珠江三角洲典型微彎河道險(xiǎn)段成因分析及整治措施研究

段民華

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510635)

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珠江三角洲典型微彎河道險(xiǎn)段成因分析及整治措施研究

段民華

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510635)

通過(guò)河道水文及河床演變分析方法,研究了珠江三角洲典型微彎河道險(xiǎn)段(以潭州水道雷滘段為例)成因,并結(jié)合河工模型試驗(yàn)手段,研究確定了以貼岸拋石護(hù)坡和短丁壩群相結(jié)合的整治措施,且已應(yīng)用于本工程實(shí)際,目前工程運(yùn)行良好,河段堤岸穩(wěn)定。

珠江三角洲；典型微彎河道；整治措施

珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)傳統(tǒng)險(xiǎn)工險(xiǎn)段大多集中于彎道河段,受河勢(shì)影響形成深槽逼岸彎道險(xiǎn)段。然而近些年隨著珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,相應(yīng)服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的橋梁、碼頭及取排水等涉水建筑物也顯著增多,而涉水建筑的建設(shè)又相應(yīng)的改變了其所在河道的水流條件,尤其是部分大型涉河建筑物選址及結(jié)構(gòu)不盡合理,使部分原本河勢(shì)較敏感的河道水流結(jié)構(gòu)發(fā)生不利變化,加之上游來(lái)水來(lái)沙條件發(fā)生變化,往往成為河道險(xiǎn)段形成的主要誘發(fā)因素。本文以潭州水道雷滘險(xiǎn)段為例,分析了影響險(xiǎn)段形成的主要因素,結(jié)合河工模型試驗(yàn)成果,提出了相應(yīng)的整治措施。

1 河道概況

潭洲水道位于珠江三角洲網(wǎng)河中部,起于南莊紫洞,終于順德西?？?是西、北江三角洲的重要行洪通道之一。潭洲水道雷滘河段位于順德區(qū)北滘鎮(zhèn)大沙大橋(建設(shè)于1996年)至雷滘涵閘之間,左岸為群力圍、右岸為南順二聯(lián)圍,屬潭洲水道下游河段。雷滘河段河道左、右岸堤間距200～310 m,左岸群力圍堤外大沙大橋橋位附近有大面積灘地突出,灘面高程在2.0～3.0 m之間,主河槽最窄處寬約130 m,而右岸南順二聯(lián)圍堤外護(hù)堤灘地相對(duì)較窄,形成典型微彎河道,彎道河勢(shì)(見圖1)。近年來(lái)河道右岸南順二聯(lián)圍部分堤坡及堤腳線不斷淘刷后退,雖多次拋石護(hù)底,但經(jīng)過(guò)幾次大洪水后部分拋石流失,堤腳沖刷后退趨勢(shì)仍未改變,局部堤腳后退達(dá)30 m左右,堤坡坡度變?yōu)?∶1.5,深槽與堤頂高差接近13 m,嚴(yán)重影響了堤防的安全穩(wěn)定,迫切需要對(duì)該險(xiǎn)段進(jìn)行整治。

圖1 潭洲水道南順二聯(lián)圍雷滘險(xiǎn)段位置示意

2 險(xiǎn)段形成原因

1) 大沙大橋建成于1996年,本次河演分析以1998年初河道地形資料為大橋建成初期河道地形資料,而以2010年河道地形資料為大橋運(yùn)行14 a后對(duì)比分析地形資料,對(duì)河床平面、橫向及縱向變形進(jìn)行分析[1]。

從雷滘河段河道深槽分布可知(見圖2a),河道深槽在河床演變a斷面處橫向開始明顯偏向右岸,至大沙大橋橋位附近深槽明顯居右,形成局部深坑(見圖2b),下行至雷滘水閘附近深槽逐漸居中偏右,且逐漸下降延伸至下游。從雷滘河段橫斷面形態(tài)情況可知(見圖3),河床演變b斷面位于橋位區(qū)域,至2010年其近右岸河床形成1個(gè)河底高程在-7 m左右的深槽；河床演變c、d斷面右岸堤圍在-1 m高程以下堤腳后退最大達(dá)30 m左右,部分堤腳坡度僅有1∶1.5,嚴(yán)重影響堤岸穩(wěn)定。

圖2a 雷滘河段深泓平面變化示意

圖2b 雷滘河段深泓垂向變化示意

圖3 雷滘河段典型橫斷面斷面形態(tài)變化

從雷滘河段近年來(lái)河床演變情況可知,受左岸大面積突出灘地影響,形成彎曲河勢(shì),水流動(dòng)力軸線沿主槽凹岸下行；另外大沙大橋建于河道主槽最窄處,其橋墩和橋臺(tái)占用河道局部河段行洪面積較大,特別是其雙排橋墩與河道主流斜交角度大于30°,水流受天然河勢(shì)影響,在大沙大橋上游附近主流已趨于沿右岸下行,隨后再受斜交橋墩擠壓挑流,橋位下游右岸局部堤圍堤腳出現(xiàn)明顯淘損。因此,彎道河勢(shì)及大沙大橋斜交橋墩挑流是大沙大橋附近深槽右移下切、右岸堤角淘刷且局部出現(xiàn)深坑的主要原因。

