水土保持工程學(xué)第三部分-河道治理工程

1、1,2020年9月17日,第三部分 河道治理工程,各種類型的河段，在自然情況或受人工控制的條件下，由于水流與河床的相互作用，常造成河岸崩塌而改變河勢(shì)，危及農(nóng)田及城鎮(zhèn)村莊的安全，破壞水利工程的正常運(yùn)用，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)不利影響。修筑護(hù)岸與治河工程的目的，就是為了抵抗水流沖刷，變水害為水利，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。,2,2020年9月17日,1.1河道橫向侵蝕,橫向侵蝕一般是指在河（溝）道中與流向垂直的向兩側(cè)方向的侵蝕，如河（溝）岸崩塌，溝道被沖刷而變寬等現(xiàn)象。 發(fā)生橫向侵蝕原因：一是河（溝）床縱向侵蝕影響，由于河床下切而使河床失去穩(wěn)定；二是山洪、泥石流流動(dòng)時(shí)水流彎起引起橫向沖刷所造成的。影響水流彎曲的因素

2、很多，如河（溝）床上的突出巖石、沉積的泥沙堆、兩岸的不對(duì)稱地形等等，都可能引起水流的彎曲。,3,2020年9月17日,（一）基本原理 河道的演變形式，可分為兩種：其一是河道沿流程縱深方向上發(fā)生的變形，稱為縱向變形。其二是河道與流向垂直的兩側(cè)方向上之變形，稱為橫向變形。 河道的縱向變形，反映在河床的抬高和刷深，而橫向變形的總趨勢(shì)是：河道不斷向右岸沖刷發(fā)展，而左岸則不斷淤積。 河道演變的原因極其復(fù)雜，千差萬(wàn)別，但其根本的原因是輸沙的不平衡。,1.1.1河道演變的機(jī)理,4,2020年9月17日,（二）影響河道演變的因素 1. 河段的來(lái)水量及其變化過(guò)程； 2. 河段來(lái)沙量、來(lái)沙組成及其變化過(guò)程； 3.

3、 河段比降； 4. 河段的河床形態(tài)及地質(zhì)情況。 其中，第1、3兩個(gè)因素決定河段水流挾帶泥沙的能力； 第2個(gè)因素決定河段的來(lái)沙數(shù)量及其泥沙組成，在一定的水 流條件下，如果河段的來(lái)沙量大，泥沙組成粗，則有利于使 河道產(chǎn)生淤積；如果來(lái)沙量小，泥沙組成細(xì)，則將有利于使 河道產(chǎn)生沖刷。,5,2020年9月17日,1.1.2橫向侵蝕的防治 一般說(shuō)來(lái)，在山洪流經(jīng)的途徑上，可有以下幾種防治方法： （1）將溝槽部分裁彎取直，控制凹岸發(fā)展。但在溝道裁彎取 直后，由于比降增大，可能使山洪的流速增大，使縱向侵蝕 加劇，因而必須考慮溝（溝）床的穩(wěn)定性問(wèn)題。 （2）沉積泥沙堆山洪流經(jīng)障礙物時(shí)，必然要改變方向，從而 發(fā)生彎

4、曲導(dǎo)致橫向侵蝕，清除障礙物后并輔以適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流工 程則可防止橫向沖刷。 （3）設(shè)置護(hù)岸工程與整治建筑物，以控制河岸發(fā)展和改善 彎道，這是防止橫向侵蝕的主要辦法。,6,2020年9月17日,2.1.1護(hù)岸工程的目的及種類 （一）護(hù)岸工程的目的 溝道中設(shè)置護(hù)岸工程，主要用于下列情況： 1由于山洪、泥石流沖擊使山腳遭受沖刷而有山坡崩坍 危險(xiǎn)的地方。 2在有滑坡的山腳下，設(shè)置護(hù)岸工程兼起擋土墻的作 用，以防止滑坡及橫向侵蝕。 3用于保護(hù)谷坊、攔沙壩等建筑物。 4溝道縱坡陡急，兩岸土質(zhì)不佳的地段，除修谷坊防止下切外，還應(yīng)修護(hù)岸工程。,2.1 護(hù)岸工程,7,2020年9月17日,（二）護(hù)岸工程的種類 護(hù)岸工

