论蜿蜒型河道整治

摘要: 蜿蜒型河道是冲积平原河流常见的一种河型,如有“九曲回肠”之称的长江荆江段;有“地上悬河”之称的黄河三化段等等,都属于这种类型,蜿蜒行河道整治分为稳定现状,防止其向不利的方向发展和改变现状,使其向有利方向发展2大类,并提出具体解决方法。

关键词:蜿蜒行河道 河道整治 稳定分析 丁坝

河道作为输送流域内水沙的通道,按其流经地区的不同,可分为山区河道和平原河道2大类型。对较大河道而言,其上游段多为山区河道呈现以下切为主、河谷断面以“V”字型或“U”字型,比降较大,流态紊乱,推移质多卵石等特征;而平原河道流经地势平坦、土质疏松的平原地区,它的形成过程主要表现为水流的堆积作用。在这一作用下,河谷中形成厚重的冲积层,具有宽广的河漫滩,河道在广阔的河漫滩上左右摆动,河床纵坡平缓,推移多为中细沙等特点。本文所研究的就是平原河道中的一个类型―蜿蜒型河道。

一、问题的提出

蜿蜒型河道弯道的存在、曲率半径过小,势必抬高弯道上游的水位,必然会产生不良的水流结构和泥沙运动,对宣泄洪水十分不利;曲率半径过小,往往出现大溜顶冲凹岸,滩不稳则堤不固,形成险段,造成溃堤决口。该地区不论1985年东辽河左堤决口,还是1986年右堤决口,超标准漫堤决口毕竟还是罕见的。但因险段溃堤,造成决口的却不可小视。特别是由于河道弯道不断不断的发展,河岸不断的坍塌后退,毁坏农田及跨河、穿河电缆、铁塔、管线及交通设施和水利工程等现象不断的发生,同时给防汛工作带来及其危险的隐患,必须进行整治。采取不同的措施整治。河道的弯段曲率半径和中心角过小和过大,过渡段过长或过短,必然会发生一些不良的水流结构和泥沙运动,影响河床的演变,对防洪、农田、水利工程和城市产生不利的影响。因此应根据国民经济的需要,针对该河段的特点进行整治。

就防洪而言,由于弯道的存在,水流所遇到的阻力比同样长度顺直河段要大,水流为了克服这种阻力,势必要抬高上游河段的水位,以获得足够多的势能来维持正常的流动。弯道阻力的大小取决于弯道曲率半径。上游段水位的抬高不仅增大堤防工程量,而且对防洪十分不利。曲率半径在造床流量的影响下经常是岸由大至小规律演进的,当曲率半径达到某以特定值后,汛期洪水将形成大流顶冲凹岸现象,危及堤防安全。另外,由于横向断面输沙不平衡,凹岸随弯道的发展不断的被崩塌、倒退,沿河的农田、堤防、水利工程河城市建筑都将受到影响,造成损失,因此必须实施整治。

二、 河床演变分类

静止的、不变的河床是不存在的。河床总是处于不断的变化、发展过程中。河床受地理、地貌、土质、气候、降雨认为影响等因素控制,演变过程十分复杂。本文只从河床沿纵向发生的变化、从与流向垂直两侧方向发生的变化、从弯道的凹岸冲刷与凸岸淤积的变化过程中找出河道整治理论,提出整治方案。

(一)输沙不平衡是产生河床演变的根本原因

河床演变的具体原因千差万别。当上游来沙量与本段河道的夹沙能力不适应时,河床将发生变形。来沙量大则产生淤积、河床抬高;来沙量小则会产生冲刷、河床下降,这是河床的纵向变形。由于重力和离心力的共同作用,在弯道产生的横向环流,其表面含沙量较小的水流流向凹岸,底层含沙量较大的水流流向凸岸,产生横向输沙不平衡,造成凹岸冲刷、凸岸淤积,这是河床的横向变形。还有河道比降差异很大的,含沙量差异很大的支流汇入,使河道的平面形状发生突变,其实质都是输沙不平衡造成的。

