切灘導流技術

PAGE切灘導流工程在黃河中下游應用研究1前言2004年調水調沙期間，主流一直在大宮控導工程前坐彎成橫河，向南頂沖王庵工程-14垛及其連壩端頭和-14垛連壩背河，王庵上首灘地從連壩中心線前（北）150m一直坍塌至連壩中心線后（南）300m，大河在王庵-14垛連壩處形成了南北、東西走向的入袖畸形河勢，-14垛被水三面包圍，-13～-14垛連壩背河坡出現嚴重險情，且-14垛相應連壩背河坡險情向東不斷延伸。2005年王庵控導工程-14垛上首灘地繼續(xù)向南、向東坍塌，向東坍塌近400m，已超過-11壩至大辛莊防汛路，連接工程的防汛路坍塌入水而中斷，向南坍塌距柳園村房屋僅40余m，如果河勢繼續(xù)發(fā)展，將會造成洪水漫灘，順灘行洪，大辛莊、柳園村將坍塌入水，嚴重危及灘區(qū)群眾生命財產安全；另外，王庵控導工程背河已向東坍塌240m，-11壩至-10壩連壩已坍塌入水4m寬，自9月27日至10月10日。搶險用石12153m3，搶險總投資255.61萬元。如果不采取緊急措施，工程將被超后路，發(fā)生重大險情。2005年10月1日至7日，河南省省委、黃委、開封市委及河南黃河河務局主要領導多次到王庵工地視察險情并作出重要指示，必須改變目前這種畸形河勢，歸順主流，確保工程和灘區(qū)人民群眾生命財產安全。從河道整治角度講，上首柳園口、大宮，下首古城、府君寺等工程已和王庵形成了基本完善的配套工程，若不采取有效措施，盡快改變王庵目前這種河勢，一旦大河撇開王庵控導工程的控制，河道的整治整體效益就發(fā)揮不出來，王庵控導工程將失去意義。從灘區(qū)社經情況來看，切灘導流、歸順主流，可以保護袁房鄉(xiāng)灘區(qū)17個村莊4萬余人和5.26萬畝耕地。2005年10月13日，經黃委和河南黃河河務局有關專家多次現場考察論證，根據黃防總辦電[2005]238號文精神，決定在王庵控導工程上首、大宮控導工程28壩下首開挖灘地，切灘導流，以達到調整河勢、歸順主流的目的。至此拉開了在黃河中下游采取切灘導流治理黃河的序幕。2可行性分析2.1切灘導流裁彎在黃河中下游可行性分析黃河中下游河段具有寬、淺、散、亂之特點，河勢游蕩多變。河勢演變過程中出現的灘地塌失，橫河、斜河造成工程出險，必須加強河道整治工程建設，按照整體規(guī)劃主動調整和改變河道不利形態(tài)，來減少搶險。當彎曲型河段內的彎道發(fā)展到過分彎曲，以至形成河環(huán),不利于防洪和航運時，就應采取人工措施，加速河道由彎趨直的轉化。裁彎整治就是在人工控制下進行的河勢轉化過程，它可以避免隨機性的自然裁彎造成河勢無控制的不利影響。裁彎后河道流程縮短，比降增大，河道阻力減小且水流平順，提高了水流挾沙力。這樣既有利于航運，同時刷深了河道，加大了河流泄洪能力，降低了洪水位，從而改善河道的防洪條件。平原河道常用的整治措施有堤防工程、護岸（灘）控導工程、裁彎、堵汊工程、淺灘疏浚工程及治灘工程等。由于不同河型河段的演變規(guī)律差異很大，需要治理的問題各不相同，因而河道整治的方法也不一樣。根據黃河中下游的河道形態(tài)、河水流勢及泥沙特性，適于裁彎治理。首先，我國曾經先后在南運河、長江下荊江河段和渭河下游進行的多處人工裁彎，和本次大宮至王庵河段切灘導流工程的成功實踐為今后黃河切灘導流項目的實施提供了更多施工經驗。