研究河道防洪治理工程丁壩設(shè)置應(yīng)注意的問題

文/李林（湖南漢禹水利工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司）

一、引言

河道綜合治理是當(dāng)下河道治理工程的發(fā)展趨勢(shì)和未來的發(fā)展方向，其以尊重自然規(guī)律為前提，因地制宜，充分利用河道自我修復(fù)功能，把人與自然共處理念貫穿于整個(gè)治理工程。傳統(tǒng)河道治理模式相對(duì)單一，在設(shè)計(jì)、施工和治理過程中將側(cè)重點(diǎn)放在防洪功能的設(shè)置上，難以保障河道整體效益的發(fā)揮，本文結(jié)合實(shí)際工程，探討有關(guān)河道防洪丁壩設(shè)置。

二、案例河流概況

（一）基本情況

某河干流河道長(zhǎng)398km，河汊眾多，河道縱坡1/5700～1/7700，河道彎曲，水流緩慢，土質(zhì)松散，泥沙沉積嚴(yán)重，河床多為沙壤土和粉砂土構(gòu)成，洪水不能暢泄時(shí)，出現(xiàn)決口現(xiàn)象，形成與主流大致平行的支流或全部水量?jī)A瀉到支流形成一條新主流，防洪任務(wù)較重，防洪難度較大。因此，本文研究以模型試驗(yàn)的方法，在充分借鑒傳統(tǒng)丁壩與斜檻導(dǎo)流原理的基礎(chǔ)上，研究透水丁壩在泄槽彎道段的應(yīng)用價(jià)值。

（二）試驗(yàn)方案分析

此次試驗(yàn)主要是研究透水丁壩參數(shù)對(duì)溢洪道泄槽段彎道水流形態(tài)的影響，結(jié)合溢洪道設(shè)計(jì)資料，透水丁壩的長(zhǎng)度、高度以及透水率參數(shù)已經(jīng)確定。因此，此次研究主要考慮其角度、位置以及數(shù)量的具體影響。結(jié)合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)文獻(xiàn)和資料，選擇溢洪道泄槽彎道段凸岸1/4、1/2和3/4部位，透水丁壩的角度也就是丁壩本身與泄槽彎道段在該點(diǎn)的切線的夾角，選擇45°、60°、75°3個(gè)數(shù)值，丁壩數(shù)量為1個(gè)、2個(gè)和3個(gè)。設(shè)置無丁壩方案作為其余方案的比較方案。每種試驗(yàn)方案設(shè)置100、160、200、240、300m3/h等5種不同流量。

（三）試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.不同布置角度

利用試驗(yàn)中獲取的水深數(shù)據(jù)，計(jì)算出彎道水面均勻度，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出不同布置角度下的水面均勻度變化曲線。

相對(duì)于沒有丁壩設(shè)置的工況，在設(shè)置透水丁壩的條件下，水面均勻度明顯增大。同時(shí)，水面均勻度總體而言會(huì)隨著單寬流量的增大而增大。這說明，設(shè)置透水丁壩可以對(duì)改善水流流態(tài)起到明顯的改善作用。而且，在大流量情況下，水面均勻度會(huì)隨著布置角度的增大而增大，也就是布置的最佳角度為75°，其次是60°，45°的效果最差。

利用試驗(yàn)中獲取的水深數(shù)據(jù)，計(jì)算出彎道水面最大橫比降，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出不同布置角度下的水面最大橫比降變化曲線。透水丁壩布置在彎道1/4部位，布置角為60°時(shí)的水面最大橫比降最??；其余兩個(gè)位置下，布置角為75°時(shí)的水面最大橫比降最小，且明顯小于無丁壩設(shè)計(jì)工況下的水面最大橫比降。綜合上述，透水丁壩在彎道的1/4位置時(shí)，最優(yōu)布置角度為60°；在彎道的1/2和3/4部位時(shí)，最優(yōu)布置角度為75°。

2.透水丁壩個(gè)數(shù)

固定最優(yōu)布置角度不變，設(shè)置不同的位置、不同條數(shù)透水丁壩，通過模型試驗(yàn)的方法獲得透水丁壩條數(shù)對(duì)彎道水面流態(tài)的改善情況。為了方便表示，將彎道1/4、1/2和3/4部位設(shè)置的透水丁壩分別編號(hào)為丁壩1、丁壩2、丁壩3。例如，單丁壩2表示在彎道1/2部位設(shè)置1條透水丁壩；雙丁壩13表示分別在彎道的1/4和3/4部位分別設(shè)置1條透水丁壩，共2條丁壩。

對(duì)不同透水丁壩數(shù)量工況下的泄槽彎道段水深進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出彎道橫比降的平均減少率。總體而言，彎道橫比降的減少率會(huì)隨著丁壩數(shù)量的增多而增加，說明丁壩數(shù)量越多，改善彎道水面流態(tài)的效果越好，特別是設(shè)置3條透水丁壩的情況下改善效果最佳。例如，在單寬流量為160m2/h的情況下，單丁壩的橫比降平均減少率的最大值為55.63%，雙丁壩的橫比降平均減少率的最大值為58.68%，三丁壩的橫比降平均減少率為64.21%；在單寬流量為240m2/h的情況下，單丁壩的橫比降平均減少率的最大值為49.89%，雙丁壩的橫比降平均減少率的最大值為54.23%，三丁壩的橫比降平均減少率為60.21%。

總體而言，彎道水面均勻度提高率會(huì)隨著丁壩數(shù)量的增多而增加，說明丁壩數(shù)量越多，改善彎道水面流態(tài)的效果越好，特別是設(shè)置3條透水丁壩的情況下改善效果最佳。例如，在單寬流量為160m2/h的情況下，單丁壩的水面均勻度提高率最大值為11.28%，雙丁壩的水面均勻度提高率最大值為21.04%，三丁壩的橫比降平均減少率為26.29%；在單寬流量為240m2/h的情況下，單丁壩的水面均勻度提高率的最大值為10.71%，雙丁壩的橫比降平均減少率的最大值為15.34%，三丁壩的橫比降平均減少率為22.53%。此外，在丁壩數(shù)量相同的條件下，透水丁壩的布置位置越靠近下游，泄槽彎道段水面均勻度提高率越大，說明改善水面流態(tài)的作用越強(qiáng)。

三、結(jié)束語

綜上所述，河道防洪治理工程中，丁壩設(shè)置在保證獲得良好防護(hù)效果的同時(shí)，也不會(huì)給對(duì)岸造成沖刷破壞。有效保證河道兩岸百姓生產(chǎn)、生活用水，助力河流流域經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。