李學(xué)宏 王 波 /武陟第一河務(wù)局
堤防修建前后的河道斷面演變分析
李學(xué)宏 王波/武陟第一河務(wù)局
天然河道的斷面變化主要是受到洪水的影響,隨著河道不斷的修建水工建筑物,尤其是大中型水庫(kù)的建成,河道的變化就要受到這些建筑物的影響,從而天然狀態(tài)下的變化規(guī)律就要發(fā)生改變,因此對(duì)水庫(kù)建成前后的河道斷面演變進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)河道斷面新的變化規(guī)律?;诖耍闹袑?duì)堤防修建前后的河道斷面演變進(jìn)行了分析,僅供業(yè)內(nèi)人士參考。
堤防建設(shè);河道斷面;演變分析
天然河道的斷面沖淤變化主要受洪水的影響。隨著城市化進(jìn)程的加快和人們生活水平的不斷提高,人與自然的和諧水邊環(huán)境正在成為河道生態(tài)治理的目標(biāo)。然而,在河流經(jīng)過(guò)的城區(qū)河道整治工程中,勢(shì)必會(huì)影響到河道原有狀態(tài)下的變化規(guī)律。因此,本文以對(duì)第二牤牛河城區(qū)段堤防建成前后的葉柏壽水文站的斷面變化情況,分析總結(jié)堤防修建前后河道斷面變化對(duì)河流水文條件的影響,以便為今后河道整治工作提供參考。
在水利堤防工程的施工過(guò)程中,做好對(duì)于水利堤防工程的壩體的填筑是其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié),在水利堤防工程施工中的壩體填筑中需要對(duì)壩面的流水作業(yè)引起足夠的重視,在其施工中需要注意以下幾個(gè)方面:在水利堤防工程壩體填筑施工中,為確保水利堤防施工速度與施工質(zhì)量,需要根據(jù)壩體填筑的施工作業(yè)面的面積和所投入使用的工程機(jī)械的作業(yè)范圍及能力來(lái)對(duì)壩面流水作業(yè)的方向與工作段的大小進(jìn)行合理的劃分,在對(duì)其進(jìn)行劃分時(shí)要確保其作業(yè)的寬度要超過(guò)碾壓機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)車和確保壓實(shí)的最小寬度要求,同時(shí)在長(zhǎng)度的劃分中也需要滿足碾壓機(jī)械的作業(yè)需求。在對(duì)壩體填筑作業(yè)面的劃分中還需要根據(jù)具體填筑的壩體的面積與機(jī)械施工的強(qiáng)度結(jié)合鋪料的方式與環(huán)節(jié)因素來(lái)作為壩體填筑劃分的主要依據(jù)之一,在壩體填筑的過(guò)程中還需要控制好壩體填筑土料的作業(yè)時(shí)間與土料質(zhì)量的把控,盡可能地降低壩體填筑時(shí)的作業(yè)循環(huán)時(shí)間,確保水利堤防工程壩體填筑時(shí)的施工質(zhì)量與施工效率,提高水利堤防工程壩體填筑的施工質(zhì)量。同時(shí)在水利堤防工程壩體流水作業(yè)時(shí)還需要注意控制好壩體填筑時(shí)的流水作業(yè)施工中的作業(yè)程序的工序數(shù)目與流水作業(yè)的單位時(shí)間,控制好作業(yè)的時(shí)間與效率,提高水利堤防工程施工的質(zhì)量。同時(shí)在水利堤防工程壩體填筑的流水施工作業(yè)中,如果施工作業(yè)面的地面不平整,則需要根據(jù)水平分層實(shí)現(xiàn)從下到上的逐層填筑的方式,同時(shí)在作業(yè)面的劃分上,對(duì)于機(jī)械施工時(shí)的分段作業(yè)面的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能地控制在100m的范圍內(nèi),同時(shí)在施工的作業(yè)面上應(yīng)當(dāng)分層實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的鋪土和碾壓,避免在施工中出現(xiàn)界溝,提高水利堤防工程壩體填筑的施工質(zhì)量,同時(shí)對(duì)于上下層面的分段接縫處應(yīng)當(dāng)錯(cuò)開(kāi),提高水利堤防工程壩體填筑的施工質(zhì)量,如果在水利堤防工程壩體的施工中遇到軟土壩基,必須要設(shè)計(jì)斷面同步其分層填筑的施工工藝,避免線進(jìn)行堤壩堤身的填筑在進(jìn)行壓實(shí)的作業(yè)方式,應(yīng)當(dāng)在堤身全段面完成對(duì)于壩體的填筑后,再進(jìn)行整坡壓實(shí)和削坡處理,并鋪填平整水利堤防工程兩側(cè)的護(hù)堤地面的坑洼處。