其次，目前在黃河中下游河段已形成十余處的“Ω”形河彎，河彎上下游兩個灘嘴的距離多為1000～2000m，裁彎比多在3～7之間，河彎上下游灘嘴間的水位差多在0.6～1.8之間，平均比降在8/10000左右，大于黃河中下游河道平均比降4.95/10000和黃河下游河道平均比降1.2/10000。再次，在黃河中下游出現的河彎上下游水流條件普遍較好。大部分河彎上下游的主流方向基本相對，下游河道開闊，開挖后引河易于奪流形成主河。另外，在黃河中下游出現的河彎多為1996年洪水期間形成的嫩灘，土質較松散，引河開挖后易于沖刷形成新河，從而達到理順河道、減緩洪水對工程的威脅。從以上條件來看，黃河中下游河段具備實施切灘導流裁彎的各項條件。為順應河道的發(fā)展趨勢，在河環(huán)狹頸處實施人工裁彎措施，不僅可以加速河道由彎趨直的轉化過程，還可以避免隨機性的自然裁彎造成河勢無控制的不利影響。裁彎后河道流程縮短，比降增大，河道阻力減小且水流平順，提高了水流挾沙力。這樣既有立即改變大河對防洪工程的不利影響，同時利于航運，刷深河道，加大河流泄洪能力，降低洪水位，從而改善河道防洪條件。2.2黃河中下游切灘線路的選擇切灘的位置要充分考慮對上、下游，左、右岸可能產生的有利和不利影響，盡可能滿足防洪、航運、工農業(yè)生產的需要，必須遵循因勢利導，保證進口迎流，出口順暢的原則。另外，引河線路的地質條件，也是線路選擇的一個重要因素。為此，引河線路的選擇應注意以下幾點事項：（1）引河軸線與大河主流線接近，要有較好的引流角度，進水口接近大溜頂沖位置，出水口下游寬敞順直，引河易于發(fā)育演變形成大河；（2）具有合理的裁彎比；（3）引河軸線相對較短，斷面不變的情況下工程量相對較小；（4）考慮灘地土質，應便于引河擴寬、刷深演變；（5）灘區(qū)人多地少，盡量避免占用農民耕地，減小地方阻力。陶2.3退貨裁彎比及引河懇比降閥根據目前黃河仙中下游河段的哨河勢、流量及發(fā)其泥沙特性，費結合河道兩岸協地形或工程的竟相對位置關系盯，黃河中下游逢河段裁彎比及沈引河比降適宜狗裁彎。考慮節(jié)支約工程投資，魂避免河勢突變暑的不利影響，害黃河中下游河灘段切灘應先開咸挖斷面較小的冊引河，然后借虜助水流沖刷使屋引河逐漸發(fā)展卸成為可以單獨嚴過流的新河。刺裁彎比：以經寧濟芳值把3揭～盯7所為較合理值。住晚引河道比降計檔算，應緊密結撤合測繪成果。傭根據進、出口寺水位差和引河輔軸線長度計算式引河道比降蜂（游i豬=斥進、出口水位沫差蚊/去引河長度）。刑引河道比降應塌大于原大河比酸降，且大于大英河沖刷比覺降似,落以保證順利引下水。比降的大擾小，直接關系謹到引河道沖刷牛和發(fā)展的速度專。擇2.4民企切灘引河斷面芽的選擇姻娛兩斷面擬定麥斷面的選擇是消裁彎的關鍵環(huán)圓節(jié)，斷面過大定，會造成大量期的資金浪費。債斷面過小，會珠相應增大引河交流速，造成出堆口淤積，重新下淤塞引河。根駕據一些裁彎工耀程經驗，引河院斷面多設計成譯梯形，邊坡按胳土壤性質一般蹤取葬m=謹2站～蹈3肯。開挖斷面面昏積依水文、地什質條件和通航吸要求，一般取贊原老河斷面賓的南1/薄5慚～孫1/3搶0礎。有通航要求鹽的，則應根據厘通航標準設計脆引河開挖深度北和寬度。引河鉤斷面設計應滿糠足以下兩個條就件蕩:賺第一，中常水等位下進入引河捕的流量、流速拘不宜太小，必隙須保證引河的溝沖刷。則應有僻：尋班別秤陰擊灘記退宗蝕第二，洪水期走進入引河的流華量、流速不能哲太大，以免引撇河發(fā)展過快，若招致下游河段揮的淤積和浪費澆工程投資。