沂河防洪馮濤

1、沂河干流河道特性變化和整治方向研究馮濤2017、1、4 中國(guó)海洋大學(xué) 工程學(xué)院 沂河干流河道特性變化和整治方向研究引言沂河河道特征與洪水特點(diǎn)河道特性變化現(xiàn)狀與趨勢(shì)河道演變主要影響因子行洪安全評(píng)價(jià)與治理方向一、引言 沂河發(fā)源于山東省沂源縣的魯山南麓，自源頭至入駱馬湖口全長(zhǎng)333km。沂河自源頭至跋山水庫(kù)為上游，跋山水庫(kù)至枋河口為中游，枋河口以下為下游。沂河是沂沭泗水系中的骨干河流，歷史上洪水災(zāi)害嚴(yán)重，歷來(lái)是沂沐泗流域治理的重點(diǎn)，也是近期治淮19項(xiàng)骨干工程之一沂沭泗洪水東調(diào)南下續(xù)建工程的重點(diǎn)。沂河洪水安全和水資源安全與魯南和蘇北大部分地區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全保障及社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。 近20

2、年來(lái)，受自然和人為因索的影響，河道發(fā)生了較大變化。對(duì)沂河河道演變的研究有利于明確整治方向，從而制定科學(xué)規(guī)劃、治理方案和防洪預(yù)案，提高本地區(qū)整體洪水安全保障程度。沂河中上游多年來(lái)河道特性變化不大，本次重點(diǎn)對(duì)沂河下游河道特性變化和整治方向進(jìn)行研究。二、沂河河道特征與洪水特點(diǎn)河道特征沂河有一級(jí)支流40條，多從中上游右岸匯人，主要支流有枋河、東汶河、蒙河等。在沂河上游山丘區(qū)修建了5座大型水庫(kù)和18座中型水庫(kù)。下游在劉家道口建有彭家道口閘，并辟有分沂人沭水道，分沂河洪水入沭河在江風(fēng)口建有江風(fēng)口閘，并辟有邵蒼分洪道，分沂河洪水人中運(yùn)河。在上游來(lái)水來(lái)砂等條件作用下，沂河下游演變?yōu)閺澢拥溃閺?fù)式河床，河岸

3、質(zhì)大多為砂壤土，兩岸多為二元結(jié)構(gòu)，河岸多有“腰砂”。沂河下游分段造床流量分別為：枋河口至道口約為6920m3s，道口至江風(fēng)口約為6260m3s，江風(fēng)口以下約為3630m3s；比降約為1 ：2000。洪水特點(diǎn)沂河下游河道屬于沖積平原河流，但洪水具有山洪河道特性，水位暴漲暴落，水位、流量變幅大。例如，臨沂水文站1 960年實(shí)測(cè)最大流量12100m3s，最大漲率228mh，從400m3s漲到12100m3s僅用了5個(gè)小時(shí)。年際間最大流量變化太，19602000年之間臨沂站最大流量12100m3s、最高水位6446m(1960年)最小流量952m3s(1 983年)。三、河道特性變化現(xiàn)狀與趨勢(shì)1河道縱

4、向變化分析(1)1981年前河道縱向河床變形計(jì)算成果。1)19591980年河床變形計(jì)算：枋河口一劉道El一李莊省界各區(qū)間主河槽平均淤高分別為004m、135m、065m。2)19651980年河床變形計(jì)算：枋河口一劉道口一李莊省界各區(qū)間主河槽平均淤高分別為002m、005m、004m。（2）1981年后下游河道縱向河床變形計(jì)算成果見(jiàn)表1。以1980年為界限，從計(jì)算成果可以看出，19591965年主河槽抬高，19651980年主槽基本處于不沖不淤狀態(tài)，沂河下游主河槽自19812001年河床逐年下切，駱馬湖口段逐年淤積，河床變形較大。3總體趨勢(shì)分析(1)沂河下游河勢(shì)平面形態(tài)基本穩(wěn)定，局部變化較大