5、程一般可分為護(hù)坡與護(hù)基（或護(hù)腳）兩種工程。 枯水位以下稱為護(hù)基工程，枯水位以上稱為護(hù)坡工程。根據(jù) 其所用材料的不同，又可分為：干砌片石、漿砌片石、混凝 土板、鐵絲石籠等幾類。 2.1.2護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)與施工 （一）護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)原則 1在進(jìn)行護(hù)岸工程設(shè)計(jì)之前，應(yīng)對(duì)上下游溝道情況進(jìn)行調(diào)查研究，分析在修建護(hù)岸工程之后，下游或?qū)Π妒欠駮?huì)發(fā)生新的沖刷，確保溝道安全。 2為減少水流沖毀基礎(chǔ)，護(hù)岸工程應(yīng)大致按地形設(shè)置，并力求形狀沒(méi)有急劇的彎曲。,8,2020年9月17日,3護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)高度，一方面要保證山洪不致漫過(guò)護(hù) 岸工程，另一方面應(yīng)考慮護(hù)岸工程之背后有無(wú)崩塌之 可能。 4在彎道段凹岸水位較凸岸水位高

6、，因此，凹岸護(hù)岸工 程的高度應(yīng)更高一些。（二）護(hù)基（腳）工程 1拋石護(hù)腳工程 設(shè)計(jì)拋石護(hù)腳工程應(yīng)考慮塊石規(guī)格，穩(wěn)定坡度，拋?zhàn)o(hù)范圍和厚度等幾個(gè)方面的問(wèn)題。 2石籠護(hù)腳工程 石籠護(hù)腳多用于流速大，邊坡陡的地區(qū)。石籠系用鉛絲、鐵絲、荊條等材料做成各種網(wǎng)格的籠狀物體，內(nèi)填塊石、礫石或卵石。,9,2020年9月17日,（三）護(hù)坡工程 1.干砌塊石護(hù)坡 干砌塊石護(hù)坡主要由腳槽、坡面、封頂三部分組成其中腳槽主要用于阻止砌石坡面下滑，起到穩(wěn)定坡面之作用，其形式有矩形和梯形兩種，其下端與護(hù)腳工程銜接。 2漿砌石護(hù)坡 漿砌石護(hù)岸堤可用75號(hào)水泥砂漿砌筑，在嚴(yán)寒地區(qū)使用100號(hào)水泥，其結(jié)構(gòu)形式，基本上與干砌石護(hù)坡相

7、同一般也設(shè)墊層。 3護(hù)岸堤修筑時(shí)，需注意的幾個(gè)問(wèn)題 （1）基礎(chǔ)要挖深，慎重處理，防止掏空。 （2）溝岸必須事先平整，達(dá)到規(guī)定坡度后再進(jìn)行砌石。 （3）護(hù)岸片石必須全部丁砌，并垂直于坡面。,10,2020年9月17日,3.1 整治建筑物,整治建筑物按其性能和外形，可分為丁壩、順壩等幾種。 3.1.1丁壩 （一）丁壩的作用種類 1丁壩的作用 丁壩的主要作用如下： （1）改變山洪流向，防止橫向侵蝕。 （2）緩和山洪流勢(shì)，使泥沙沉積，并能將水流挑向?qū)?岸，保護(hù)下游的護(hù)岸工程和堤岸。 （3）調(diào)整溝寬，防止山洪亂流和偏流，阻止溝道寬度發(fā)展。,11,2020年9月17日,2丁壩的種類 丁壩可按建筑材料、高度

