山区性河道

山区性河道（精选6篇）

山区性河道 篇1

防护工程冲刷深度的确定,是护岸坡脚设计的重要依据, 与河道堤防防护稳定和防汛安全息息相关。目前国内外研究提出的堤岸防护工程冲刷深度计算的公式繁多,且公式各有侧重、计算差值明显,新的堤防设计规范也对冲刷深度的计算公式进行了修改。本文以西苕溪上游的山区性河道为例,研究探讨如何结合工程具体情况选用合理的公式计算冲刷深度,并以此指导工程护岸坡脚设计。

1河道概况

西苕溪发源于天目山北麓,属山溪性河流。其上游为山区性河道,源短流急、水位暴涨 暴落、洪峰流量 大、历时短、流速大、破坏性强,河道蜿蜒 曲折、坡降大。两侧河岸 为不连续 土堤,且未经护砌,加上人类活动的破坏,河岸冲刷严重。在地质上,河岸多为砂砾土,河床一般 以砾石、块石或砂 砾卵石等 为主,两岸地面高程普遍高于设计洪水位,不存在地质隐患及防渗问题。但沿河村庄密集,部分房屋临河而建,如对边坡进行开挖势必产生大量的拆迁。为提高河道的防洪能力,减少堤岸冲刷减轻水土流失,如何更符合实际地确定河道的冲刷深度, 进行合理地护岸坡脚设计就显得尤为重要。

2冲刷深度分析计算

河流的冲刷深度受河流水深的影响,但是当卵砾的淹没水深达到一定的数值后,水深的增加对河底冲刷深度的增大不明显。在其他条件相同的情况下,河底的水流流速越大,搬运的颗粒粒径越大(即粒径越大的颗粒对应起动流速越大)。同粒径条件下,流速越大则颗粒的翻滚移动速度越快。因此,河流的冲刷深度主要受水流流速控制。

根据《堤防设计规范》(GB50286-2013),平顺护岸冲刷深度可按下列公式计算:

式中:hs为局部冲刷深度;H0为冲刷处的水深;Ucp为近岸垂线平均流速,m/s;Uc为泥沙起动流速,m/s。

对天然河流,人们无法直接判断其床沙的运动状态,因此很难确定泥沙的起动流速。早在200多年前,就有人开始对泥沙起动流速进行研究。20世纪20年代前后,希尔兹(Shields) 曲线问世,泥沙起动拖曳力公式的推导,使泥沙起动条件的研究得到了开创性的发展[1]。随后,越来越多的半理论、半经验公式被提出。

前苏联的沙莫夫提出对于粒径D>0.15mm的黏结力较小的散粒体泥沙,给出了如下起动流速公式[2,3,4]:

式中:vc为起动流速;D为粒径;h为水深;ρ、ρs分别为水 流及泥沙密度;g为重力加速度。

冈恰洛夫采用对数形式的流速分布公式,推出了适用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式:

张瑞瑾认为颗粒起动时受黏结力的影响,尤其认为该黏结力还包含水柱及大气压力所传递的那部分作用,得到了同时适用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式[5]:

式中:γ、γs分别为水流及泥沙密度。

唐存本在考虑具有稳定干密度的起动流速资料的基础上, 得出同时适用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式[6]:

式中:C为综合黏结力参数,根据淤泥起动流速资料,C=0.906 ×10-4cm/s;γ′为淤积物的干容重;γ′c为淤积物的稳定干容重, 其值约为1.6g/cm3;m为指数,天然河道的m=1/6。

沙玉清考虑薄膜水接触引起的黏结力及孔隙率等因素,利用实测资料得出了能概括粗细颗粒泥沙的起动流速公式[7]:

式中:δ为薄膜水厚度,取0.000 1mm;ε为孔隙率,其稳定值约为0.4。

该工程水流的流速为5.63m/s,代入上述公式推导泥沙粒径, 得到泥沙粒径数值在0.36~2.55m间变化。根据现场实际情况, 洪水后边坡及坡脚遗留块石粒径在30~50cm间。因此,在设计流速下,结果采用沙玉清公式推导的泥沙粒径,值为0.36m。

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013),泥沙起动流速采用长江科学院的起动公式,床沙的中值粒径偏于安全取0.30 m,求得冲刷深度为1.42m。

根据计算结果,护脚埋深考虑一定的安全余度,取为2.0m。

3堤岸断面形式拟定

设计断面所在位置属于 冲刷凹岸,堤岸长度 约250 m,计算冲刷深度2.0m,护岸高度约7.5m,坡岸较陡,村庄、企业房屋临河修建。现状边坡表面大块石散乱堆砌,且有直径较大的树木生长。

考虑施工及居民日常休闲需要,并减少单级边坡的高差, 在常水位附近设置宽度4.0m的亲水平台。为避免对临河修建房屋的拆迁,平台以向外拼宽的方式修建。护脚设计考虑施工中沿岸居民的接受度,以少开挖为原则,并以水平防冲代替垂直防冲。护脚及5年一遇水位高程以下的护 坡 ,均采用柔 性的生态网箱及生态网垫。生态网箱外侧抛石回填,抛石表面以合金钢网兜护面。为达到固土的目的,5年一遇水位高程以上, 采用框格草皮护坡。结构形式见图1。

4结语

山区性河道的大流速、大流量的强破坏性决定了在整治过程中,对河岸冲刷及水土流失的处理显得尤为重要。在进行此类河道的堤岸设计时,应充分考虑现场实际情况,选用合适的公式,确定河道的冲刷深度,优化堤岸设计,保障防汛安全。 □

山区性河道 篇2

1 试验模型布置及测量仪器

1.1 模型布置

河道模拟弯曲河段, 概化对象为万州江南沱口码头段, 直道段采用概化模型, 弯曲河道段弯曲角度为90°, 弯曲河道段采用实际地形进行模拟。拟模控制水深根据三峡水库防洪限制水位145米、正常蓄水位175米、及枯水期最低消落水位 (死水位) 155米。河道概化段的底部平均高程为93.2米。模型采用1:70的概化模型, 概化后模型宽8米。中心线总长约52米。对应水深分别为0.74m、0.88m、1.16m。岩体滑块为长方体, 长度1m, 通过宽厚比控制滑体体积。选20°、40°、60°作为岩体滑坡的滑面坡度。滑坡体入水处与河床坡度为90°, 能量损失也最小, 最不利。滑坡前缘处于临水状态, 这样滑坡体势能只与滑块体积及入水角度有关。滑坡岩体下滑过程中因存在裂隙发育而散体化, 所以滑坡体由不同大小、不同方向进行组合的小块体组成。根据滑面坡度、库区水深、块体大小, 试验采用单因子方案设计, 共81组工况。滑坡体根据密度相似, 采用库区泥岩和砂岩的平均密度作为滑坡体密度。

