的增幅。由于,泄量和水深的1.67次成正比,因此使得河槽的泄流能力迅速增大。洪峰前后5000m3/s水位下降2m(見圖5-1),主槽河底高程下降近3m(見圖5-3)。
從圖5-2和表1可知,洛口水文站的流量和河床高程的變化,隨著洪峰流量的增大,平均和最低點高程不斷降低,最大洪峰后達到最低。流量從5000m3/s增長10000m3/s,水位升高2.95m,但平均水深由6.70m增加到13.1m,增加了6.4m,也遠大于水位的升高值。最大水深由8.9m增至18.1m,增加了9.2m。水深增大幅度遠大于水位升幅。水深迅速增加是河槽過流能力增大的主要原因。
三、利用對口丁壩整治游蕩性河道
目前黃河下游整治是采用單岸修建工程的彎曲性河道整治方案,取得了很多的成就。小浪底水庫投入運用后,下游水沙條件將發生很大變化,河道整治也將面臨新的新問題。在目前已建整治工程的基礎上,在某些河段采用對口丁壩方案整治,效果可能更好[11[12[13。其依據就在于該方法在利用窄深河槽滿足泄洪輸沙要求的情況下,還能更充分有效地控導河勢,這是其它方案所難以做到的。
在無小浪底水庫的條件下,由于小水挾沙過多,河槽嚴重淤積,游蕩性河段若按幾百米進行整治。主槽將迅速淤高,形成槽高灘低的不利局面,如目前的二級懸河。河道無法長期穩定。但在小浪底水庫投入運用后,來水來沙條件發生很大變化,初期下泄清水河床發生沖刷,水庫若是造峰沖刷下游河道,塌灘會更嚴重。根據三門峽水庫1960年9月~1964年10月下泄清水期高村以上斷面實測資料分析,游蕩性河道在主槽不斷的擺動中下切,造成灘地的塌灘、河道展寬。目前只在單岸修建工程,主流仍有一定的擺動范圍,有些工程常不能適應,尤其是中水整治、小水運行,矛盾突出,河勢會有較大變化,灘地坍塌不可避免。采用對口丁壩雙岸同時控制,無論大中小水主槽都能限制在較窄范圍,河勢會更穩定,可防止塌灘,使沖刷向縱深方面發展。在相機排沙運用期,平水、枯水年下泄清水和初期一樣,河槽也會發生沖刷,不會淤積抬高。水庫排沙期的流量均大于3000m3/s,整治后的河槽不應產生淤積,甚至還應發生些沖刷,對于漫灘洪水造成灘地淤積,則有利于高灘深槽的形成。
四、卡口槽寬為600、800、1000m時對洪水位的影響
實測資料分析表明,在洪峰上漲的過程中河床不斷沖深,在最大洪峰流量出現時間稍后河床高程達到最低,河槽的過洪能力達到最大。河寬的縮窄會影響過流范圍引起水位抬高,但主流的集中則使河槽沖刷加劇,兩者綜合功能,引起洪水位抬升。根據1958年花園口站實測資料,600、1000m河寬水位,泄量變化規律(詳見圖6),推求河寬整治成600、800、1000m時,流量由5000m3/s漲到10000、15000m3/s時的水位壅高值,并和1999年防洪預告值進行了比較[15。
從表4給出的計算結果表明,隨著河槽整治寬度減小,流量由5000m3/s升至10000,15000m3/s的水位壅高值DH,在相同流量變幅的情況下,逐漸增加,但增加的幅度不大,整治河寬由1000m減少至600m,DH值僅增0.1~0.2m左右。由5000m3/s漲至10000m3/s,和由5000m3/s漲至15000m3/s相比,DH值只相差0.5m至0.6m。由此可見河槽整治寬度在600~1000m變化時,對水位升高的影響并不突出。
由表4給出的DH值還表明,河槽縮窄后對洪水位的影響和天然情況下相比,在流量由5000m3/s漲至10000m3/s時,各級整治槽寬的DH值和1999年相應流量變幅的預告值的河段平均僅差0.2~0.3m。相應流量由5000m3/s漲至15000m3/s時,整治和不整治的水位壅高值DH僅差0.3~0.4m。由此可見,河槽整治寬度縮窄到600~1000m時,對洪水位影響有限,不會對防洪造成重大影響。
五、有關對口丁壩的布置形式
據阿姆河下游游蕩性河道整治經驗[13,和我們對黃河游蕩性河道按微彎布置整治工程的分析,采用對口丁壩進一步整治河槽可能更有效。有關整治工程的高度,從有利于排洪考慮,以目前黃河下游河道整治工程超高標準為依據,修建對口丁壩后對泄洪影響不大,河道保持天然河道泄洪特性,工程的興建只起護灘功能,隨著河槽的沖刷,槽深的增加,河槽的過洪能力增加,深槽會自然形成。從施工防守方便上考慮,筑壩基較為有利。
若兩岸對口丁壩口門較寬,水流不經常靠壩頭,搶險只能以陸上為主,為了使河道在洪水期仍能漫灘,滯洪滯沙,丁壩間不修聯壩,壩間的交通只用道路聯結,路面可和當地二灘高出0.5m,若為防止大洪水河勢出現較大擺動,工程的高程可按10000m3/s洪水位齊平設計,若考慮百年一遇洪水,應按15000m3/s洪水位齊平設計壩頂高程。當平灘流量為5000m3/s時,堤高為1.3~1.4m。隨著平灘流量的增大,同樣的設防標準,堤高會逐漸減小。從以上分析可知,河槽縮窄后對排洪影響不大。
綜上所述,應根據不同河段不同情況選擇不同的布置形式,以滿足防洪生產等方面的要求。有關河槽的整治寬度在順直河段可以按600~800m設計,從有利于泄洪考慮,對彎曲段可按800~1000m槽寬整治河道。有關對口丁壩的間距,根據阿姆河實踐經驗,為800~2150m,合1.3~3.6倍的卡口寬度。
阿姆河年徑流量190~770億m3,年沙量2.46億t,Qmax=8000~9000m3/s,洪水期S=16~20kg/m3,4~8月洪水期沙量2.12億t,常見洪水流量3000~4000m3/s,枯水流量為400~900m3/s,河道比降為0.00016~0.00026,最大流速3~4m/s,河槽在3~5km范圍內擺動。按照土雅姆水利樞紐下游200km河段整治規劃,需要填筑255道橫堤,總長度250km,河道整治寬度600m,對口丁壩間距800~2150m,規劃的255道橫堤中在1986年報道中已建成130道,總長度達105km,在30道橫堤上完成了拋石。120km的河段已部分地得到了整治,整治工程修建后,在大洪水期間仍可漫灘。詳見圖7。
應根據黃河下游不同河段河勢可能的變化情況,緊密結合現有的河道整治工程,因地制宜的確定對口丁壩工程的間距和護岸的長度。
六有關選擇試驗河段的建議