蘇崇峰

（徐州市水利建筑設計研究院 徐州 221018）

1 河道概況

沭河是沂沭泗河洪水東調(diào)南下工程中的骨干工程之一。沭河源于沂蒙山區(qū)的沂山南麓，南經(jīng)莒縣、臨沭、新沂，于口頭入新沂河，河道全長300km，流域面積6400km2，其中徐州市境內(nèi)沭河長44.7km。

根據(jù) 《沂沭泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程實施規(guī)劃》，沭河防洪標準由20年一遇提高到50年一遇，設計流量為塔山閘以上2500m3／s，塔山閘以下3000m3／s。

根據(jù)新安鎮(zhèn)水文站1950～2005年的歷年最大流量統(tǒng)計分析，多年平均流量865m3／s，5年一遇流量1300m3／s，2年一遇流量550m3／s，最小流量163m3／s。非汛期最大多年平均流量80m3／s，5年一遇150m3／s，10年一遇250m3／s。

根據(jù)新安鎮(zhèn)水文站泥沙統(tǒng)計分析，輸沙率（kg／s）：多年平均12.4，年平均最大65.2；多年平均輸沙量39.1萬t；含沙量 （kg／m3）：多年平均0.76，年平均最大1.47。

沭河地處郯廬斷裂帶，河槽為天然河道，河床、堤防土質(zhì)基本上為砂性土，兩岸堤防質(zhì)量差，部分堤段為砂堤砂基，河道比降陡，流速大，彎道多，形成險工險段較多，特別是沭河下游王莊閘至新沂河河道長16.5km，成為沭河防洪工程治理的重點。

2 河道特性及河床演變趨勢分析

沭河王莊閘下至新沂河河道長16.5km，彎道眾多，河灘地隨河道形式而變化，急彎內(nèi)側(cè)灘地較寬，外側(cè)狹窄，河岸十分陡峻。河床平均比降為1／1400。河流地質(zhì)作用沉積物以砂質(zhì)為主，河流地質(zhì)作用以沖刷為主，部分堤段沖刷嚴重，形成崩岸，河床邊界穩(wěn)定性差，河道抗沖刷能力低。

2.1 沭河出口處與新沂河水面線和河底高程不銜接

新沂河是南下工程的入海通道，匯集南下的來水，其中駱馬湖以上流域面積51200km2，嶂山閘以上來水有駱馬湖調(diào)蓄，泄洪幾率相對總沭河較小，特別是中小流量時，嶂山閘不泄洪或泄洪流量較小，新沂河口頭以西的區(qū)間排水面積又很少，造成新沂河常處于低水位狀態(tài)。水位統(tǒng)計資料顯示，1982年以前口頭汛期多年平均最低水位為10.89m，1982～1999年為8.77m，1999～2003年為7.79m；1990～2003年汛期月平均水位為9.05m。沭河出口處新沂河設計洪水位為16.52m，當駱馬湖嶂山閘不泄洪時，新沂河水位常處在9.0m以下。而沭河為經(jīng)常性來水河道，特別是沭河中小流量時，使得沭河口頭處與新沂河水面線不銜接。根據(jù)1982年測量資料，沭河口頭處河底高程為10.7m，新沂河口頭處河底高程9.64m，河底相差1.06m，2005年沭河口頭處河底高程為5.0m，新沂河口頭處河底高程3.5m，河底相差1.5m。因此沭河出口處與新沂河水面線和河底高程均不銜接，導致河床沖刷下切嚴重。

2.2 沭河河道彎曲，比降陡

沭河王莊閘下至新沂河段河床灘地自西北向東南傾斜，灘面寬度125m～1039m，河口寬度141m～518m。左右大堤堤距為430m～1250m，地面高程由20.0m至16.0m，河底高程由14.0至3.5m。河道邊坡大多在1∶2以下，河岸十分陡峻。該河段彎道較多，90°彎道達7處，曲折系數(shù)在1.14～1.26之間，曲率半徑在0.45～0.96km之間，擺幅在0.52～1.2km之間。該段河床縱向比降達1／1400，中小流量常處于急流狀態(tài)，大流量時流速大于允許不沖流速，現(xiàn)狀河道縱向比降較之1982年及1999年的河道縱向比降相比，沒有改觀，在現(xiàn)狀及以后的年份中，河床比降陡、流速大依然是引發(fā)河床繼續(xù)沖刷下切的主要因素之一。