1.2 测量仪器与方法

用超声波浪采集分析仪测波高和周期, 采集时间一般为200s, 采集频率为50Hz。需要测量区域为:直道区域、弯道区域、过弯后区域和直道远端区域, 主要测量初始涌浪和沿程涌浪, 共8个断面16个测点。试验一共布置4个爬高测点位置, 分布在滑坡入水点的邻岸、对岸、对岸弯道处、模型最远端。

2 爬高分析

根据81组工况爬高测量数据分析总结, 最大初始涌浪爬高和最大均值均在对岸处, 说明此处是最危险的位置。最小初始涌浪爬高和最小均值均在最远端。从试验数据分析可以得出结论:同一方案中, 随着距离的增加, 波高有明显的衰减, 同一距离 (在同一圆弧上) 的波高大致相等, 与圆弧波理论的结论一致。

影响爬高的因素非常复杂, 根据我国交通部《海港水文规范》中爬高的公式为:

式中:R指基于静水面爬高垂直高度;H’指坡前波高;KΔ指护面结构的糙渗参数, 与护面材料特性有关;Kd指与相对波高H’/h (H’为坡前波高, h为水深) 有关的系数;R0指单位爬高, 与波陡H’/L (L为坡前波长) 及斜坡坡度α等有关。

滑坡涌浪爬高与库区水深, 滑坡体下滑角度、滑坡体厚度、滑坡体宽度等因素有关, 这四个因素对滑坡涌浪首浪高度有直接影响, 其中水深还影响涌浪的传播。在公式中爬高还与传播距离等有关, 因此考虑到各因素的影响, 它们的关系满足以下公式:

经量纲分析可得到如下:

式中:R指爬高 (m) ;D指爬高点到入水点的距离 (m) ;H指涌浪初始高度 (m) ;h指水深 (m) ;α指岸坡坡度, 弧度制。采用线性函数进行线性回归, 得到爬高经验公式:

用此公式进行验证, 计算值与实验值较吻合。平均相对误差8.54%, 离差平方和0.041。

3 结语

本次试验采用概化模型模拟三峡库区一段典型的岩体滑坡, 根据不同水深, 滑坡下滑角度等因素设计不同组合的长方体滑坡块体, 很好的模拟了岩体滑坡涌浪过程。试验总共81组, 根据这些数据分析了岩体滑坡涌浪在不同位置、不同距离处的爬高, 运用线性回归方法得到了爬高计算公式, 并运用公式对各个工况爬高点进行验证, 计算值与试验值吻合较好。

摘要：三峡水库蓄水时, 潜伏地质隐患的斜坡可能会因此而形成滑坡, 导致大面积的边坡塌滑和库水涌浪。巨大块体急剧滑入水中产生很大爬高, 可以摧毁库区港口码头结构及水面以上的建筑物。通过库区河段概化模型试验, 结合不同水深、不同滑坡体下滑角、不同滑体厚度及宽度等的影响, 经过多组试验工况对不同测点的爬高分析, 用线性回归方法得出岩体滑坡涌浪爬高计算公式, 为库区护岸的整治工程和港口码头的坝顶高程设计及岩体滑坡灾害预报提供了合理的参考价值。

关键词：山区水库,岩体滑坡,涌浪,波浪爬高,试验研究

参考文献

[1]庞昌俊.二维斜滑坡涌浪的试验研究明.水利学报, 1985.

[2]汪洋, 殷坤龙.水库库岸滑坡涌浪的传播与爬高研究[J].岩土力学, 2008.

[3]黄种为, 董兴林.水库库岸滑坡激起涌浪的试验研究[A].水利水电科学研究院科学研究论文集第13集 (水力学) [C].北京:水利出版社, 1983.

[4]陶孝锉.李家峡水库正常运行期的滑坡涌浪试验研究[J].西北水电, 1994.

丁坝在山区河道截流中的效用研究 篇3

丁坝作为一种常见的河道整治建筑物, 通常应用于航道整治和防洪护岸工程[1,2,3]。在一般平原河道截流工程中, 往往在导流隧洞进口下游设置壅水丁坝[4,5], 充分利用丁坝壅高上游水位的作用以增大导流洞初期分流能力。然而在山区河道截流中, 由于导流隧洞进口局部河床坡降较大, 如果仍然将丁坝设置于导流隧洞进口下游, 则丁坝的壅水作用有限, 不能有效提高导流建筑物的分流能力, 以达到降低初期截流难度的目的。本文依托某水电站物理模型试验, 主要研究了丁坝在山区河道导截流工程中所起的作用以及对截流的影响。

1 工程概况及模型布置

某电站位于大渡河干流, 采用土石断流围堰+隧洞导流方式, 导流洞布置在右岸, 进口高程为1 412.5 m, 出口高程1 410.0m, 洞长756.0m, 纵坡0.529%, 城门型断面尺寸15.0m×16.0m (宽×高) 。由于截流河段右岸无设置渣料场条件, 而左岸地势较为开阔平缓, 便于截流材料的堆放与运输, 所以采用单戗堤立堵进占截流方式, 设计截流标准采用10年一遇旬平均流量, 分别594.0、549.0、463.0m3/s。导流隧洞进口与戗堤轴线之间的距离为180m左右, 二者之间高差4.4m, 该河段平均河床坡降为1.33%, 平均水面坡降为1.16%, 坡降大, 天然流速大, 属于典型的山区河道截流 (见图1) 。按相似原理准则, 模型比尺选定为1∶50, 采用正态、整体模型, 如图2 所示。