5、?！鞍凑諒澢秃佣握蔚慕?jīng)驗(yàn)，有計(jì)劃的進(jìn)行河道兩岸整治工程長(zhǎng)度達(dá)到河道長(zhǎng)度的80左右時(shí)，即可控制河勢(shì)”。近50年來(lái)，沂河下游兩岸實(shí)施的整治工程總長(zhǎng)度已達(dá)河道長(zhǎng)度的842。單純從平面形態(tài)變化來(lái)看，沂沐河下游平面河勢(shì)絕大多數(shù)河段基本得到控制整體比較平穩(wěn)，局部河段平面形態(tài)變化較大，凹岸崩退、凸岸淤長(zhǎng)現(xiàn)象存在，如沂河下游北新汪段、劉馬南段橫向展寬嚴(yán)重，近幾年達(dá)3050m。(2)沂河下游縱向變形較平面變形明顯加快，縱向變形劇烈。在沂河下游河道平面形態(tài)整體比較平穩(wěn)的同時(shí)，河道縱向處于下切狀態(tài)，從表2可以看出沂河下游斷面河相系數(shù)(f=B)趨于減小，主河槽逐漸向窄深的趨勢(shì)發(fā)展這種變化，代表沂河下游河道大部分河

6、段的演變趨勢(shì)。三、河道特性變化現(xiàn)狀與趨勢(shì)2河道橫向變化分析沂河下游在20世紀(jì)60年代以前主河槽平面變化劇烈。目前沂河下游河道平面形態(tài)整體比較平穩(wěn)，局部河段在河岸沖劇、河道下切、河床質(zhì)、河岸質(zhì)及上游來(lái)水來(lái)砂等綜臺(tái)因素作用下造成河道平面形態(tài)變化較大，現(xiàn)有塌岸瞼工36處，長(zhǎng)度18687m。在沖積河流的調(diào)整中，比降是一個(gè)十分活躍的因素。沂河下游縱向河勢(shì)變化劇烈，變化較大的河段如沂河小埠東壩下縱比降為1：1312，重坊橋下至省界縱比降現(xiàn)狀為1：1188，局部河段處于嚴(yán)重不平衡狀態(tài)，要使河段保持相對(duì)平衡，河床底部在根據(jù)不同的來(lái)水來(lái)砂條件而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的過(guò)程中，沖淤交替會(huì)對(duì)已做護(hù)岸基礎(chǔ)形成嚴(yán)重淘刷，新的險(xiǎn)情

7、會(huì)隨時(shí)發(fā)生。三、河道特性變化現(xiàn)狀與趨勢(shì)四、河道演變主要影響因子1來(lái)水來(lái)砂沂河是屬于靠雨水補(bǔ)給含砂量較高的多砂性河流。沂河臨沂水文站的來(lái)水與來(lái)砂基本成正比關(guān)系，即大水大砂、小水小砂。沂河臨沂站多年平均徑流量206億ITl3(19512002年)，1963年徑流量最大為6210億m3，1989年徑流量最小為1.45億m3，最大與最小徑流量的比值約為43，為淮河干流蚌埠站的18倍。沂河臨沂站多年平均含砂量約08kgm3(19542002年)，為淮河干流中游的2倍；1962年最大斷面含砂量119 kgm3。沂河臨沂站多年平均輸砂量272萬(wàn)t(19542002年)。沂河臨沂站徑流量和輸砂量的變化大體是對(duì)

8、應(yīng)的但不同年代的年均輸砂量呈減少的趨勢(shì)。1960年以前沂河來(lái)水來(lái)砂量大，含砂量高，河內(nèi)淤積嚴(yán)重，河床變形劇烈。上游大中型水庫(kù)建成后，流域來(lái)水來(lái)砂發(fā)生了較大的變化，河道的含砂量顯著減低。特別是近年來(lái)來(lái)水來(lái)砂變化更大，輸砂量及含砂量逐年降低。根據(jù)沂河19612000年河段懸移質(zhì)輸砂量統(tǒng)計(jì)資料分析，懸移質(zhì)砂量基本平衡，稍微有些沖刷。懸移質(zhì)輸砂量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。2工程建沒(méi)(1)河道治理工程。沂河下游護(hù)岸工程84處，長(zhǎng)度9682km，河道長(zhǎng)度115km，護(hù)岸長(zhǎng)度占河道長(zhǎng)度的842。沂河下游的護(hù)岸工程首先是為了保護(hù)堤防的安全，為塌岸危及堤防安全的護(hù)岸保灘；其次是為了控制河勢(shì)。護(hù)岸工程的修建，在一定程度上改變了