2.3 上游來水含沙量不斷減少

河流泥沙的主要來源是自然力對流域表面的地表侵蝕和因重力失衡引起的重力侵蝕，影響河流輸沙量的主要因素為氣候因素、下墊面因素和人類活動等三個方面。上個世紀60年代初沭河上游興建了沙溝、青峰嶺、小仕陽、陡山4座大型水庫和石泉湖等4座中型水庫，水庫控制流域面積占沭河總流域面積約30%，河道上多道閘壩等攔河建筑物的興建，上游山區(qū)水土保持措施的加強，以及人工采砂等，上個世紀80年代以前和以后，年累計輸沙量與年累計徑流量曲線的斜率有明顯變化，前后時段平均含沙量減少約50%，近年來含沙量呈進一步減少趨勢。特別是中小流量時，上游水庫和攔河建筑物的攔水攔沙，下游河道含沙量減少，亦造成下游河道的沖刷下切。

2.4 河道抗沖能力分析

計算流量的選擇，通常利用某一頻率洪水作為造床流量，根據(jù)國內(nèi)研究，造床流量接近略小于2年一遇洪水，較多使用的是1.5年一遇洪水作為造床流量，也有取多年平均洪峰流量即常年洪水作為造床流量。根據(jù)沭河歷年最大流量統(tǒng)計分析成果，主要針對河道行洪500m3／s和800m3／s進行分析計算。

根據(jù)沭河王莊閘以下河道地質(zhì)勘探資料，河道以砂性土為主，最大厚度達到20m以上，層底高程達到－2.0m以下，抗沖能力弱。按照 《灌溉與排水工程設計規(guī)范》，計算不同水深不同河段允許不沖流速情況如下：①小流量時 （200m3／s）河道允許不沖流速為0.20m／s～0.77m／s，現(xiàn)狀河道流速 為 0.58m／s～ 2.41m／s； ② 1.5 年 一 遇 時（500m3／s） 河 道 允 許 不 沖 流 速 為 0.32m／s～0.82m／s，現(xiàn)狀河道流速為0.82m／s～2.67m／s；③中等流量時 （800m3／s）河道允許不沖流速為0.34m／s～0.84m／s，現(xiàn)狀河道流速為1.14m／s～3.20m／s。計算結(jié)果表明，中小流量時現(xiàn)狀河道流速均要大于河床允許的不沖流速，造成河床有沖刷下切趨勢。

綜合以上分析，因該段河道出口處與新沂河河底高程和水面線均不銜接，河道縱向比降大，河床土質(zhì)基本上為砂性土，中小流量常處于急流狀態(tài)，大流量時流速大于允許不沖流速，加之河道彎道較多，導致河床下切灘面沖刷趨勢嚴重，造成河勢不穩(wěn)，河坡不斷坍塌，大量的險工不斷出現(xiàn)，跨河及穿堤建筑物出現(xiàn)不斷沖毀，已嚴重威脅堤防、跨河建筑物和河道的防洪安全，而且灘面上群眾賴以生存的良田、桑園、果園等不斷塌入河中，水土流失嚴重。為確保王莊閘下河道穩(wěn)定，達到規(guī)劃治理的目標，保證行洪安全，避免土地資源流失等問題，必須解決王莊閘下河道持續(xù)沖刷下切趨勢。

3 王莊閘下河道治理方案

針對王莊閘下河道不斷沖刷下切的趨勢，為達到防洪規(guī)劃治理的目標，我院在 《沂沭泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程實施規(guī)劃》階段，進行了建設壅水壩與河道裁彎取直兩個方案的比選，由于裁彎取直方案占地較多，投資超過3億元，效果也難以估計，因此仍采用對原河道的治理方案。在可研和設計階段，我院又進一步對險工護砌與建設壅水壩兩個方案進行了技術(shù)經(jīng)濟比較。

3.1 險工護砌方案

沭河王莊閘下險工眾多，河道現(xiàn)狀邊坡大多在1∶2以下，最陡處幾乎為1∶0，河道灘面至河底深度一般都在10m以上，堤頂至河底深度一般在14m左右，最大達到17m以上，河岸十分陡峻。因河道不斷沖刷下切，該段河道老險工坡面不斷坍塌，底腳墻沖毀，新險工逐年出現(xiàn)，王莊閘以下河道護砌長度累計達7.35km，修筑丁壩10余處，治理效果依然很差，舊險工修復時間不久，新的險工又不斷出現(xiàn)。目前從王莊閘至口頭16.5km范圍內(nèi)，兩岸險工段長度達26.4km，其中處于彎道、沒有灘面或灘面狹窄的險工段長度為14.3km。

采用傳統(tǒng)的漿砌塊石對險工進行護砌，該方案施工工藝簡單，工程投資約為8000萬元，可以暫時解決防洪安全問題，但不能解決河床持續(xù)沖刷下切問題，隨著河床不斷沖刷下切，新的險工會不斷出現(xiàn)，且護坡需不斷向下接長，維修養(yǎng)護費用高，管理難度大，不能從根本上解決該河段的防洪問題。