2 试验成果与分析

2.1 无丁坝方案

当来流量Q=463.0m3/s时, 在戗堤进占至60m龙口宽时, 其导流隧洞分流比仅30.2%, 龙口最大流速已经达到5.9m/s左右;戗堤继续进占至40m龙口时, 导流隧洞分流比变化不大, 增长了约9%, 其最大流速却达到了7.7m/s, 戗堤在此阶段进占困难, 采用戗堤上挑角抛投大石, 中后部中石跟进进占;过40m龙口宽度后, 截流即进入最困难阶段, 只能采用大石和特大石全断面进占, 直到龙口宽度30m左右时, 戗堤才形成壅水效果, 导流洞分流量增加, 分流比才达到57.2%, 单宽功率达到最大为75.3万W/m。截流过程中不同龙口宽度时的水力特性指标如图3所示。在截流初期 (B=40~60m) , 导流洞分流比较小, 龙口流速始终处于高流速区段, 截流戗堤进占难度较大;此后, 随着戗堤的继续进占, 到截流中期 (B=20~40m) , 龙口范围内单宽流量持续增加, 单宽功率和流速较大, 随着水流的回壅, 截流落差也增大, 为截流最困难阶段;到截流后期 (B=0~20m) , 导流洞开始大量分流, 龙口流速和单宽功率随之降低。

截流难度除了常用截流最终落差衡量外, 还与分流建筑物泄水规律的优劣有关, 即与泄水质量特性指标[6]S有关, S定义为式 (1) 所示。一般认为只要S值大于0.5, 对截流而论都是较好的分流方式, S值愈大说明分流建筑物泄水规律越好, 对截流越有利。

式中:Q0为河道截流的总来水流量;Zmax为截流最终落差;F为图4中阴影面积;Qd为分流建筑物泄水流量。

试验测定了导流建筑物在无丁坝时, 不同流量下的泄水质量特性指标, 如表1和图5所示。从表1得知3种来流工况下的S值在0.420~0.467之间, 均小于0.5, 说明在此方案下分流建筑物的泄水规律对于整个截流过程不利。从图5也可以看出, 在截流初期, 截流落差并未以较小的增量获得较大的分流量, 同样说明截流初期的难度较大。

2.2 丁坝方案

对于大陡降的山区河道而言, 由于河道流速较大, 在设置丁坝时, 应该根据实际河形河貌, 将丁坝设置于导流建筑物进口对岸为宜, 在利用丁坝壅水作用的同时, 充分利用丁坝改变局部流向的作用, 将主流导向导流建筑物进口一侧, 以达到增大分流建筑物分流能力的效果。

本工程导流隧洞至戗堤轴线局部坡降较陡, 而且河道主流位于中偏右部位。因此, 经过分析对比, 决定将分流丁坝戗堤布置于导流隧洞进口下游角点对岸 (即位于左侧河岸) , 并且将丁坝轴线与导流隧洞进口轴线平行布置。丁坝位于导流隧洞轴线下游33.0m处, 丁坝顶高程为1 420.0m, 顶宽12.0m, 临河面边坡为抛投料自然稳定边坡。

本试验主要研究了4种不同分流丁坝束窄率方案, 具体参数如表2和图6所示。

2.3 试验成果及分析

2.3.1 分流比及泄水建筑物分流指标

试验中不同丁坝方案对不同龙口宽度分流比的影响见图7, 丁坝束窄率对固定龙口宽度下的分流比的影响见图8。

图7表明, 在导流隧洞进口处设置分流丁坝方案以后, 导流隧洞初期分流能力显著增加, 至龙口宽度30m时, 由于上游水位已经壅高, 导流隧洞达到其设计分流量, 分流丁坝对分流比的影响程度相对减弱。图8 表明, 在固定龙口宽度的情况下, 随着丁坝对导流隧洞进口处河道束窄率的增加, 导流隧洞的分流能力也随之增加。特别是在截流初期, 龙口宽度为60、40m时, 丁坝对河道的束窄率对导流洞分流能力影响显著。当龙口宽度缩窄至30m以后, 由于河道上游水位回壅, 丁坝束窄率对导流洞分流比的影响程度减弱, 但仍略微增大。综上所述, 增设丁坝后, 截流初期的导流洞分流量明显增加, 但当龙口合龙到30m后, 导流洞的分流能力增加不明显。以方案4为例, 在龙口宽度60m时, 无丁坝时的导流洞分流量仅为139.8m3/s, 但方案4中的导流洞分流量增加到308.6m3/s, 分流比由30.2%增加到66.6%;在龙口宽度30m时, 无丁坝的分流量为316.3m3/s, 方案4的分流量增加到336.1m3/s, 分流比由68.3%增加到72.6%。

不同丁坝方案对应的导流洞泄水质量特性指标结果见表3和图9。研究表明:设置分流丁坝以后, 在截流初期截流落差以较小的增值便获得了较大的分流量, 这种规律对于截流过程来说十分有利, 可以大大降低初期截流难度;从表3可以看出, 泄水质量特性指标均大于0.5以上, 且随束窄率增大, 分流建筑物特性指标随之增大, 至束窄率66.24%时, 分流建筑物特性指标达到0.735, 对河道截流已经相当有利。通过对比分析, 本次试验选择方案3作为本工程丁坝布置推荐方案, 既减轻了截流难度, 又满足该工程经济技术要求。

2.3.2 截流落差及单宽功率

试验进一步研究了不同方案下不同龙口宽度时的龙口落差和单宽功率, 如图10~图13所示。

从图10可以看出, 40m龙口宽度时, 上下游水位差从无丁坝的3.55m下降到方案3的1.98m, 下降了约44%;而到30m龙口宽时, 降幅约为8%。分析认为主要原因在于当戗堤进占至30m龙口宽度时, 河道水位已经回雍, 丁坝此时所起的作用已经降低。设置丁坝后, 上、下游水位差的变化规律为:截流初始阶段, 丁坝对上、下游水位差减小的影响明显, 但随着龙口减少到30m后, 设置丁坝后戗堤上、下游水位差变化较小;相同龙口宽度时, 随丁坝束窄率增大, 戗堤上、下游水位差越小, 但在龙口宽度为30m时, 束窄率对龙口落差的影响相对减小。

同时, 从图12和图13可以看出, 设置丁坝后, 不同龙口宽度时的单宽功率都比无丁坝时要小, 而且随着丁坝束窄率的增大, 各龙口宽度的单宽功率均有所降低。在截流初期, 当龙口宽度为40m时, 增设丁坝后后, 龙口单宽功率的降低很是显著, 从无丁坝时的51.7 万W/m减小到方案3 时的16.8万W/m, 降低了约68%;当截流进行到最困难阶段即龙口宽度为30m时, 单宽功率的变化虽没有初期那样明显, 但也下降了约38%。由此也可以看出, 增设丁坝不仅可以大大降低截流初期的单宽功率, 减小初期的截流难度, 而且对于后期的截流同样有好处。

