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        河床淤積問題現(xiàn)狀及治理措施探析

        2022-03-01 07:37:14林子谷
        黑龍江水利科技 2022年12期

        林子谷

        (興寧市水口鎮(zhèn)人民政府,廣東 梅州 514587)

        0 引 言

        隨著我國生態(tài)文明建設(shè)理念的進一步推進,我國河流的治理工程不斷地發(fā)展前進。河流治理工程對當?shù)爻鞘猩鐓^(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展有推動作用,與當?shù)鼐用竦纳顮顟B(tài)息息相關(guān),對于保障當?shù)鼐用窳己玫纳顮顩r與生命財產(chǎn)安全有重大意義[1-2]。

        河流的治理工程包括了水土流失治理、防洪泄洪治理、河道清淤治理以及護岸修整治理等工程[3]。其中,河道淤積的問題在河道治理工程中非常常見,河道、河床的淤積,會使河道的泄洪能力明顯下降,造成河流的淤堵,導致大量的雜質(zhì)泥沙、垃圾等污染物沉積在河道內(nèi),污染河道的水環(huán)境, 降低河道的搬運能力,長此以往,也會導致河道河堤的安全隱患增大,影響河道的生態(tài)平衡[4]。對河道的淤積進行疏浚治理,可以提高河道的泄洪性能,改善河道的水生態(tài)、水環(huán)境,提高河道所屬流域的安全、穩(wěn)定性,有效改善河道所屬流域的生產(chǎn)狀態(tài)以及生態(tài)環(huán)境,提高當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展建設(shè)[5]。

        基于以上背景,本文通過分析河道局部段的河床淤積問題及現(xiàn)狀,研究了相關(guān)的河床淤積的治理措施,為河道的泥沙淤積問題提供一種可行性參考措施,希望可以提高河道的生態(tài)環(huán)境建設(shè),促進我國河流治理工程的建設(shè)發(fā)展。

        1 河床淤積現(xiàn)狀

        宋聲河位于興寧市水口鎮(zhèn),是屬于梅江右岸的一級支流。由于宋聲河下游河段部分區(qū)域已經(jīng)建立了堤防,且河道兩岸的植被較為茂密,較零散地分布著居民居住區(qū)及農(nóng)作物田地,故本文僅針對該河段中的局部險情段進行研究。宋聲河設(shè)計治理長度為10.5km,護岸建設(shè)長度為6.527km,集雨面積約為39.52km2,屬于亞熱帶季風氣候區(qū),多年平均氣溫21.2℃,平均降雨量1537.6mm。

        經(jīng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)部分河道的局部河床處出現(xiàn)了程度不一的泥沙淤積問題,影響了河流的泄洪防汛能力。淤積段河道的斷面面積降低,出現(xiàn)了漏灘現(xiàn)象,影響了河流兩岸的安全。由于泥沙的持續(xù)淤積,導致河床不斷,在整體流域中,形成了小范圍淤堵段,不利于流域的整體輸沙平衡,對河道的安全泄洪進程造成了影響。不同河段的河床淤積量可見表1。

        表1 宋聲河局部段河床淤積分布情況表

        2 分析成因并提出方案

        針對淤積情況進行了成因調(diào)查,發(fā)現(xiàn)河段產(chǎn)生淤積的局部段,輸沙與整體河道不平衡,造成了泥沙的沉積,進而形成了淤堵。根據(jù)對淤積河道周圍的調(diào)查,淤積河道周圍的植物較正常地區(qū)生長狀態(tài)較差、生長量低,在河水長期的沖刷下,形成了大小不一的溝壑,導致河床高低不平,影響了正常排水,造成了泥沙淤積。根據(jù)上述河道淤積現(xiàn)狀及成因,分析研究治理措施,進行河道清淤、疏浚工程,恢復河道的泄洪抗汛能力,穩(wěn)定河道。