則擾應滿足：件上兩式環(huán)中桃:Q砌0參、妖Q并1豎、國Q岡2中分別為全河、泥老河、新河流移量驗；促L梯1援、蠅K灶1艱分別為老河的握流段長度及流皇量模數蠟；這L協2服、讀K濫2詢、漿A理2怕分別為新河的紀流段長度、流脂量模數、過水孩面積職；增V贈2劍、遣V約C布分別為新河流纖速與泥沙起動攝流速鑄；躁Gs塘d憤、敏Gs殃1賭、繁Gs今2女分別為全河下婚游、老河、新銅河輸沙率虧；澆S掛d精、問S服1客、繞S催2割分別為全河下沾游、老河、新趕河含沙量。策過引河挖深符引河挖深首先橫應考慮以下三床個方面因素：畜（往1晶）引河河底高蔑程一般應低于暗大河深泓點高字程，以便水流別順暢進入引河歡；株（烈2欺）在當前流量尾，能夠保證順晨暢過流；待將疑來河道下泄流養(yǎng)量、水位大幅碎下降時，引河皆仍可以大比例雜過流；焦（分3兆）所采用施工紗機械的作業(yè)能餓力。泡其次依據以上爺因素測出原河浩道深泓點水深它和河面寬度。狡為保證大河水扁流順暢進入引足河，引河水深劍不應小于原河掩道深泓點水深燭。并根據河道喚水位觀測資料秘成果，分析水酒位降低值，保倚證水位降低后閱，引河仍然具臥有過流水深。鉛再綜合考慮以桶上三方面因素誰及灘面高出水稻面高度，擬定忠引河挖深。伶隔引河與原河過銀流斷面比立原河道過流斷犯面腹M袖河道告=也原河道過流寬抄度汽×擴原河道平均水范深鴨開挖引河過流燕斷翠面伍M燙引河幟=頂引河道過流寬童度陰×胖引河道平均水篩深凱面積比淚：加M兼引河勁/辜M途河道應以經濟恢值零1/吧5冤～乖1/3脈0喚為易。參為引河斷面過流炭能力驗算菠測量進出口水莫位差和大河流孩速。銀斷面鞋的過流能力校郊核可由下式鴨進行：笑Q貓＝賓δ跟s煮嗚m/n饒b/(憂2g棉)掀1/2壟Ho3率/2麗式路中認Q余：過流流量析，禍m米3殿/饅s預；疑δ鳳s像：寬頂堰的淹井沒系數（查寬扁頂堰的淹沒系絨數表可知）；芹m/紗n愉：流量系數砍；輝b廟：堰孔寬舟，量m拔；近H亞o脹：堰前全水頭趁，誤m釀?；医浻嬎憧傻迷O雹計斷面的過流衰能力深。久3溫矮實施過程分析李3.1挪番施工平面布置挎由于施工場地好多為嫩灘，施洽工前應充分考領慮進出場道路奮和現場場地安旬排。并根據引慰河工程施工強糞度和引河開挖從總長度，確定伐主要開挖機械完臺數和開挖機率械排列布置。烏為保證施工人膀員和施工機械侄的安全，在引觀河進出口兩端想，應各預留一借道圍堰（寬時10接m驗左右），并安握排專業(yè)搶險隊搞員備料待命看芽護。以待主題菊工程完工后，沙通過快速拆除澡圍堰將引河打播通。引河過流投后，利用擾沙嬌船和挖掘機等礦機械及時在引迷河進行擴寬、棕刷深。帆3.2吐儲引河開挖分就河流裁彎工問程實施的方法瘋來講，小河流挪通常采取將新智河開挖到可以顛單獨過流的最返終設計斷面的韻辦法，一次性闖開新廢舊；大蝶、中河流為了餐節(jié)約工程投資金，避免河勢突遞變的不利影響販，一般先開挖燃斷面較小的引昆河，然后借助短水流沖刷使引膛河逐漸發(fā)展成肯可以單獨過流速的新河。矮引河開挖前，捎要根據工程基要礎土質狀況及辰其抗溜能力，喉未來河勢發(fā)展部趨勢及工程可冊能著溜的部位疲等實際情況認腳真進行分析，囑選擇最優(yōu)施工盲方案。開挖土氣方就近放棄在誘引河兩側灘地焰或原河道內。哲開挖深度在深裕泓點水深以下爐1.0m暮左右，引河兩外側邊坡用機械準修整平順，以顆保證順利過流宿。引河兩端采腳用擾沙船、挖謊掘機等機械開歸挖，開挖后泥庫沙靠大河回溜廚沖刷攜走。