3 结语

本文基于截流物理模型试验主要对采用不同长度的分流丁坝对山区河道截流的影响进行了研究分析, 得到了一些结论:

(1) 在山区河道中宜将分流丁坝设置于导流建筑物进口下游对岸, 利用丁坝将主流局部导向导流建筑物进口一侧, 增强分流建筑物分流能力。

(2) 设置分流丁坝后, 分流建筑物的泄水质量特性指标S从0.467提高到0.5以上, 获得较好的分流规律。

(3) 分流丁坝能够提高导流建筑物初期分流能力, 大幅度降低初期截流难度, 并在一定程度上也能降低截流中后期的难度。

由于在导截流工程中对于丁坝所起作用的研究及应用并不多见, 且每个工程又不尽相同, 在实际工程中, 分流丁坝的设置可根据本研究成果和实际河道地形, 因地制宜, 由模型试验研究局部调整分流丁坝位置和长度, 以达到增大分流能力和降低截流难度的目的。本文作为应用探索研究, 结论可以为类似工程提供一些借鉴。

参考文献

[1]陈国祥, 张锦琦, 陈耀庭.淹没丁坝壅水规律试验研究[J].河海大学学报, 1991, 19 (5) :88-93.

[2]许光祥, 程昌华, 刘建新.丁坝对河道水位影响的试验研究[J].重庆交通学院学报, 1994, 13 (4) :45-52.

[3]董年虎, 赵新建, 刘燕, 等.黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究[J].水利学报, 2009, 40 (6) :688-694.

[4]周宜红, 邓锐明, 贾鸿宜.丁坝对官地水电站截流影响试验研究[J].人民长江, 2008, 39 (8) :70-71.

[5]高利军.官地水电站工程截流优化研究[J].水利与建筑工程学报, 2010, 8 (6) :127-130.

山区性河道 篇4

关键词：生态护岸,山区河道,防洪堤,渗流,渗透,抗滑稳定

生态护岸是融现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科于一体的水利工程[1],近年来在平原以及城市内河的生态修复及治理工程中的应用广泛,并已形成生态护岸结构型式、生态护坡材料、生态体系构架、植物配置及与水流的相互作用等多个研究领域[2,3,4,5,6,7,8]。然而,对于山区河道,除护坡形式和植物配置外,将防洪堤安全、经济、生态结合考虑的研究却很少,特别是采用当地材料的防洪堤结构型式及典型结构设计方案方面的研究更少。本文以丽水大溪四都防洪堤工程为例,探讨山区河道生态防洪堤建设中几个需要重点关注的问题,结合充分利用当地材料修筑的生态防洪堤典型结构设计方案,提出了相应对策。

1 山区河道特点

山区河道的主要功能是行洪、灌溉。河流具有源短流急、水位暴涨暴落、洪峰流量大、历时短、流速大、破坏性强等特点;河道在平面地形上蜿蜒曲折,坡降大。因此,在天然顶冲部位河床段经常形成深槽区和浅滩区,深槽区水流湍急,而浅滩区则在低水位时河床出露、砂砾土淤积;在地质上,河岸土层薄、多为砂砾土、肥力低、保水能力差,不利于植物措施应用,河床一般以砾石、块石或砂砾卵石等为主,防渗土料匮乏。

2 关键问题及对策

山区河道修筑生态防洪堤,应重视堤线布置和堤型选择,并以河道堤防的渗流及渗透稳定、河岸边坡整体稳定为前提条件,在此基础上,再根据河道特点和植物生态特性选用合适的植物措施。

2.1 堤线布置和堤型选择原则

天然河道断面的形成、滩地和深槽的形态和尺寸有其天然的合理性[9],山区河道在进行堤线布置时,如能满足防洪排涝的功能要求,应尽可能维持河流原有的自然形态,遇弯就弯,遇窄拓宽。裁弯工程及影响行洪的河宽较窄的弯道凸岸进行切滩工程均应进行科学论证,堤线布置要注意保护堤前的滩地,避免因堤前滩地缺失而危及堤防安全。

堤型结构选择应充分利用砾石、块石及砂砾卵石等当地材料,既保证防洪堤的透气透水性,防止因堤防的修建而人为造成河岸生物链的隔绝,又可降低造价减少工程投资。堤型结构还应兼顾保留河岸或滩地原生树木,植物措施尽量配种本土植物,为改善植物生长环境,坡表可采用覆盖客土的方法提高植物成活率,促进植物正常健康生长。

2.2 典型结构设计方案

丽水大溪四都防洪堤位于瓯江中游段大溪右岸,全长约5.2 km,均位于规划滨江风光带内。大溪是典型的山区河道,防洪堤上游段滩地原生态植被较好;中部为弯道凸岸地形,受宣平溪支流汇入顶冲影响。下游段末端受对岸苏埠山体向江心突出后的折冲水流影响。根据地形地质条件分别拟定生态防洪堤典型护岸结构。

(1)挡墙式防洪堤护岸。

考虑对滩地原生态植物的保护,防洪堤上游段采用挡墙式护岸,结构型式见图1。

迎水侧采用贴坡式生态格网挡墙护坡,网箱内以块石填筑,与砂砾石堤身接触部位设反滤土工布,为加强贴坡式挡墙的整体抗滑稳定性,网箱底部设土工格栅加筋带。迎水坡脚采用抛填块石防冲,深度按冲刷线控制,抛石表面理砌。堤身采用河床砂砾石填筑,利用土工膜防渗,土工膜两侧设砂砾石保护区。背水坡堤身铺设反滤土工布后填土植草绿化。

(2)斜坡式防洪堤护岸。

防洪堤中部及下游段滩地宽广,考虑生态性并弱化修建防洪堤后的视觉效果,采用坡度较缓且自然变化的斜坡式护岸,结构型式见图2。

迎水侧采用生态格网护垫护坡,网箱内以块石填筑,与砂砾石堤身接触部位设反滤土工布,护垫表面覆土植草绿化;在局部水流平顺、流速低的部位也可采用三维植被网等其他生态护岸技术。为方便检修及行人休闲行走,迎水坡中部设马道,每间隔300 m设踏步。迎水坡坡脚防冲、堤身防渗及填筑、背水坡结构与挡墙式防洪堤一致。