8、、長(zhǎng)度、透水性能及與流水所形成的角度進(jìn)行分類。 (1)按建筑材料不同，可分為：石籠丁壩、梢捆丁壩、砌石丁壩、混凝土丁壩、木框丁壩、石柳壩及柳盤頭等。 (2)按高度不同，即山洪是否能漫過(guò)丁壩，可分為淹沒(méi)和非淹沒(méi)兩種。 (3)按長(zhǎng)度不同，丁壩分為短丁壩與長(zhǎng)丁壩。 (4)按丁壩與水流所成角度不同，可分為：垂直布置形式（即正交丁壩）、下挑布置形式（即下挑丁壩）、上挑布置形式（即上挑丁壩）。 (5)按透水性能不同，可分為不透水與透水丁壩。,12,2020年9月17日,（二）丁壩的設(shè)計(jì)與施工 由于荒溪縱坡陡，山洪流速大，挾帶泥沙多，丁壩的作用比較復(fù)雜，建筑不當(dāng)不僅不能發(fā)揮作用，有時(shí)還會(huì)引起一些危害，因此在

9、丁壩的設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)注意以下幾問(wèn)題。 1丁壩的布置 （1）丁壩的間距 丁壩的間距與淤積效果有密切的關(guān)系。間距過(guò)大，丁壩群就和單個(gè)丁壩一樣，不能起到互相掩護(hù)的作用，間距過(guò)小，丁壩的數(shù)量就多，造成浪費(fèi)。,13,2020年9月17日,（2）丁壩的布置形式 對(duì)崩塌延續(xù)很長(zhǎng)范圍的地段，為促使泥沙淤積，多做成上挑丁壩組，以加速淤沙保護(hù)崩塌段的坡腳；在崩塌段的上游起點(diǎn)附近，則修筑非淹沒(méi)丁壩。丁壩的高度，在靠山一面宜高，緩緩向下游傾斜到丁壩頭部。 2丁壩的結(jié)構(gòu) （1）石丁壩：其壩心用亂拋堆或用塊石砌筑。表面用干砌、漿砌石修平或用較大的塊石拋?zhàn)o(hù)，其范圍是上游伸出壩腳4m，下游伸出8m，壩頭伸出12m。其斷面較小

10、，頂寬一般為1.52.0m。,14,2020年9月17日,（2）土心丁壩：此丁壩采用沙土或粘性土料作壩體，用塊石護(hù)腳護(hù)坡。 （3）石柳壩和柳盤頭：在石料較少的地區(qū)，可采用石柳壩和柳盤頭等結(jié)構(gòu)形式。 3丁壩的高度和長(zhǎng)度 丁壩壩頂高程視整治的目的而定。在山洪溝道中，以修筑不漫流丁壩為宜，壩頂高程一般高出設(shè)計(jì)水位1m左右。 丁壩壩身長(zhǎng)度和壩頂高程有一定的聯(lián)系，淹沒(méi)丁壩，可采用較長(zhǎng)的壩身，而非淹沒(méi)丁壩，壩身都是短的。,15,2020年9月17日,4丁壩壩頭沖刷坑深度的估算 影響丁壩壩頭沖刷深度的主要因素有： （1）丁壩壩頭附近的流速及水流與壩軸線的交角。流速大，折向溝底的水流速度也大；交角愈接近90，

11、沖擊壩身的水流愈強(qiáng)，壅水愈高，折向溝底的水流沖刷力也愈強(qiáng)。 （2）壩身的長(zhǎng)度。壩身愈長(zhǎng)，束窄溝床的能力愈強(qiáng)，壩頭的流速也愈大，沖刷坑愈深。 （3）溝床的土質(zhì)組成和來(lái)沙情況。粘性土愈多，抗沖能力愈強(qiáng)，沖刷坑就愈淺，上游來(lái)沙愈多，遭沖刷的可能性也愈小。 （4）壩頭的邊坡。壩坡愈陡，環(huán)流向下之切應(yīng)力愈大，沖刷坑也愈深。,16,2020年9月17日,5丁壩的防護(hù) 在河床組成較好的情況下，可用拋石護(hù)腳，它的寬度應(yīng)不小于由漫流和繞流而引起的壩頭和壩身附近河床的掏刷范圍，在黃河流域，一般向上游延護(hù)1220m，向下游延護(hù)1525m。壩頭水流紊亂，應(yīng)特別加固，可采用加大頭部護(hù)底工程面積或加大邊坡系數(shù)兩種方式進(jìn)行