引愚河主題挖好后右，申請驗收組敬進行現場初步站驗收，驗收標侄準要保證引河術底平坡順，并都達到設計斷面班要求。主題工勵程完工后，及獄時組織人員和尤機械撤離現場斥，并通過快速室拆除圍堰將引蒙河打通（如爆茅破或多臺機械浪對挖）。引河菊過流后兩側灘糊岸會迅速坍塌嫩。隨即組織擾智沙船和挖掘機膨等機械在過流狐的引河內及時勉進行擴寬、刷并深。確保引河豆順利發(fā)展。頓3.3陪出引河擴寬及導趟流脾在引河過流起蹦始，由于引河汗開挖平順，上壯下游水位差較女大，水流十分資順暢。但隨著計短時間內持續(xù)法過流，上下游灌水位差逐漸趨押于平緩，流速孟和流量也會逐姜漸減小，并有贊淤積的勢頭，齡過流斷面也隨遷之減小。此時啟，要根據現場遍河勢和引河過界流情況，及時早安排擾沙船和聯挖掘機等機械經在引河進出水勾口進行切灘擾掀沙，以盡量快鏡速引導大河主比溜直接頂沖引廳河。隨著切灘庸擾沙的不斷進諸行，引河進水剝口的斷面會不航斷擴大，大河齊主溜也逐漸頂挺沖引河，引河塊過流量也迅速性增長。當引河譽分流比大毅于拒0.樓5爛時，便可認為軍引河開挖已基庭本成功，實現珍了引河演變?yōu)榉ù蠛拥哪康?。愛裁彎工程實施蓄后，新、老河飛以及原河段上盛、下游河勢也掛都相應發(fā)生變瓦化。引河要經稀歷劇烈變化和磁逐漸穩(wěn)定兩個開階段，比降逐文漸調平，斷面分不斷增大，水淋流、泥沙、河士床三者逐漸達尚到了相互適應境的平衡狀態(tài)，爽成為相對穩(wěn)定旦的彎曲河段。愿同時老河也隨吸著分流比例的縫下降很快淤積輩，當分流比小積于息0.如5盟時，轉化為單劫向淤積過程。億4叢鈴應用前景及實近施建議萄4.1暫攤應用前景類這次王庵～大瞧宮河段切灘導斑流的成功實踐充證明，切灘導負流對短期內迅殖速改變畸形河雅勢、遏制工程決險情、確保工坐程和灘區(qū)村莊舌安全起到了十熟分巨大的作用顧，為今后類似奉情況下引導主炕流、快速調整粉河勢、積累了泊成功經驗。是臉在目前中水河墊槽整治條件下認、有效控制小銜水河勢，解決吵大洪水排洪、律小水畸形河勢蘆發(fā)育問題的有攜效方法與手段撒。開創(chuàng)了黃河慎下游游蕩性河戒段進行切灘導勞流的先例。爪目前，黃河中皇下游河段存在評多處較為典型楚的激“茶Ω宏”告形河彎，河勢金演變過程中出紙現的灘地塌失統、橫河、斜河寶直接威脅黃河賞兩岸人民的生陰活和生產，也閃給治黃工作帶窩來了巨大的經晴濟損失。進一圾步對黃河中下墳游游蕩性河段碧進行切灘導流扭治理，意義十撇分重要，有廣為闊的推廣應用層前景。狡4.2聞雀實施建議忙儲變抖“同人工擾誰沙蕉”凝為里“仙切灘導流、歸琴順河豬勢詳”垮。害由于黃河下游年河道寬、淺、岸散、亂，河勢醫(yī)游蕩多變，易惰出現橫河、斜蝦河，通過小浪駛底調水調沙，盛下游游蕩性河序段自上而下出邊現嚴重沖刷，慧河床下切。河環(huán)床在下切的同來時伴隨著展寬蔥，灘地塌失，盟演變過程中也剩會出現橫河、亡斜河造成工程稼出險。切灘導醬流后河道流程剝縮短，比降增或大，河道阻力畝減小且水流平個順。這樣既有釋立即改變大河吼對防洪工程的樹不利影響，同皂時利于航運，顯刷深河道，加切大河流泄洪能求力，降低洪水畜位，從而改善秘河道防洪條件毒。因此建議在既目前河道整治訓工程不配套、枕小水河勢缺乏遼控制情況下，侄變每掏年唯“腫人工擾沙輸沙聞入碎海姥”丈為每讀年大“紡切灘導流、歸腹順河愿勢油”思，這是我倘們搏200帖5趨年臺前韓胡同選人工擾沙和這顯次封丘大功切造灘導流的深刻施體會及認識。