2.3 渗流及渗透稳定

山区河道当地材料填筑防洪堤在兼顾了生态以及经济的同时,也带来了渗流及渗透稳定控制的难度。由于砂砾石堤身渗透性极强,防洪堤断面设计必须考虑经济合理的防渗、排渗设计方案。以防渗土工膜构建堤身内垂直防渗体系,可灵活调整防渗深度延长渗径达到保障渗流安全的目的,同时不隔绝下部基础的水气交换通道,对不均匀沉降的适应能力强,是值得推广的既经济又生态的防渗方案。除此之外,还应重视以下几个方面问题。

(1)在设计洪水位持续期间和水位降落时,分别关注背水坡和迎水坡的渗透稳定,确保堤坡表面逸出段的渗流比降小于允许比降,否则应采取加深防渗体系、设置反滤层或压重等保护措施。

(2)生态防洪堤迎水坡绿化后,水位降落时迎水坡表层容易受堤身渗流力顶托,故坡脚应采用强透水性的抛填块石护脚或生态格网护脚等结构,以便快速降低堤身内水位保障迎水坡渗透安全。利用植物固土护坡时,不宜在坡脚配置水生植物,并需充分考虑种植初期植物未扎根、不具备抗冲能力时渗透稳定。

(3)背水坡填土植草绿化后,在设计洪水位持续期间容易抬升防渗体系后的堤内浸润线,可考虑在堤坡表面设置一定数量的PVC排水管排渗,管端采用反滤土工布包裹,并设置排水沟。

2.4 河岸边坡整体稳定

山区河道生态防洪堤由于植物根系的防冲固土作用,对边坡浅表层局部稳定有利,但也导致堤身与堤基的整体抗滑稳定性不容易检查发现,隐蔽性更强、危害大,需特别重视。

在设计洪水位持续期间,由于堤身材料的强透水性,膜前堤身水位基本与河道水位齐平,水平水压力直接作用于防渗土工膜上,使得堤身抗滑有效宽度减少,因此,应把背水坡整体抗滑稳定作为控制条件,尽量将防渗体系靠迎水侧偏移布置。背水坡采用生态护坡后,如没有可靠的排水设施,膜后砂土极易饱和抬高浸润线,影响背水坡抗滑稳定,因此,采用植物措施后必须保障排水顺畅。

水位降落时,采用强透水性的抛填块石护脚或生态格网护脚等结构后,膜前堤身水位基本与河道同步升降,堤身主要受膜后的反向渗流水压力作用。由于防洪堤膜前断面较小,斜坡式防洪堤坡度过陡或挡墙式防洪堤高度大、格栅拉力不足时都会影响迎水坡整体抗滑稳定安全,也必须作用运行控制条件计算复核。

2.5 植物措施原则

根据山区河道特点,生态防洪堤植物措施应遵循以下原则[6]。

(1)生态适应性原则。

防洪堤土壤贫瘠,保水保肥能力差,故需选择耐贫瘠、耐干旱的植物,提高植物成活率;必须以本地植物为主,尽量少引种外来植物,特别是易对本地植物和河道造成侵害的外来植物;不宜种植大胸径树木或主根粗壮的灌木,否则粗壮的树根过快生长或枯死都会对防洪堤的稳定与安全造成威胁。

(2)生态功能优先原则。

植物措施应用于生态防洪堤主要是基于其固土护坡、保持水土、缓冲过滤、净化水质、改善环境等功能,因此植物种类选择应把植物的生态功能作为首要考虑的因素,首选是根系发达的植物,在此基础上,再兼顾植物种类的经济功能。

(3)物种多样性原则。

稳定健康的植物群落往往具有丰富的物种多样性,物种多样化不仅有利于保持生态群落的稳定,避免外来生物的入侵,而且有利于食物链的延伸和丰富河岸自然景观。

(4)经济适用性原则。

植物措施应考虑经济性,多选用常见、廉价的植物种类;为减少管理养护费用,选用耐贫瘠、抗病虫害和其他恶劣环境的植物种类;在河流边坡较缓或护岸护堤地内,适当考虑能产生经济效益的植物种类。

3 结 语

山区河道的水流特性、地形及地质条件都决定了修筑生态防洪堤必须首先考虑堤防的安全,将堤线布置、堤型选择、渗流及渗透稳定、河岸边坡整体稳定等问题作为关键问题。在此基础上,再考虑经济性,充分利用当地建筑材料;考虑生态性,利用植物措施进行固土护坡,生态修复,建设“水清、流畅、岸绿、景美”的生态清水河道。

参考文献

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山区性河道 篇5

1.1 自然情况

千山区土地总面积446.58km2, 总人口24.5万人。位于辽东半岛北端, 辽宁省的中南部, 辽河平原的中下游。千山区地处辽东丘陵和辽河平原过渡地带, 东南高、西北低, 自东南向西北倾斜。东部属于千山山脉向西南的延续山区, 高程一般在100~500m, 最高山峰是仙人台, 海拔高程708.3m;中部为千山山脉向西部冲积平原过渡地带, 属漫岗丘陵区, 高程一般在30~100m;西部为冲积平原区, 高程一般在15~30m, 最低高程为12m。境内流域面积超过200 km2的河流2条, 各级河流总长度171.87km。

全区植被分为三个类型区:东南部低山高丘次生混交林灌丛区、低丘漫岗紫穗槐、柞林灌丛区、中西部平原禾草草甸植被区。东南部低山高丘次生混交林灌丛区主要有黑松、椴、槐、杨、柞林等;灌丛有榛、刺槐、山楂等。低丘漫岗紫穗槐、柞林灌丛区多为人工栽培的果树和柞林、紫穗槐等。中西部平原禾草草甸植被区有人工栽培的杨、柳、榆、刺槐和紫穗槐。东部低山丘陵林木覆被率最高, 达30%。