3.2 壅水壩方案

根據(jù)總沭河王莊閘下河道比降陡，中小流量行洪時，流速大，對河床沖刷嚴重，而且設計流量最大值達到3000m3／s的特點，建設壅水壩主要是中小流量時分段抬高水位，減緩水面比降，降低河床流速，大流量時不阻礙行洪，通過多年運行，可使中小流量時河床淤積，抬高河床，最終減緩河床比降，改變沭河河床沖刷下切，達到穩(wěn)定河床的目的。

壅水壩數(shù)量的比選：經(jīng)過對1～4道壩的計算分析，主要選取3道壩和4道壩兩個方案進一步進行技術(shù)經(jīng)濟比選。比較結(jié)果表明，3道壩方案水流比較平緩，流速較小，可比項投資7570萬元；4道壩方案水流較3道壩方案緩，流速較3道壩方案小，但差別程度不大，可比項投資11420萬元。經(jīng)綜合比較，3道壩方案建壩后水流較平緩，流速較小，建壩效果也相當明顯，而且投資較4道壩方案省3850萬元，因此選擇3道壩作為實施方案。

壅水壩壩頂高程的比選：壩頂高程確定的過高則投資較大，過低難以起到降低水面比降和流速的作用。影響沭河河道穩(wěn)定的主要是出現(xiàn)機率較高的中小流量，通過擬定不同的壩頂高程，分別計算設計流量下的水位情況和中小流量時降低水面比降及流速的程度，計算擬定了3種壩頂高程，從比較結(jié)果分析，壩頂高程越高，沿程水面比降緩，流速小，但造價高；壩頂高程越低，沿程水面比降陡，流速大，對河床穩(wěn)定不利。因此壩頂高程是既考慮了3座壅水壩相互配合協(xié)調(diào)，起到穩(wěn)定各段河床的作用，在河床穩(wěn)定后各段河道水面比降與河底比降基本一致，又考慮了投資省，經(jīng)綜合比選確定3座壅水壩的壩頂高程分別為廣玉15.0m、邵店12.0m和口頭10m。

壅水壩堰型比較：經(jīng)實用堰和寬頂堰兩種堰型的技術(shù)經(jīng)濟比較，選用WES型實用堰作為壅水壩的堰型。

根據(jù)理論計算，3座壅水壩興建后，可改善水流特性，從大中小不同流量，對比建壩前后水面線的變化，建設壅水壩可以利用建筑物集中消能，既可實現(xiàn)河道出口處與新沂河的水面線銜接，又大大減緩分段河道的水面縱向比降，大大減小中小流量時的河道流速，可使中等流量的流速由現(xiàn)狀1.14m／s～3.20m／s下降至0.62m／s～0.8m／s，達到不沖流速。經(jīng)運行后河道會形成一定的淤積，長期形成平衡比降。建設壅水壩治理的主要是中低水河槽，經(jīng)對設計流量水面線計算，興建壅水壩對行洪沒有影響。

1992年沂沭泗河洪水東調(diào)南下一期工程治理時，針對王莊閘下的沭河治理，就設置了簡易壅水試驗壩，對比邵店試驗壩建設前后壩上河道淤積情況，一個汛期后壩上河道200m范圍內(nèi)河槽淤積了0.5～0.7m，通過現(xiàn)場試驗，直接驗證了建設壅水壩對改善河床特性，調(diào)整水面比降，穩(wěn)定河床的顯著效果。另外，王莊閘以上段河道建有塔山閘和王莊閘兩個梯級控制工程，對調(diào)節(jié)中小流量，穩(wěn)定河床起到了顯著效果，通過計算塔山閘以上及塔山閘～王莊閘現(xiàn)狀河道縱向比降、河道流速狀況，這兩段河道相對穩(wěn)定，根據(jù)實測資料分析，近20年來河床變化不大，也類比說明建設壅水壩對穩(wěn)定河床的顯著效果。

綜合以上險工護砌和壅水壩兩個方案比較結(jié)果表明：險工護砌方案一次性投資稍小，但不能從根本上解決王莊閘以下河道沖刷問題，河床將繼續(xù)下切，常年整修和維護費用高。壅水壩方案雖然一次性投資較險工護砌方案大些，但可以從根本上解決王莊閘下河道的沖刷下切問題，保護堤防及跨河和沿線建筑物的安全，且維護管理費用低。故選擇興建3座壅水壩的治理方案。

另外，通過壅水壩的建設，除對穩(wěn)定河床，達到防洪安全的目標外，對改善河道生態(tài)，也會起到積極的作用。

4 結(jié)語

沭河王莊閘下河道的治理，是江蘇段沭河治理的重點內(nèi)容。通過對王莊閘下河道特性及沖刷下切趨勢的原因分析，治理方案的比選，建設壅水壩方案能較徹底解決該河段存在的突出問題，以達到防洪規(guī)劃的目標。沂沭泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程沂河、沭河、邳蒼分洪道治理工程的設計，已于2008年經(jīng)水利部和國家發(fā)改委審批，目前王莊閘下3座壅水壩已建設完成。