9、河流的邊界條件，勢(shì)必對(duì)河床演變產(chǎn)生一定的影響。在未實(shí)施護(hù)岸前，河床演變的共同的基本特征是平面變形即塌岸的形成。幾十年來(lái)沂河下游實(shí)拖控制河勢(shì)的護(hù)岸工程，使河岸穩(wěn)定性增強(qiáng)，橫向沖刷受到抑制，縱向沖刷則變得相當(dāng)劇烈。(2)攔河建筑物。沂河下游現(xiàn)有橋梁14座，攔河壩5座，由于建筑物密集，工程在建時(shí)和建成后對(duì)河道行洪及河床演變產(chǎn)生了不利影響。一些建于20世紀(jì)5060年代的攔河建筑物，工程退化、老化，壩前淤積嚴(yán)重，大多成為阻水障礙物，對(duì)防洪、泄水十分不利。對(duì)于近幾年改建或新建的攔河建筑物，雖然擴(kuò)大了泄水和蓄水能力，但由于沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)論證、沒(méi)有做模型試驗(yàn)，幾次中小洪水就造成下游河床嚴(yán)重變形，威脅到了堤

10、防安全。絕大部分?jǐn)r河建筑物形成了“上淤下沖、中間阻水”的現(xiàn)象。小埠東橡膠壩建成后引起下游河床變形，碼頭攔河閘工程在建時(shí)引起上游河床變形就是比較典型的例子。四、河道演變主要影響因子3河道采砂(1)采砂對(duì)河床的影響。由于河床上有了線狀或面狀采砂坑的影響，水流運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于“跌水”，上下游緣口水面向下跌略呈彎曲狀，水流運(yùn)動(dòng)明顯加速，水流的挾砂能力有顯著提高，沖刷能力加強(qiáng)。因緣口部位遭受水流沖蝕，上游水面的彎曲點(diǎn)逐漸向上游移動(dòng)，床面不斷沖蝕，采砂坑的范圍不斷延展，形成溯源沖刷。造成河床全面調(diào)整，這一調(diào)整過(guò)程在洪水的作用下會(huì)明顯加快。(2)科學(xué)合理采砂有利于河道整治和行洪能力提高?？茖W(xué)合理的開(kāi)采河砂，可以改

11、善河勢(shì)，調(diào)整水流分布降低河床高程，達(dá)到整治河道與提高行洪能力的目的。但是不科學(xué)的無(wú)序開(kāi)采，將會(huì)改變水流流態(tài)和河勢(shì)穩(wěn)定，對(duì)工程本身和行洪造成不利影響。(3)有計(jì)劃采砂鞏固了主河槽清障成果，使河勢(shì)得到一些改善。沂河屬于山洪性、季節(jié)性河道，春季主河槽大部裸露，又由于攔河建筑物形成淤積，沿河植物阻水嚴(yán)重，多年來(lái)沂河的植物清障一直是老大難問(wèn)題，清了植，植了清，惡性循環(huán)。通過(guò)幾年來(lái)有計(jì)劃的采砂，沂河下游絕大部分河段主河槽已不具備植樹(shù)條件，清障成果得到鞏固，改善了河勢(shì)。沂河下游主河槽新的植物阻水很難形成。四、河道演變主要影響因子五、行洪安全評(píng)價(jià)與治理方向1行洪能力分析經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，根據(jù)20年一遇設(shè)計(jì)洪水19

12、81年測(cè)量資料與2001年測(cè)量資料計(jì)算的水面曲線有較大變化，除沂河駱馬湖口外其他河段行洪能力增加，但是行洪能力增加在沿河是不均勻的。沂河下游河床組成較細(xì)，可塑性強(qiáng)，河床能根據(jù)不同的來(lái)水來(lái)砂條件而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)接的能力強(qiáng)，沂河下游形成平衡縱剖面需要很多外界條件、時(shí)間過(guò)程會(huì)很長(zhǎng)。因此河床變形對(duì)河道行洪能力的影響是動(dòng)態(tài)的、不穩(wěn)定的、變化的。河段行洪能力提高是暫時(shí)的，沂河下游河道新的平衡重新建立后河道的行洪能力才能穩(wěn)定下來(lái)。2行洪安全分析沂河下游河道河床下切造成大部分河段防洪能力提高的同時(shí)，對(duì)河道行洪安全也造成影響。從總體上看，沂河下游由于堤防超高增加堤防本身的安全性有不同程度的提高但是沿河不均勻。由于一