        由于宋聲河道位于梅縣區(qū)域內(nèi),其正常流通才能保證當?shù)鼐用竦恼Ia(chǎn)及生活。因此,要求河道進行不斷流的清淤方法,在保證河道正常水位、常態(tài)運營情況下,利用相關(guān)功能性船只,在水面上進行清淤操作。在此基礎(chǔ)上,為響應國家提倡的綠色生態(tài)環(huán)境建設(shè)原則,治理過程中不對河流造成二次污染,本次清淤方式選擇環(huán)保清理淤泥的方法,在清理淤積的同時,有效改善河流的生態(tài)環(huán)境平衡。

        基于以上分析,設(shè)計環(huán)保、不斷流的清淤方案:應用垃圾預處理裝置,將清淤段內(nèi)直徑大于1cm的石塊、白色垃圾以及樹枝等較大垃圾進行預處理,選擇射流式清淤方式,對河內(nèi)多余泥沙進行清理,并安裝泥漿泵管,采集淤泥,將其運至指定地點進行填埋,達到清淤疏浚的治理效果。同時,增設(shè)河道相關(guān)防滲裝置,如泄洪閘、排水渠等,保持河道泄洪的正常運行,降低泥沙淤積的可能性,防止治理后泥沙再次淤積。

        3 實施清淤治理方案

        在船只上安裝垃圾預處理裝置,將清淤段內(nèi)直徑大于1cm的石塊、白色垃圾以及樹枝等較大垃圾進行預處理。清理掉大直徑垃圾后,在船只上裝設(shè)高壓水槍,在不同的淤積段進行工作。同時,在水槍控制處安裝圓體狀的滾動鋼架,便于在水下對高壓水槍進行控制,使其可以在水中不同位置,以及不同深度進行清淤工作對河流內(nèi)淤積泥沙施加射流壓氣作用,使泥沙運動,并將其清除。計算淤積泥沙在河中的運動情況,為清淤治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。設(shè)河內(nèi)每一粒淤積泥沙均為圓球形狀,計算其在河內(nèi)受力的計算過程如式(1)所示:

        式(1)中,Cd代表阻力系數(shù),v代表河水的速度,ρ代表河水的比重,S代表顆粒的有效面積,D代表顆粒的直徑。

        由于淤積泥沙的實際形狀不會總是標準的圓球形狀,故淤積泥沙在河內(nèi)還會受到自身重力及河水浮力的影響,可表示為公式(2):

        公式(2)中,V是體積,g是重力常數(shù),ρ′是河水的比重,ρ1是泥沙顆粒的比重,與構(gòu)成泥沙顆粒的材質(zhì)有關(guān)。為了便于討論,可將公式(1)、(2)合稱為沉降力。根據(jù)以上計算,對河流內(nèi)淤積泥沙施加射流壓氣作用,使泥沙運動,并將其清除。在水槍控制處安裝圓體狀的滾動鋼架,便于在水下對高壓水槍進行控制,使其可以在水中不同位置,以及不同深度進行清淤工作。為達到最高效的治理效果,在下水前,需要分析高壓水槍裝置工作的影響因素,調(diào)試最優(yōu)的工作狀態(tài)[6]。射流式清淤需要考慮河流流速、射流速度、射流噴嘴以及射流的角度等因素。高壓水槍工作的幾何參數(shù)示意圖如圖1所示。

        圖1 射流式高壓水槍工作原理示意圖

        根據(jù)圖1顯示的工作原理,設(shè)計高壓水槍工作的沖蝕參數(shù)λ,λ ≥0.35:

        式中,g表示重力加速度,r表示淤積泥沙顆粒的中值粒徑,v0表示高壓水槍噴嘴的噴射流速(m/s),r1表示噴嘴的直徑(mm),l1表示噴嘴工作時與河道沙床的垂直距離(m),△ρ表示淤積泥沙的密度,與河水的密度差值。計算得到該沖蝕參數(shù)的數(shù)值為1.14,根據(jù)該沖蝕參數(shù),計算淤積泥沙顆粒懸浮的臨界流速v′:

        式中,m0表示淤積泥沙的容重,m表示河水的容重,H表示河水寬度。根據(jù)上述計算,設(shè)定高壓水槍的水下清淤速度。通過高壓水槍在水下射流產(chǎn)生的低壓水流、氣流環(huán)境,擾動淤積泥沙,將泥沙懸浮在水中,利用船只上增設(shè)安裝的泥漿泵管,采集懸浮的泥沙,并將采集的泥沙運至指定地點進行填埋處理,完成河床淤積的清理工作。

        4 增設(shè)防淤積水利設(shè)施

        在對現(xiàn)淤積河床段進行清淤處理后,考慮到河道自身的水流沖淤與挾沙能力對河床淤積的影響,在清淤處理過四段河道處,增設(shè)人工渠道、小型丁壩,通過加大過水斷面與抵抗過水沖刷,利用簡單的施工調(diào)整河道的河水流速,抵抗泥沙的淤積[7]。在凸型河道河床處,挖掘矩形斷面的人工渠道,增大過水斷面,渠道與原河床的邊坡為6.0‰,在渠道上側(cè)架設(shè)鋼架樁,按間距1.5m的排列進行布置,起到攔截浪潮的作用,增大過水斷面后,流水可以在此處加大流速,使得河水流速大于泥沙的抗沖刷流速,使得泥沙不會沉積在河道內(nèi),河道整體過洪量增加。在凹段河床處,增設(shè)小型丁壩,增設(shè)示意圖如圖2所示。

        圖2 凹段河床處增設(shè)小型丁壩示意圖

        增設(shè)小型丁壩可以有效抵抗河水的沖刷對河床造成影響,提高河床的穩(wěn)定性,降低泥沙淤積的可能性。河水水流的沖刷能力與搬運能力的提升是防止淤泥淤積的根本原因,因此,實施定時清理淤積與增設(shè)防淤積設(shè)施并行的治理方案,加固河床,增河段大泄洪能力,才能保證河道及其所屬流域達到的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定狀態(tài)。

        5 試驗與檢測

        為檢測上述設(shè)計的河道局部段河床淤積問題治理方案的效果,進行治理前后的淤積厚度對比與過洪峰值對比。

        監(jiān)測記錄相應局部段清淤后的淤泥淤積厚度,與原淤積厚度進行對比。淤積治理前后相應河床段淤泥淤積厚度對比情況如表2所示。

        表2 淤積治理前后各河床段淤積平均厚度變化表

        由表3可以看出,治理后的淤泥淤積厚度均比治理前的淤積厚度有所下降,表明河道局部段河床的淤積問題得到了有效治理。

        在各個治理河段的不同河段的相同水位處,測量河段的平均過洪量,觀察治理前后各河段相同水位的平均過洪量的不同,檢測結(jié)果如圖3所示。

        圖3 治理前后不同河段相同水位的過洪峰值對比圖

        由圖3可知,各淤積治理河段的相同水位下,淤積治理后的過洪峰值均高于治理前的過洪峰值,淤積治理前的五處河段的過洪峰值分別比治理前河段的過洪峰值高80.0m3/s、90.0m3/s、120.0m3/s、60.0m3/s、100.0m3/s,表明淤積的治理,可以有效提高河流的泄洪能力,形成河床穩(wěn)定輸沙、過沙的平衡機制,促進了河道的生態(tài)穩(wěn)定建設(shè)。

        6 結(jié) 語

        泥沙的淤積問題是我國水利治理工程的重要部分,泥沙淤積會降低相關(guān)河流流域的泄洪能力,增大河流河岸的安全隱患。因此,需要不斷研究并優(yōu)化河床的泥沙淤積問題解決措施,提高河道的穩(wěn)定性,為河道所屬流域的生態(tài)穩(wěn)定建設(shè)提供良好的基礎(chǔ)環(huán)境。

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