12、。 6丁壩的施工 丁壩施工中須注意的幾個(gè)問(wèn)題。 （1）施工順序：選擇流勢(shì)較緩和的地點(diǎn)先行施工，然后再推向流勢(shì)較急之地點(diǎn)，以保證工程安全。 （2）在施工中應(yīng)注意觀測(cè)研究已修丁壩對(duì)上、下游及對(duì)岸之影響。,17,2020年9月17日,（3）應(yīng)考慮按照現(xiàn)有溝道之沖淤變化，不能簡(jiǎn)單地將丁壩基礎(chǔ)按照現(xiàn)有溝底一律向下挖一定深度。 （4）在丁壩開(kāi)挖坑內(nèi)回填大石，以抵抗沖刷。 3.1.2順壩 順壩是一種縱向整治建筑物，由壩頭、壩身和壩根三部分組成，壩身一般較長(zhǎng)，與水流方向接近平行或略有微小交角，直接布置在整治線上，具有導(dǎo)引水流、調(diào)整河岸等作用。 順壩有淹沒(méi)與非淹沒(méi)兩種，淹沒(méi)順壩用于整治枯水河槽，順壩高程由整治水

13、位而定，自壩根到壩頭，沿水流方向略有傾斜；非淹沒(méi)順壩在河道整治中采用較少。,18,2020年9月17日,4.1 治灘造田工程,治灘造田就是通過(guò)工程措施，將河床縮窄、改道、裁彎取直，在治好的河灘上，用引洪放淤的辦法，淤墊出能耕種的土地，以防止河道沖刷，變?yōu)┑貫榱继铩?治灘造田是小流域綜合治理的一個(gè)組成部分，而流域治理的好壞，又直接影響治灘造田工程的標(biāo)準(zhǔn)和效益，因此，治灘造田工程不能脫離流域治理規(guī)劃單獨(dú)進(jìn)行。,19,2020年9月17日,4.1.1治灘造田的類型,（一）束河造田：在寬闊的河灘上，修建順河堤等治河工程束窄河床，將騰出來(lái)的河灘改造成耕地。,（二）改河造田：在條件適宜的地方開(kāi)挖新河道，將

14、原河改道，在老河床上造田。,20,2020年9月17日,（三）裁彎造田：過(guò)分彎曲的河道往往形成河環(huán)，在河環(huán)狹勁處開(kāi)挖新河道，將河道裁彎取直，在老河彎內(nèi)造田。,（四）堵叉造田：在河道分叉處，選留一叉，堵塞某條支叉，并將其改造為農(nóng)田 。,（五）箍洞造田：在小流域的支溝內(nèi)順著河道方向砌筑涵洞，渲泄地面來(lái)水，在涵洞上填土造田。,21,2020年9月17日,4.1.2整治線的規(guī)劃 整治線（又稱治導(dǎo)線）是指河道經(jīng)過(guò)整治以后，在設(shè)計(jì)流量下的平面輪廓，它是布置整治建筑物的重要依據(jù)，因此，整治線規(guī)劃設(shè)計(jì)得是否合理，往往決定著工程量和工程效益的大小，甚至決定工程的成敗。 （一）整治線的布置原則 1多造地和造好地，