1.2 山区河道特征

1.2.1 中小河道流域降水时空分布不均

千山区属暖温带大陆性季风气候, 夏季炎热多雨, 盛行东南风, 易发生洪涝灾害。全区多年平均降水量为721.7mm, 最大年降水量为1144.9mm, 最少年降水量为383.8mm。降水量年内分配多集中在6~8月份, 占年平均降雨量的61%, 特别是7~8两个月的降雨量占年平均降雨量的49.9%。

1.2.2 山区河道比降大, 汇流急

区内有三条中小河流:南沙河、杨柳河、运粮河, 均为太子河的左侧支流。位于山区的河流比降大, 汇流时间短, 暴雨形成径流汇集成尖瘦型洪峰下泄。洪水冲刷破坏力强, 中下游河流河滩谷地都十分开阔, 比降平缓。

南沙河有六条支流, 主流发源于千山风景区的仙人台, 区境内河长3 8.7 3km, 流域面积352.3 km2, 河道比降0.7‰;上游为扇形流域的山丘区, 山丘区支流、沟道长81.9 km, 比降大, 大部分支流河道比降在3‰左右, 少部分支流河道、20多条沟道比降在8‰~10‰之间, 暴雨汇流时间短, 洪水来的急, 冲刷破坏力大。杨柳河有两条支流, 主流发源于唐家房镇摩云山村双塔岭, 区境内河长41.75km, 流域面积209.2 km2, 河道比降1.4‰;上游山丘区支流、沟岔长36.6 km, 比降大, 支流河道比降在3‰左右, 10条沟道比降在9‰左右。暴雨汇流时间短, 洪水来的急, 冲刷破坏力大。运粮河有三条支流, 主流发源于鞍山市东山风景区, 区境内河长22.47 km, 流域面积94.99 km2, 河道比降0.45‰;上游山区河段约3km, 河道比降2‰, 穿越城区;该河为市区生活污水、鞍钢南部各厂等排放的工业废水的主要排水河道。

1.2.3 河床地质条件差, 植被状况差, 冲刷破坏力大

千山区地层古老, 岩体破碎, 裂隙发育, 风化强烈, 有供泥石流活动的足够的松散碎屑物质。山区河流、沟道比降大有利于松散碎屑推移和地表径流的汇集及能量转化, 加之植被状况差, 在湍急洪水的冲刷下势必造成河床 (滩) 不固定, 冲刷岸坡, 破坏耕地, 威胁群众生命财产安全;而西部平原区主河由于河床比降平缓, 河滩开阔, 输沙能力十分有限, 必然造成泥沙在主河大量淤积, 抬高主河河床, 使河床变成宽浅游荡型。主河成为宽浅游荡型河床后, 山洪暴发时极易泛滥, 给两岸造成洪灾, 同时宽浅游荡型河床必然导致曲流发展和河流侧向侵蚀, 在河流侧向侵蚀作用下, 河岸被冲刷, 土石堤防坡脚掏空失去稳定而坍塌、溃决, 形成洪灾, 给人民生命财产带来严重损失。

1.3 千山区河道洪涝灾害

由于十九世纪帝国主义列强的掠夺破坏以及建国后人口增加和经济发展的需要, 毁林开荒造地、超坡耕作、无计划砍伐植被, 加之防洪工程未及时配套建设, 造成水土流失日益加剧、河床不固定、冲刷河岸并严重破坏耕地、公路、通电通讯设施、民房和厂房等, 形成洪灾, 给群众生命财产和工矿企业造成巨大损失。据统计, 近百年来共发生洪灾52次, 平均不到2年一次。尤其后50年发生洪灾27次, 略有增多。1977年、1985年、1986年、1994年的洪水分别使东部山区0.67千hm2、1.77千hm2、0.8千hm2、1.13千hm2农田遭受重灾, 仅1985年的洪灾造成经济损失就达8.6亿元, 总损失达几十亿元。

2 生物措施治理山区中小河道的实践

千山区山区河道比降大, 洪水流速快, 洪峰来得快, 去得也快。因此山区河道防洪有着“怕冲不怕淹”的特点。基于此, 千山区因地制宜选择树种, 大力提倡生物措施, 选定了栽植具有一定耐涝能力、当地有苗种优势、生命力强、根系发达、固床 (滩) 以及护坡效果极佳的紫穗槐。紫穗槐又称绵槐、紫花槐, 豆科紫穗槐属, 多年生落叶丛生小灌木, 高l~4m。生物学特性是紫穗槐对土地要求不严、耐瘠薄、耐干旱、耐涝、耐寒、抗沙压、根系发达且分级多又快、横向延伸能力强, 并具有很强的抗病、虫、抗烟和抗污染能力。在一般情况下, 栽植后当年生长达1m以上, 平茬后当年可达2m以上, 每丛萌条20~50根左右, 生长寿命可达30年以上, 是涵养水源、固床 (滩) 以及护堤坡的良好树种。同时在土质较好的河段辅以坝前插柳埋干、坝后栽植杨树、垂柳的措施。利用其这一特点, 千山区将紫穗槐列为堤防绿化的首选品种, 从2007年开始研究并选择杨柳河支流山区段示范推广。到目前为止, 三条河流山区段已累计营造护岸堤、固滩林1 0 0 h m 2, 绿化长度3 3 k m。

3 生物措施治理中小河道的效益分析

几年来, 千山区山区中小河道治理采取工程措施和生物措施相结合、以生社会效益与经济效益, 此项措施具有广泛的推广价值。

3.1 社会效益

生物工程实施的结果固定了河床, 扭转洪水泛滥的局面;河床高程普遍下降近1米, 洪水的流势、流态稳定, 提高了河道防洪能力。

以杨柳河支流山区段生物措施治理河道为例, 河道治理长度4km, 两岸营造宽20~30m绿化带8km, 栽植乔灌木6.26万株。该工程的实施保护耕地100hm2, 保护三个村1300余户5000多人, 使沿河耕地、群众免遭十年一遇洪水的威胁, 为农村经济发展和建设新农村打好了坚实的基础。

