黄河下游稳定主槽节点整治方案(史宗伟)
多年来,目睹河道流路变化和大量整治工程的修建,颇感当前下游河道微弯整治方案存在诸多问题,不能完成“稳定主槽”的任务。基于河道水流最基本机理是走直、窄深河槽具有很强的泄洪输沙能力的认识,经长期审慎思考,明确提出了“节点整治”的主张。
一、节点及其对控制河势的作用
窄深河段统称为河流的节点,节点对游荡河流的河势变化具有不可忽视的节制作用。两岸皆有依托,常年靠流的窄深河段称为一级节点;只一岸有依托,另一岸为易于冲刷的滩地的河段,称为二级节点。
钱宁在他的《河床演变学》中对节点控制河势的作用十分肯定,指出“游荡型河流上的节点不仅对节点所在河段的主流摆动有控制作用,而且对节点上下游的宽浅河段也有节制作用”;“节点的分布和对河流的挟持程度对河流游荡性的影响是很深远的”;“对治理游荡型河流来说,增加节点数目,合理地选择节点外形是控制河流基本流路的一个重要途径”。
从黄河下游游荡性河段历年的河道主流线套绘资料可以看出,凡是一岸或两岸有控制性节点的河段,水流的摆动幅度就小,没有节点的河段水流就比较散乱(见图1略)。
二、节点整治的提出
充分利用节点对游荡性河段主流的控制作用,人工修建两岸工程,形成一系列连续的一级节点。这样的整治措施可以称为节点整治,节点整治的实质是双岸整治。
节点整治工程的平面布局应是“顺直为上,附以微弯”由一系列的、较长直线的、连续的两岸节点工程和少量的单岸微弯工程组成(见图2略)。
节点整治最符合黄河下游稳定河段流路的顺直微弯归顺形态(见图3、图4略)。
三、节点整治“制导线”
节点整治“制导线”是对微弯整治治导线的继承和发展,具体为:大大加长微弯整治治导线直线段的长度,同时尽可能减短弯曲段长度和加大弯曲半径,也不再追求反向弯道相间的平面工程格局。
节点整治的“制导线”直线段部分为“制线”,在“制线”两岸布置工程形成多处连续的一级节点;微弯段部分为“导线”,在“导线”的凹岸布设微弯控导工程。
“制导线”宽度是节点整治最重要的参数,既不能过宽,以满足形成窄深河槽的要求,又不能过窄,以满足排泄大洪水绝大部分洪量的要求,具体数据需要经过深入慎密的研究分析确定。初步认为,节点整治“制导线”宽度应在500m~800m之间,不同河段的宽度可以不同。
四、节点整治工程
节点整治工程顶部高程以平当地滩面为宜,既能起到控制中小水河势的作用,又不影响洪水漫滩。节点整治工程的结构形式最适宜采用透水桩坝,修做成平顺长护岸的形式(见图5);桩间距可以尽可能的大一些,以节约工程造价,但同时要满足桩间不出溜的要求;桩深要满足排泄大洪水时形成窄深河槽对桩体稳定的要求,具体需要做深入的研究,保守估计,桩深应该在40m左右。
节点整治工程采用透水桩坝,工程造价较高,但应是在能够承受的范围内。
节点整治工程也可以考虑采用不抢险潜坝结构,修做成短丁坝(垛)、护岸相结合的工程形式,但一定要慎重。节点整治工程不宜采用长丁坝,以避免两岸间相互挑流到对岸,造成河势不稳定和工程防守压力。节点整治的微弯工程应沿用微弯整治的成功经验,修做成“上平下缓中间陡”的形式,部分也可以如目前的大部分微弯整治工程一样,修做成短坝密做的下挑丁坝群形式,以坝护湾、以湾导溜。
五、节点整治与防洪
1986年以来,随着人类经济社会的发展和小浪底水库等水利枢纽的建成投入运用,进入下游洪水的洪峰流量和洪水总量已经大幅减小,并将继续减小,下游防洪对河道排洪能力的要求呈减小的趋势。
窄深河槽具有很强的泄洪输沙能力。艾山站在1958年7月21日、22日,在河宽476m、468m,平均水深8.9m和10.6m的条件下,分别下泄12300m3/s和12500m3/s洪水;泺口水文站在1958年7月22日、23日,主槽宽295m,平均水深10.6m和13.1m的条件下,通过的洪峰流量分别为10100m3/s和11100m3/s;花园口站在1977年经过7月和8月两场高含沙洪水塑造,8月8日实测主槽宽467m、483m,相应水深为5.4m、5.3m,平均流速3.85m/s、3.73m/s,流量达8980m3/s和9540m3/s。
节点整治通过深入研究,合理确定其主槽宽度,利用窄深河槽的泄洪输沙能力,是可以满足大洪水时宣泄绝大部分洪量要求的。
节点整治工程采用透水桩坝,顶部高程平当地滩面,工程本身挡水截面小、对泄洪的影响较小,同时又能够保持稳定,不抢险。
六、节点整治经济合理性
节点整治采用透水桩坝,工程初始造价较高,后期维护费用很低,总费用完全在国民经济所能够承受的范围内。
实施节点整治,主河槽得以稳定,并能长期维持良好的泄洪排沙能力,“宽河”的必要性将被削弱,下游宽河道约3000km2滩区土地、180万滩区群众在相当程度上得到解放,其经济效益、社会效益巨大而又长远。
七、节点整治远景
从长远看,现黄河下游宽河道广大滩区应予解放,“宽河固堤”的格局需要改变。节点整治逐渐实施,并取得预期成效后,应在目前的宽河道内,节点整治工程两侧1~2km的范围内修筑新的黄河大堤,两岸新堤间距4km左右,做为将来排泄洪水的通道,实施“窄河固堤”。现黄河大堤做为遥堤保留,根据需要,新老堤间可以规划一部分必要的蓄滞洪区、保留一部分湿地,也可以有计划的对部分区域进行引黄放淤,处理黄河泥沙。
八、最大限度改造利用现微弯整治工程
对河道内现存的大量微弯整治工程,应本着“具体工程具体分析,最大限度改造利用”的原则来处理,大致可分为四类情况:①部分工程经改造可以做为远期新黄河堤防的组成部分;②部分工程经改造可做为节点整治的微弯工程利用;③部分工程无法利用而被废弃;④部分工程影响新流路需要拆除。
九、结语
节点整治方案应引起相关部门的高度重视,并积极开展深入、细致的实验研究工作,具体确定节点整治“制导线”宽度、整治工程长度、工程间距、顶部高程以及桩径、桩距、桩深等参数,力争早日付诸黄河下游河道主槽整治实践,最终达到塑造并长期维持窄深河槽、稳定河势流路、高效排洪输沙之目的。
作者简介
史宗伟,男,1968年3月生,河南渑池人,郑州黄河河务局工务处副处长、工程师,主要从事河道治理、防汛抢险、水利工程管理等工作。
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