(一)流域基本情況
工程位于第二牤牛河位于遼寧西部,是大凌河流域一級(jí)支流,發(fā)源于建平縣富山街道張福店村牛河梁,全長(zhǎng)48.5km,流域面積1042km2。流域境內(nèi)丘陵起伏,河谷相間,地勢(shì)北高南低。匯入大凌河河口以上有二道磨河、深井河等二級(jí)支流,流域坡地占總體面積的92.4%,河谷平原只占7.6%。其特點(diǎn)是土壤松散,植被覆蓋差,水土流失嚴(yán)重,雨季河水暴漲暴落。
(二) 葉柏壽水文站概況及堤防分布情況
葉柏壽水文站位于遼寧省建平縣葉柏壽鎮(zhèn)西街,1959年7月設(shè)站,集水面積195km2,是小河站,省級(jí)一般站。主要觀測(cè)項(xiàng)目有:水位、流量、斷沙、顆分、比降、水文調(diào)查、普通測(cè)量、土含、降水、蒸發(fā)、水情拍報(bào)、泥沙等。降雨量主要測(cè)驗(yàn)設(shè)施及觀測(cè)儀器有普通雨量筒、虹吸式雨量計(jì)、遙測(cè)雨量計(jì);水面蒸發(fā)采用20cm口徑和E601蒸發(fā)器;水位觀測(cè)設(shè)施為直立式水尺;流量測(cè)驗(yàn)采用流速儀法,以纜道施測(cè)為主,特殊情況下可用浮標(biāo)法和比降-面積法。
葉柏壽站測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)500m,寬淺式河床,洪水時(shí)比降大,水流急,中高水水面寬160m,斷面沖淤變化較大?;?10m有一座公路橋,對(duì)測(cè)驗(yàn)影響不大。
2009年開(kāi)始進(jìn)行河道治理及堤防建設(shè),河道設(shè)計(jì)底寬154m,堤頂寬178m,堤防長(zhǎng)度約為3650m,邊坡比為1:3,防洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇,設(shè)計(jì)洪峰流量1120m3/s。
(三) 河道斷面演變分析
測(cè)驗(yàn)河段洪水由暴雨形成,該流域主要天氣系統(tǒng)受華北氣旋、臺(tái)風(fēng)、高空槽影響,暴雨多發(fā)生在夏季,其中又多集中在七、八兩月,約占全年的80%~90%。該河洪水陡漲陡落,洪峰尖瘦,洪水過(guò)程線的形狀分單峰和雙峰兩種類型,單峰洪水歷時(shí)較短,雙峰洪水歷時(shí)相對(duì)較長(zhǎng),一般來(lái)講一次洪水歷時(shí)為1~3天。葉柏壽水文站建立后,經(jīng)歷了1962年最大洪峰流量1100m3/s,套繪1964年、1984年、2005年、2009年基本水尺斷面圖,發(fā)現(xiàn)1964-2009年前的斷面寬度基本在202~204m,斷面面積在不同的年份都有沖淤變化,但總面積變化不大,最大和最小之間同水位級(jí)(406m)的面積相差12.5m2,占8.7%,406m水位級(jí)下面積見(jiàn)表2。但河道斷面在主河槽30~130m部分,落淤變化較大,2009年與1964年相比最大沖深1.9m,但總的趨勢(shì)仍比較穩(wěn)定。從2009年開(kāi)始進(jìn)行河道治理及堤防建設(shè),斷面控制在178m,2009年406m水位級(jí)以下的面積與1984年相比相差62.6m2,占43.7%。而隨著河道的束窄清淤治理工程在2009年結(jié)束,斷面依然控制在178m,斷面基本保持穩(wěn)定狀態(tài),由于2013年對(duì)河道再次進(jìn)行了治理,2010-2012年斷面面積相差14.2m2,占3.1%;2013-2015年斷面面積相差2.5m2,占0.4%,河道變化主要是在主河槽90~120m,最大沖深1.04m。在目前的來(lái)水來(lái)沙條件下,斷面比較穩(wěn)定,沖淤演變幅度不大。2010至2015年斷面變化情況,2012-2015年406m水位級(jí)斷面面積變化情況。
總之,對(duì)于河道演變,其影響因素很多,主要有以下幾點(diǎn):河道的比降;河道形態(tài)以及水文地質(zhì)情況;河道內(nèi)的來(lái)水量以及水量的演變過(guò)程;河道內(nèi)的來(lái)沙量、來(lái)沙組成以及沙量的變化過(guò)程。通過(guò)計(jì)算分析可以得知:在水庫(kù)未建成前的情況下,斷面面積在大水年份沖刷變大,小水年份淤積變小;而在水庫(kù)建成后,壩下河道主槽發(fā)生沖刷,灘地發(fā)生淤積,而沖淤總量基本持平。
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[3]王昌杰.河流動(dòng)力學(xué)[M].人民交通出版社,2014-99.