15、新河應(yīng)力求不占耕地或少占耕地，造出的地耕種條件應(yīng)較好。 2因勢(shì)利導(dǎo)。充分研究水流，泥沙運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及河床演變的趨勢(shì)，順其勢(shì)、盡其利。 3應(yīng)照顧原有的渠口、橋梁等建筑物，不要危及村鎮(zhèn)、廠礦、公路等安全。,22,2020年9月17日,（二）整治線的形式 1蜿蜒式。整治線 一般都是圓滑的曲線。,2直線式：這種整治線基本上把新河槽設(shè)計(jì)成直線，根據(jù)河勢(shì)和地形，自上游到下游分段取直。 3“繞山轉(zhuǎn)”式，這種整治線是將新河槽擠向山腳一側(cè)，河道環(huán)繞山腳走向流動(dòng)。,23,2020年9月17日,4.1.3整治建筑物設(shè)計(jì) 在整治線確定之后，根據(jù)不同類型的整治線的要求，可采用不同類型的整治建筑物，以保證整治線的實(shí)施，整治

16、建筑物的類型很多，治灘造地工程中常用的有丁壩，順河壩等。 值得提出的是，修筑了某些治河造田工程以后，束窄了天然河道，改變了原來(lái)的水流狀態(tài)，使流速增大，一般能引起河床縱深方向的沖刷，因此，在修筑治河工程的同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)建筑物和河道的情況，設(shè)置護(hù)底工程。,24,2020年9月17日,（一）修筑格壩 根據(jù)灘地園田化的規(guī)劃，首先應(yīng)當(dāng)在河灘上用砂卵石或土料修成與順河壩相垂直的，把灘地分成若干條塊的橫壩，叫做格壩，它是河灘造地中的一項(xiàng)重要工程。 格壩的主要作用是：由于格壩地與原有灘地分劃若干小塊，形成許多造田單元，可以使平整土地及墊土之工程量大大減小，當(dāng)順河壩局部被沖毀時(shí)，格壩可發(fā)揮減輕洪災(zāi)之作用。,4.

17、1.4河灘造田的方法,25,2020年9月17日,（二）引洪漫淤造地 在洪水季節(jié)，把河流中含有大量泥沙的洪水引進(jìn)河灘，使泥沙沉積下來(lái)后再排走清水，這種造地方法叫做引洪漫淤造地或引洪淤灌。 1引洪淤灌的好處 （1）充分利用山洪中的水、肥、土資源，變“害”為“利” 。 （2）為洪水和泥沙找到了出路，有效地保持了水土,大大減輕輸入水庫(kù)的泥沙量。 2引洪淤灌之建筑物 （1）引洪干渠的比降一般用1/3001/500為宜，斷面尺寸大小應(yīng)根據(jù)引洪流量的大小而定。 （2）與清水灌溉相同，渠口設(shè)置進(jìn)水閘與泄水閘，對(duì)于無(wú)壩引水之渠口還需設(shè)引水壩，有壩引水之渠口，則多用滾水壩代替引水壩。,26,2020年9月17日,（3）引水壩的布置常分成軟硬二部分，以適應(yīng)大小不同洪水情況，具體做法是“根硬頭尖腰子軟，保證壩口不出險(xiǎn)”。 壩梢：要求結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，一般用河卵石干砌，并用鉛絲籠護(hù)腳，壩梢高度基本與設(shè)計(jì)引洪流量的水面平齊。 薄弱段：薄弱段迎水面一般用卵石干砌，背面用沙礫石堆積而成。 壩身：常用漿砌塊石做成，或卵石干砌，用卵石時(shí)一般內(nèi)坡為11，外坡為12，頂寬2-4m，壩身高度與壩梢高度確定方法相同，但應(yīng)增加超高0.5-1.0m。 壩根：一般與泄水閘外邊墩直接相連，多用漿砌石筑成，壩根內(nèi)坡多為10.5，外坡為11，頂寬為2-4m，其高度及基礎(chǔ)深與泄水閘外邊墩相同。,27,2020年9月17日,