2) 珠江流域西、北江在1994—2008年接連發(fā)生大洪水,作為北江洪水重要下泄通道的潭州水道分流量也呈增大態(tài)勢(shì)[2],相應(yīng)水流動(dòng)力作用有所加強(qiáng),河床及岸灘整體趨于沖刷下切趨勢(shì)。因此,上游來(lái)水增大是導(dǎo)致河道整體沖刷下切的主要客觀因素。

3) 潭州水道北滘段屬于珠江三角洲平原腹地,河段上層岸坡為河漫灘相的粘性土,下層為河床相的粉砂、粗砂,具有二元結(jié)構(gòu)。河底為淤泥質(zhì)粘土,飽和、流塑狀,高壓縮性,極易被水流沖刷。因此,河道岸坡抗沖能力較差亦是堤坡坡腳下切后退的內(nèi)在誘因。

4) 雷滘河段曾多次進(jìn)行拋石護(hù)底,但由于拋石粒徑及位置存在偏差,且所拋散粒狀的塊石抗沖能力差,經(jīng)過(guò)幾次大洪水后部分拋石流失,堤腳沖刷后退明顯,局部堤腳后退達(dá)30 m左右。因此,河道堤坡整治措施不當(dāng)是堤腳拋石流失的重要人為原因。

3 整治措施研究

3.1 整治方案布置

整治工程一方面從增大險(xiǎn)段處堤外護(hù)岸灘臺(tái)寬度及增加堤腳抗沖能力入手,另一方面著重采取減小險(xiǎn)段岸坡水流流速,將主流挑離近岸的工程措施,從而達(dá)到保護(hù)堤腳,穩(wěn)定堤岸的目的[3]。首先，結(jié)合雷滘險(xiǎn)段上、下游堤外灘地現(xiàn)狀及河道主流流勢(shì)布置整治線。從護(hù)岸擴(kuò)灘、整流防沖及對(duì)河道行洪影響等水流方面綜合分析,具體提出了以下推薦整治措施(見圖4)。

1) 平順拋石護(hù)腳：雷滘險(xiǎn)段大沙大橋附近河段堤坡受橋墩及河勢(shì)雙重影響,堤坡及堤腳沖刷程度較下游段嚴(yán)重,通過(guò)拋石護(hù)腳等工程措施增加堤外灘臺(tái)寬度,提高坡腳的抗沖刷能力,同時(shí)避免使橋墩近區(qū)水流更趨復(fù)雜,影響橋墩安全。結(jié)合現(xiàn)狀地形,近右岸深槽高程介于-7.0～-8.0 m之間,部分堤腳坡度僅為1∶1.5,于外坡設(shè)置一干砌石平臺(tái),寬5 m,高程2.0 m(與堤外灘地高程持平),按1∶2.5坡度拋投塊石至-4.0 m高程；-0.5 m高程以上設(shè)置500 mm厚干砌石護(hù)坡,-4.0 m以下拋投四面體壓腳棱體,棱體外坡1∶2.5,內(nèi)坡1∶1。

2) 短丁壩群：雷滘險(xiǎn)段雷滘水閘附近河段堤坡及堤腳沖刷相對(duì)緩和,采用的短丁壩群壩頭伸出岸邊不遠(yuǎn),挑流較和緩,不會(huì)劇烈改變流場(chǎng),同時(shí)又能促使壩田區(qū)水流形成緩流或弱回流流態(tài),有利于泥沙回淤,起到穩(wěn)定堤腳的作用[4]。結(jié)合現(xiàn)狀條件下河道地形及水流流態(tài),在整治線范圍內(nèi),沿右岸南順二聯(lián)圍現(xiàn)狀堤坡布置8條正挑短丁壩,壩頭連線與河道整治線一致。壩頂高程2.0 m,壩長(zhǎng)自堤岸2.0 m高程位置延伸至整治線。壩間距取壩長(zhǎng)的5倍,壩頭坡度1∶2.5,迎水坡1∶1.5,背水坡1∶2.5。

圖4 雷滘河段河道地形及整治方案布置示意

3.2 整治效果分析

1) 河道水流流速變化分析

試驗(yàn)研究表明：橋位局部河段拋石護(hù)岸整治后,右岸整治區(qū)域坡面流速整體呈減小趨勢(shì),堤坡最大流速為1.22 m/s(P=1%洪水),但流速減小區(qū)域相對(duì)較??；堤腳流速有所增加,增幅最大為0.21 m/s,在保證局部水流順直的同時(shí)也有效降低了近岸流速；短丁壩群護(hù)岸后河道主流受短丁壩挑流作用逐漸偏離右側(cè)堤岸,右岸近岸流速及壩田區(qū)流速除壩1和壩2之間壩田受上游來(lái)流影響,最大回流流速為0.43 m/s,其余壩田區(qū)水流流速基本都在0.40 m/s以下；丁壩壩頭區(qū)流速最大為1.46 m/s。