13、系列河勢(shì)控導(dǎo)工程和河床自動(dòng)調(diào)整能力的雙重作用，沂河下游河勢(shì)雖不會(huì)有重大改變，但由于各種原因造成的河床下切會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)新的問(wèn)題，局部河段的河勢(shì)、河床形態(tài)，甚至河型均有可能發(fā)生不同程度的變化調(diào)整。河床下切，一方面會(huì)導(dǎo)致險(xiǎn)工險(xiǎn)段近岸沖刷坑進(jìn)一步發(fā)展，險(xiǎn)情加劇；另一方面，還會(huì)引起河道展寬，導(dǎo)致河勢(shì)變化，使部分原來(lái)沒(méi)有護(hù)岸的河岸可能應(yīng)流頂沖而造成塌岸，更重要的是已建護(hù)岸大多是六七十年代建成，河勢(shì)變化河道下切造成基礎(chǔ)暴露懸空形成新的險(xiǎn)工，使原護(hù)岸工程脫坡而失去了工程的作用，將對(duì)堤防安全造成嚴(yán)重威脅。(1)編制沂河下游河道治理規(guī)劃方案。按照“全面規(guī)劃、遠(yuǎn)近結(jié)合、分期實(shí)施”的原則編制穩(wěn)定沂沭河下游河勢(shì)的整治規(guī)劃

14、方案，盡快對(duì)存在問(wèn)題較多、矛盾比較突出、對(duì)堤防安全有重要影響的北新汪、立朝、胡村等險(xiǎn)工段，本著護(hù)堤先護(hù)灘、護(hù)灘先保證基礎(chǔ)安全的原則，對(duì)所處的不同河段采用不同的治理形式。由于河床處于下切變形狀態(tài)，應(yīng)重視基礎(chǔ)處理。(2)加強(qiáng)河道原型監(jiān)測(cè)及河道演變分析預(yù)報(bào)工作。1)定期進(jìn)行河道原型觀測(cè)監(jiān)測(cè)工作。沂河下游主河槽橫斷面應(yīng)35年觀測(cè)一次造床流量過(guò)后應(yīng)及時(shí)觀測(cè)。開(kāi)展行洪期間的河勢(shì)觀測(cè)。河道地形5l0年觀測(cè)一次。加強(qiáng)資料的整理、分析工作，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容包括水文泥砂、歷年河道斷面及地形基本資料，以及在此基礎(chǔ)上的河道變形、河床演變等分析研究成果。為“數(shù)字沂河”奠定基礎(chǔ)。2)加強(qiáng)對(duì)局部險(xiǎn)工險(xiǎn)段的監(jiān)測(cè)與分析工作。2

15、0世紀(jì)90年代以前沂沭河下游護(hù)岸工程多為干砌(漿砌)護(hù)坡和丁壩等護(hù)岸工程。由于近幾年來(lái)沂河下游河床變形較大，護(hù)坡基礎(chǔ)極易懸空脫落，需及時(shí)護(hù)基才能保持護(hù)岸的穩(wěn)定。目前沂河下游已廣泛采用模袋、拋石、漿砌石、打樁拋石、旋噴樁、攪拌樁等護(hù)岸工程，護(hù)岸工程基礎(chǔ)大多在水下，缺乏定期監(jiān)視觀測(cè)。(3)加強(qiáng)河道管理有效控制人為因素對(duì)河床演變影響。3整治方向與措施1)盡量減小跨河建筑物的影響。對(duì)已建成的阻水建筑物應(yīng)逐步拆除、改建，大泄量攔河壩要調(diào)整控制運(yùn)用方案，統(tǒng)一管理，汛期統(tǒng)一調(diào)度，對(duì)下游影響范圍內(nèi)的河床采取工程措施進(jìn)行保護(hù)，有條件的做模型試驗(yàn)，如碼頭攔河閘等。對(duì)今后建設(shè)的攔河建筑物，要嚴(yán)格控制數(shù)量、控制上下游水位差，禁設(shè)實(shí)體壩，以期在洪水期間能最大可能地恢復(fù)天然河道。2)依法、有序、