(二) 河床的自动调节作用朝着输沙平衡方向发展

由输沙不平衡所引起的河床变形,在一定的条件下朝着变形停止的方向发展。当河床淤高时,本河段水深减小,比降增大,流速增大,水流夹沙能力因而增大。本段上游河段则由于淤积的影响而产生雍高作用,水深加大,比降和流速都将减小,水流夹沙能力也因而减小。这样一来上游来沙量逐渐增加,则河床将进行又一轮的冲刷。对于横向输沙不平衡而言,也是朝着使其变形停止的方向发展,凹岸的冲刷、凸岸的淤积过程,使弯道的曲率半径变小,河床的自动调节作用则表现在激发新的不平衡――水流通过撇弯来遏制凹岸冲刷的进一步发展。

(三)河型的分类

人类只有掌握河床纵向及横向变化的特点,才能因势利导、为我所用、采取措施、趋利避害。因此需要概括不同河流的特点,把平原冲积河道分为顺直型、蜿蜒型、交替消长型、游荡型4种类型,而对铁岭的平原冲积河道而言,主要特点为蜿蜒型(也有少量河道呈现游荡形态)河道。

蜿蜒型河道的主要特点是:中水河槽具有弯曲外型、深槽紧靠凹岸、边滩依附凸岸、凹岸冲蚀、凸岸淤长、河身在无约束的条件下向下游蜿蜒蛇行。

三、蜿蜒型河道的河床演变与整治原则

(一)几何形态

从平面上看,河道主槽是有一系列有一定曲率而正反相间的弯道河介乎其间较为顺直的过渡段依次衔接组成的。从河床的横断面看,弯道呈现不对称的三角型,凹岸一侧坡陡水深,凸岸一侧坡缓水浅。过渡段基本呈对称的抛物线型。由弯道段至过渡段断面形态转变是沿程逐渐变化的。从河床纵剖面看,其深泓的高低是沿河起伏相间的,弯道段较低,而过渡段则较高。

(二)水流运动

1.由于弯道的存在,水流发生弯曲。这样,水流就受到了重力河离心力惯性力双重作用,其等压面不是水平的,而是与重力和惯性力的合力相垂直。

2.凹岸一侧的纵向流速远大于凸岸一侧的水流流速。

(三)整治原则――控制横断面变形

蜿蜒型河道平面变形的充分发展要求由足够的摆动区域。在中国这样人口众多主要经济乃至政治活动中心位于河网地区的国家来说,任河道只有发展,是不可想象的。

四、蜿蜒型河道的整治方法

蜿蜒型河道的整治分为稳定现状,防止其向不利发展河改变现状,使其向有利方向发展等。其宗旨是稳定凹岸的现状,防止弯道进一步恶化和突变,只要弯道的凹岸稳定了,那么过渡段随之就稳定了。确保凹岸稳定的措施主要是针对因螺旋流产生的横向输沙就不平衡,采取相应的整治措施。由于凹岸的崩塌除于本弯道的土质、水流、曲率半径等因素相关外,它还与上下游河势的变化相关。如果上游来水方向发生了变化,将直接影响本段河道的演进,还将影响下游弯道的变化。一般的情况下,都将发生连锁反应,这就是人们常说的“一弯变、弯弯变”。如果下游去水方向、水位、流速发生了变化,由于水流的连续性原则,将直接影响本段弯道的水流方向、水位、流速和河势,使主流偏离,产生新的险段。铁岭市在近十余年来采取的“削坡护岸”工程措施,在辽河、东辽河等大型河道整治工作中取得完全成功的原则,就在于采取了稳定现状的工程措施。

参考文献:

[1]铁岭市水利局:《铁岭防汛使用手册》.吉林出版社,1999。282～291;

[2]铁岭市河道管理处:《铁岭河流志》.铁岭出版社,2000。89～123。