2) 河道水流動(dòng)力軸線及水位變化分析

試驗(yàn)研究表明：整治后,水流動(dòng)力軸線過(guò)大沙大橋以后取直明顯,主流基本偏離右岸險(xiǎn)堤岸,明顯減弱了水流對(duì)右岸險(xiǎn)段的沖刷作用,同時(shí)河道中央流速增大明顯,對(duì)于河道形態(tài)向深槽居中趨勢(shì)發(fā)展有明顯作用。整治后,由于整治措施占用河道過(guò)流面積不大,且大洪水時(shí)整治工程淹沒水下,局部水位壅高相對(duì)不明顯,工程前、后整個(gè)河段河道水位變化基本在0.03 m以內(nèi),不會(huì)對(duì)左右岸堤圍防洪造成影響。

3) 丁壩壩頭流速變化分析

試驗(yàn)研究表明：整治工程實(shí)施后丁壩壩頭區(qū)域流速有所增大,最大流速達(dá)1.46 m/s,考慮到丁壩壩頭外坡腳易受水流沖刷淘蝕,為保證丁壩穩(wěn)定,在丁壩壩底及壩腳處拋填厚度為100 cm的網(wǎng)袋石以增強(qiáng)壩頭的抗沖能力,以保證壩后堤防的安全穩(wěn)定。

4) 整治措施對(duì)河道行洪影響分析

試驗(yàn)研究表明：護(hù)岸工程或丁壩群整治方案后,由于占用河道過(guò)流面積小于2%,且大洪水時(shí)整治工程淹沒水下,在P=1%洪水條件下,由于整治方案引起的河道水位壅高在0.03 m以內(nèi),不會(huì)對(duì)左右岸堤圍防洪造成影響。

總體來(lái)看,平順拋石護(hù)坡在有效增大灘臺(tái)寬度同時(shí),又避免了橋墩近區(qū)流速增大的不利影響,短丁壩群在把水流挑離河岸使得水流動(dòng)力軸線向左偏移,同時(shí)又在丁壩壩田區(qū)形成緩流或弱回流流態(tài),有利于挾沙水流在壩田區(qū)淤落,形成自然河岸灘,起到有效保護(hù)堤腳的作用,基本達(dá)到了緩流落淤的預(yù)期效果。

4 結(jié)論

1) 結(jié)合河道演變及模型試驗(yàn)成果分析認(rèn)為：潭洲水道南順二聯(lián)圍雷滘險(xiǎn)段的形成主要受上游來(lái)水來(lái)沙條件變化,河道自身河勢(shì)、河床地質(zhì)組成情況、整治措施不到位及涉水橋墩挑流等因素影響。

圖5a 雷滘險(xiǎn)段整治前衛(wèi)星照片 圖5b 雷滘險(xiǎn)段整治后衛(wèi)星照片

2) 整治措施試驗(yàn)研究表明：在涉水橋墩附近采用平順拋石護(hù)岸,能夠在保證岸灘穩(wěn)定同時(shí),盡量減小對(duì)橋墩近區(qū)水流產(chǎn)生不利影響；同時(shí)，按整治線布置的短丁壩群能使逼岸水流動(dòng)力軸線外移,有效降低了灘地及近岸水流流速,在丁壩壩田區(qū)形成弱回流,控制了壩田區(qū)泥沙的沖刷,達(dá)到了緩流落淤的目的,本研究提出的整治措施經(jīng)設(shè)計(jì)單位和河道主管部門審查，已與2011年應(yīng)用與實(shí)際工程(見圖5),目前工程運(yùn)行5 a來(lái),整治工程運(yùn)行良好,工程河段堤岸穩(wěn)定。

[1] 錢寧,張仁.河床演變學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社，1987．

[2] 羅憲林.珠江三角洲網(wǎng)河河床演變[M].廣州：中山大學(xué)出版社，2002．

[3] 崔承章,熊治平.治河防洪工程[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2004．

[4] 劉燕,江恩惠.丁壩布置形式與河道整治目的的承輔關(guān)系[J].人民黃河，2007(4)：13-14．

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Dangerous Causes Analysis of Typical River in the Pearl River Delta Micro Bend and Treatment Measures

DUAN Minhua

(Guangdong Hydropower Planning &Design Institute, Guangzhou 510635, China)

Based on river hydrology and river bed evolution analysis method, causes of the Pearl River Delta typical micro bend river dangerous section (Tanzhou channel LeiJiao section as an example) are studied. And combined with physical model test, combination measures of bank revetment and short groins are determined to apply to the actual project. The project is running well, and so river embankment is stable.

the Pearl River Delta；typical micro bend channel；remediation measures

2016-04-11;

2016-04-28

段民華(1982),女,本科,助理工程師,從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

TV85

B

1008-0112(2016)03-0018-04