旨游節(jié)約黃河有限丈資源，抓好畸宗形河段治理的篩主動。殘在汛前河勢查忌勘時，應對畸鳴形河段進行認悉真分析，在充焦分考慮切灘技敏術指標的前提問下，預估河勢配發(fā)展，選定切冠灘河段，并在羊主汛期到來之性前，進行切灘扁導流，為汛期公洪水通過切灘誠渠道下泄提供鼠有利條件。剝鞏盡快組建切灘綱導流專業(yè)施工取隊伍。孔王庵河段切灘遣導流雖說成功加的經驗很多，賓但同時也存在笛一些問題。尤度其是機械設備萍，大多是鹽在騎7滾0檢年代水上搶險館隊基礎上拼裝柄起來的，老化賺嚴重、效率低竄、可靠度差。揚另外，近年黃躲河搶險隊伍經告費不足，很大迷程度上影響了俱他們整體效能勤的發(fā)揮。因此咸，我們應在搶之險隊伍的基礎躬上，盡快組建逼切灘導流專業(yè)化施工隊伍，來茄適應新形式下題黃河治理與開爛發(fā)的需要。律取做好技術方案掘的制訂。頃a陜、一般來講裁本彎引河進出口腰交角館越小越好，進繼口交角域越小越便于引暢溜，出口交角餃越小越便于引減河內出水順暢針。如中洲子引禁河進出口交角盤分別稠為手28侵0攪、臨30甲0季，上車灣進出倦口交角懲分別娃為篇20夫0懷、眾30券0成，仁義灣進出狹口交角揚分別幸為牌17.5傭0靠、璃30護0筆。根據我國南曬運河人工裁彎個工程實踐，采爬用姿30眠0疑-110磚0燙的進出口交角薯，工程多遭失據敗。裁彎工程船以往經放驗蠟:低應小貨于娃25拋0妨，才便于新開枝引河順利發(fā)展窮。眨在芝0觸5有年大宮切灘導綁流施工中，為適盡量減小工程假對百姓農作物棋的破壞和保障爆施工場地的要京求，引河進出右口交角踢均恨在軋90睡0偏左右。由于黃裕河下游灘地具過有易挖、易沖膀的特性，在導川流過程中，通滔過及時采用挖辜掘機進行切灘的調整交角措施信，使引河順利漿沖刷形成新河掩。由此可見，跡在黃河中下游頂切灘導流中，傭可根據施工要怖求，依據引河達上下游河勢和欠土質，可適當旋放寬進出口交鎮(zhèn)角要求。敏圖旱1鳴－直1牙餓河道裁彎示意宰圖雞b員、裁彎比：以缺經濟泉值執(zhí)3五～晌7咽為較合理值。誠如中洲子裁彎淋比衡為森8.詢5狂，上車灣嬌為非9.公3蚊，仁義灣悼為屑3.9查3庸，南運河系統昆裁彎比一般密為花3-1仆3釣之間。匯0灣6腐年多3土月蓮2稈7氣日偷9恢：壽4謙5姜時，大宮切灘蹲導流工程現場禮指揮部依據測預量成果：進口撲水位差為定0.600m后，引河道長度閑為孩140m傳。得出引河道偉比降為睜：悟i=0.60火0/140=蜻4.29統‰閘，遠大于大河鑒沖刷比頑降鏈1/300肆0社（黃河下游河墳道平均比妹降討1.2/10吐00腳0磁）。工程引河臥開挖實際裁彎對比為騎：縮3000÷1夏4為0肆＝助21.4好3捐，工程實施后突河道沖刷劇烈叫，蝶3淹月勿2勢9傭日氣引河過流比即抽達猜到保90患%舌。因此，在黃雖河中下游切灘嘩導流中，可根景據施工條件要漠求，依據引河貨比降，適當掌辰握裁彎比。屑C瘋、關于開挖斷肉面解：謀援在咬0勻6礦年大宮切灘導訪流工程施工中岸，受多種因素則影響，考慮到歷河勢和引河較黨短、比降較大山等有利條件。援通過演算：已劫知抽d=練0.02cm帥，駁h=窯0.6尺m珠，罷t=確20催℃劑，進口水位差踐0.6m者，引河道長疾140m旬。無因次數：六在希爾茲曲線頂上查得：起動拖曳力：義水流實際作用忽在泥沙顆粒上跌的拖曳力為：挖由于水流實際脫作用在泥沙顆陷粒上的拖曳力豎遠大于起動拖盾曳力，故判斷夜引河泥沙完全煌能夠啟動。肢引