实践证明:生物工程措施确实起到了疏河固床, 稳定流势, 增大主槽泄量, 提高河道防洪标准作用。

3.2 经济效益

3.2.1 节省河道整治工程投资

按现有价格计算修建1 k m堤防投资 (浆砌石护岸, 墙高1m, 基础深1m) , 需要动用土方1.9万m3, 浆砌石0.11万m3, 碎石垫层0.01万m3, 合计需要资金29.65万元。而利用生物措施整治河道, 按分别栽植10m宽紫穗槐、10m宽杨树护堤绿化带、每m2栽植紫穗槐3株、每10m2栽植3棵杨树计算, 合计需紫穗槐3万株、资金0.3万元, 栽植人工费0.1万元, 加上3年的管护费0.1万元, 小计0.5万元;需杨树0.3万棵、资金1.5万元, 栽植人工费0.15万元, 加上3年的管护费0.2万元, 小计1.85万元, 总计需要资金2.35万元。二者的投资比例为12:1。

3.2.2 增加群众经济收入

第一、通过发展编织业增加群众收入。紫穗槐枝条柔韧细长, 干滑均匀, 用作绿肥春季割一茬绿肥、秋季收获一茬编织条, 是编织筐、篓的好材料。据沿河镇村几年来的实践, 每亩紫穗槐可提供条材100 kg。紫穗槐当年平茬后枝条生长2m左右, 用于发展编织业, 每公斤条材0.2元, 每亩可收入20元。第二、提供养殖饲料, 增加群众收入。紫穗槐叶量大且营养丰富, 含大量粗蛋白、维生素等, 是营养丰富的饲料植物。新鲜饲料虽有涩味, 但对牛羊的适食性很好, 鲜喂或干喂, 牛、羊、兔均喜食。种子经煮脱苦味后, 可做家禽、家畜的饲料。第三、可改良土壤, 增加群众收入。紫穗槐为高肥效高产量的“铁杆绿肥”。据分析, 每500 kg紫穗槐嫩枝叶含氮6.6 kg、磷1.5 kg、钾3.9 kg。紫穗槐可一种多收, 当年定植秋季每亩收青枝叶500多kg, 种植2~3年后, 每亩每年可采割1500~2500kg, 足够供三四亩地的肥料。多有根瘤菌, 用于改良土壤又快又好。按此方法分析, 千山区120km山区的经济效益, 值得推广。

3.2.3 生物工程环境生态效益

生物河堤工程措施融现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科知识, 因地制宜选择树种, 以保护和创造生物良好的生存环境和自然景观为前提, 考虑具有一定强度、安全性和耐久性因素, 把河堤由过去的混凝土、浆砌石结构改造成为水体和土体、水体和植物或生物相互涵养、适合生物生长的仿自然状态的护坡形式。即把水、河道与堤防、河畔植被连成一体, 在充分利用自然地形、地貌的基础上, 建立起阳光、水、植被、生物、土壤之间互惠共存的河流生态系统。该措施有效地促进了地下水的渗透和水的良性循环, 提高了水边环境的自身净化功能。一是调节水量、滞洪补枯。丰水期水向堤中渗透储存, 减少洪灾;枯水期储水反渗入河或蒸发, 起着滞洪补枯、调节气候的作用。二是增强水体自净作用。生态河堤采用种植于水中、水边植物, 从水中吸取无机盐类营养物, 利于水质净化, 三是适合生物生存和繁衍。

同时, 生物工程的实施起到了疏通河道、固定河床的作用, 提高河道防洪能力, 下游平原区河道淤积问题亦得到解决, 对改善山地气候环境、探索山区河道整治开拓了新路。

生物工程的建设, 不仅增强了河堤的防洪功效, 节省了防洪工程建设投资, 而且具有显著的生态效益、经济效益, 真正达到了生态效益、社会效益、经济效益三方面的统一。

4 生物工程规划设计

实践证明:生物措施在防洪固岸中的作用是非常明显的, 主要是护岸林本身根系发达, 这些根系成林后深入在河岸和护岸丁坝、护砌中, 起到网状受力筋作用;与土、石结合成有机整体, 提高河床对洪水抗冲抗塌能力, 起到中水河床时减缓流速、拦截落淤、疏浚固床作用。高洪水位时起到削减风浪淘刷、固岸护坡作用。

规划设计原则遵循“以疏浚固床为主, 除为保护重要城镇及大片耕地可筑堤外, 均应按工程措施 (护岸, 丁坝工程) 和生物措施相结合, 以生物工程措施为主”的治理原则进行规划设计。

在实施生物工程措施前, 要对山区中小河流进行系统规划设计, 确定整治标准和整治线。布置控导工程时必须纵观全局, 上下游呼应、左右岸兼顾, 作为整体统一考虑, 生物工程措施的布置符合整治线要求和稳定上下游河势及主导控制河岸目的。

山区中小河道治理以生物措施为主, 但应辅之以工程措施, 为生物措施创造控节点还应强化工程措施, 以稳定河势, 保证整体工程完整性。

5 建议

5.1 中小河道整治工作不容忽视, 各级政府应引起高度重视

近些年来中小河道整治工作取得了一定成果, 抗御洪涝灾害能力有了很大提高, 但仍存在不少问题, 主要是:资金投入少、抗灾能力低、防洪标准不高, 仅5~10年一遇, 极易出险, 甚至溃堤决口, 特别是城市和防洪效益大的地区一旦发生灾害损失不亚于大江大河。所以中小河道整治工作不容忽视, 各级政府应该引起重视, 从战略高度将此项工作列入领导议事日程, 舍得投入, 在河道整治工程预算中加入生物措施治河费用, 搞好规划, 做好中小河道整治工作。

5.2 以防洪效益确定防洪标准, 搞好中小河道整治规划

中小河道整治防洪标准确定涉及社会综合效益和经济投入, 一定要按其防洪效益确定防洪标准, 不要千篇一律。城市和重要经济区确定的防洪标准高些、防洪规划超前些、工程技术措施先进些, 而山区和防洪效益低的地区确定的防洪标准低些、工程标准低些或只搞些生物工程和河势导控点工程。

5.3 因地制宜, 因河就势, 就地取材确定中小河流整治措施

山区性河道 篇6

关键词：河道治理,水利水电,环境影响

水利是属于国家基础建设的一个重要建设指标, 它不仅是一个国家经济发展水平的重要衡量标准, 更是关乎到国民经济可持续发展的重要因素。

一、山区河道的规划治理

山区地形起伏较大, 地质结构十分复杂, 气候差异悬殊, 各方面条件都十分恶劣。其河道坡降陡, 洪水位高, 洪枯变幅大, 冲刷力强, 水土流失严重。而山区的大部分城镇、村庄、良田又恰恰集中分布在江河溪沟两岸, 洪灾损失逐年增加, 河道治理的难度也越来越大。因此, 研究山区河道的规划治理工作尤其重要。

山区河流, 水文条件、水力要素情况复杂。所以在规划治理中, 要因地制宜, 综合考察上下游、左右岸、甚至整个流域的相互关系, 统筹规划, 综合治理。。一方面在流域内采取水土保持措施, 退耕还林, 封山育林, 拦截地面径流, 减少泥沙进入河道。另一方面进行河道整治, 采取上堵下排, 修建堤防、护岸工程。在规划中, 还应注意河道的生态平衡问题, 充分遵循自然规律, 不宜过多改变河道自然特性, 尽量保护天然河道的作用。尤其是对河道进行截弯取直和扩宽河道堵口, 要特别慎重。河道截弯取直后, 既改变了洪水流向, 增大了河槽比降、流速和水动能, 又加剧了水流对河岸的冲刷和河槽的下切, 使原有堤防和河岸垮塌更为严重, 往往前功尽弃;扩宽河道堵口, 虽然能够增大下泄流量, 减轻上游的淹没损失, 但对下游的淹没损失可能更大, 往往顾此失彼。因此, 对河道进行截弯取直和扩宽河道堵口时, 必须认真调查, 充分研究, 结合水能、水文计算成果, 客观分析下泄流量和经济损失, 采取多方案比较, 确定出科学的方案, 设计合理的断面尺寸, 达到治理的最佳效果。

二、水利水电工程建设对环境影响

随着我国经济水平的迅速提高, 农业工业大力发展, 对于电力需求量也相应增加。水利工程的建设投入也在不断增大, 过多的水利工程建设项目难免会对自然环境, 人文环境有相当的影响。水利工程的兴建, 特别是大型水库的形成, 将使周围环境发生明显改变。因此避免或减轻不利影响, 充分利用水资源, 是水利工作者在进行水利规划建设时必须认真研究和加以解决的重要问题。目前, 整个社会对环境问题越来越重视, 对环境质量要求越来越高, 环境问题已成为水利水电工程建设中的制约性因素。

1、影响

不同的水利水电工程项目, 或同一工程的不同区域, 由于所处的地理位置不同, 其环境影响的特点各异。水利水电工程通常不直接产生污染问题, 属非污染生态项目, 其影响的对象主要为区域生态环境。水利水电工程的环境影响, 有些是不可避免的, 有些通过采取一定的措施可以避免或减小。水利水电工程环境管理是避免或减小工程不利环境影响的有效方式, 而环境监测则可为工程的环境管理提供依据。因此, 制订水利水电工程的环境。

2、环境分析

(1) 因水库淹没, 库区移民安置中毁林开荒将造成水土流失。因安置不当及生活环境改变, 移民生活不安定会产生一些社会问题。在我国人多、耕地少的条件下, 应尽量减少水库的淹没损失, 对库区内尽在高水位时才被淹没的土地适当采取措施加以利用。

(2) 于水库蓄水, 下游河道水位降低或河道下切, 流量减少可能影响生活和工农业用水。

(3) 对多泥沙河流, 水库回水末端易产生泥沙淤积, 不仅减少蓄水库容, 而且可能引起河床抬高, 影响航运。流入水库的支流河口也可能形成拦门沙而影响泄流。因改变河流的水力条件, 对下游河道可能造成冲刷。解决和减轻水库淤积的根本措施就是做好上游封山育林, 退耕还林、种草等水土保持工作, 另一方面水库的合理运行也是减少水库淤积的有效措施。

3、补救措施

在防治水污染方面, 通过修建闸坝等工程, 合理调节水量, 增加环境用水, 保证环境要求的水位和流量, 提高河流自净能力, 建设氧化塘处理工程系统, 土地处理工程系统, 设计调节水库、污水库、截流工程、增设曝气设备, 开挖引水冲污水道等工程等, 增加水体稀释自净能力的工程技术措施, 如污水深水排放工程, 修建多功能的水量调节工程, 增加枯水流量, 保持环境要求的水位和流量等, 研究设计水体增氧的建筑物等等。

三、减小水利水电工程对环境的影响, 促进人与自然的和谐发展

建立环境影响评价制度。环境影响评价制度是指在某地区进行可能影响环境的工程建设, 在规划或其他活动之前, 对其活动可能造成的周围地区环境影响进行调查、预测和评价, 并提出防治环境污染和破坏的对策, 以及制定相应方案。在进行水利工程建设时, 实行环境影响评价制度, 是实现经济建设、水利建设和环境建设同步发展的主要手段, 水利工程建设项目不但要进行经济评价, 而且要进行环境影响评价, 科学地分析开发建设活动可能产生的环境问题, 并提出防治措施。通过环境影响评价, 可以为水利工程建设项目合理选址提供依据, 防止由于布局不合理给环境带来难以消除的损害。在进行水利工程建设前, 首先要进行环境状况调查, 对当地的气候环境、水文、水质、土壤、水生生物、人口等进行调查。其次就是根据调查的结果进行环境影响预测, 对拟建水利工程建设可能对当地的环境能造成的影响进行预测, 并预测造成影响的程度。最后对拟建水利工程建设进行综合评价, 对水利工程建设进行综合评价就是通过一定的原则和方法, 从整体上评价拟建工程的各要素和过程可能对环境和社会环境的改变及改变程度, 为比较选择方案提供依据。

在水利工程建设中, 我们要把生态环境保护融入到水利建设工程的各个环节之中。在水利工程的设计阶段, 我们应本着和谐发展的理念, 为植物生长和动物栖息创造条件, 同时为鱼类产卵提供条件以及为鸟类和水禽提供栖息地和避难所。在工程的建设阶段, 应优先考虑采用环保的技术措施, 在水利工程建设时, 要采用有利于植物生长、动物成长的环保材料。在水利工程完成阶段, 应建立水利工程环境影响监测和反馈机制, 及时进行环境跟踪评价, 发现有明显不良影响的, 应及时采取改进措施, 把破坏程度降到最低水平。

总之, 水利工程在改变自然的同时不能以破坏生态为代价, 保护生态是水利工作的应有之义。树立和落实科学发展观, 按照人与自然和谐相处的理念, 认识和处理水利工程生态影响问题, 实现水利工程与生态环境的协调发展。

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