彭 秀 竹， 徐 向 舟*， 趙 瑩， 高 璐

( 1.大連理工大學(xué) 水利工程學(xué)院， 遼寧 大連 116024；2.山東省水利科學(xué)研究院， 山東 濟(jì)南 250013 )

0 引 言

黃河下游河道不斷遷徙變化，在一定條件下就會(huì)決溢泛濫，改走新道．2019年國(guó)家將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展放在戰(zhàn)略高度，明確要求實(shí)施河道和灘區(qū)綜合提升治理工程．隨著小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙的運(yùn)用，下游河道的水沙條件發(fā)生了變化，原有的工程布置已經(jīng)不能滿足當(dāng)前河道治理情況，尤其是部分靠溜工程的上首坍塌嚴(yán)重，致使主溜超出工程控制范圍，這對(duì)防汛搶險(xiǎn)十分不利，需要加快開(kāi)展游蕩型河段控導(dǎo)工程的續(xù)建．然而河道整治工程的設(shè)計(jì)按照原控導(dǎo)工程確定是否合理，目前還缺乏必要的技術(shù)論證．鑒于黃河下游本身水沙特性的復(fù)雜性以及相關(guān)研究的缺乏，有必要開(kāi)展整治工程對(duì)黃河下游游蕩型河道影響的研究．

丁壩的布設(shè)和結(jié)構(gòu)形式的選擇直接關(guān)系到河道的治理效果．已有研究通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算等方法，分析了丁壩對(duì)河道中流體特性的影響，相關(guān)成果大多聚焦在速度分布[1]、自由水面形態(tài)和紊動(dòng)特性[2-3]等方面，比如已有許多學(xué)者根據(jù)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析了單丁壩挑角[4]、長(zhǎng)度[5]和壩型[6]等對(duì)流場(chǎng)及沖刷的影響．以往對(duì)丁壩的研究多是針對(duì)單丁壩某一具體問(wèn)題深入分析，很少有把丁壩群當(dāng)作整體研究對(duì)象來(lái)考慮．事實(shí)上，單丁壩對(duì)河道整治有局限性，現(xiàn)實(shí)大多采用丁壩群系統(tǒng)配合作用，在避免產(chǎn)生新水害的同時(shí)，還可以達(dá)到河道整治的目的．加之彎道處壩體作用下的水流、泥沙和河床的相互作用機(jī)理復(fù)雜，因此仍需對(duì)河灣處壩群周圍水流特征和河床變形進(jìn)行更加深入的分析，從而驗(yàn)證丁壩群在緩流落淤、保護(hù)岸坡等方面的效果，以尋求具有顯著防洪效益的護(hù)岸方式．此外，以往對(duì)丁壩周圍流動(dòng)特性的研究多集中于順直河道[5]，而黃河下游為游蕩型河道，河灣段水沙作用機(jī)理復(fù)雜，在討論丁壩群效用機(jī)制時(shí)難以直接應(yīng)用現(xiàn)有成果．鑒于此，本文運(yùn)用MIKE21軟件，構(gòu)建黃河下游渾水條件下典型游蕩型河道的二維水動(dòng)力數(shù)值模型，對(duì)比分析在不同挑角、布設(shè)排數(shù)和結(jié)構(gòu)形式情況下，丁壩群對(duì)游蕩型河道平面河勢(shì)的控制效果，為丁壩設(shè)計(jì)施工提供參考，以期為黃河下游工程布局提供科學(xué)思路．

1 區(qū)域概況

全長(zhǎng)約275 km的孟津至高村河段，位處黃河下游．該河段是典型的游蕩型河段，河勢(shì)擺動(dòng)劇烈，易沖易淤，灘槽泥沙交換過(guò)程復(fù)雜．而老君堂河段整個(gè)位于游蕩型河段中，在山東省東明縣黃河南灘內(nèi)．1974年開(kāi)始在該河段修建老君堂控導(dǎo)工程，上接左岸周營(yíng)口工程來(lái)溜，下送溜至榆林工程．從老君堂河勢(shì)變化發(fā)展來(lái)看，如果工程對(duì)灘岸灘尖在大溜作用下，淘刷嚴(yán)重，繼續(xù)坍塌，灘嘴將掉落，主流有進(jìn)一步下滑的趨勢(shì)，屆時(shí)工程下首丁壩將會(huì)進(jìn)一步出險(xiǎn)和右岸灘岸坍塌加?。疄榉乐购觿?shì)繼續(xù)下滑，使老君堂工程發(fā)揮應(yīng)有的迎溜送溜作用，維持目前河勢(shì)，計(jì)劃修建老君堂下延工程(圖1)．

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

2 數(shù)值模擬

2.1 模型計(jì)算范圍和數(shù)據(jù)來(lái)源

本次數(shù)學(xué)模型的計(jì)算運(yùn)用MIKE21軟件，建立基于非正交網(wǎng)格的老君堂附近典型天然河道二維水動(dòng)力數(shù)值模型．計(jì)算范圍上起馬寨斷面，下至楊小寨，涵蓋整個(gè)老君堂河段，河段總長(zhǎng)12 km，如圖1所示．模型應(yīng)用的是2017年黃河下游干流河道地形圖數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上添加了黃河水文勘測(cè)局對(duì)黃河下游老君堂河段實(shí)測(cè)的7個(gè)汛前斷面數(shù)據(jù)．河道中原有控導(dǎo)工程地形采用不過(guò)流邊界形式處理．利用網(wǎng)格生成器對(duì)計(jì)算河段進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，大部分采用三角網(wǎng)格，為了保持工程前后邊界的順直，在擬建工程的區(qū)域采用四邊形網(wǎng)格，并且進(jìn)行網(wǎng)格加密處理．模擬河段共剖分了12 207個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)．

2.2 模擬試驗(yàn)方案

模型的邊界條件按照河道治理設(shè)計(jì)的水文部分，進(jìn)口邊界條件選擇進(jìn)口總流量，設(shè)計(jì)流量4 000 m3/s，設(shè)計(jì)含沙量30 kg/m3[7]，出口邊界水面高程為63 m．本文采用控制變量法，以布設(shè)排數(shù)為變量設(shè)計(jì)了1、3、5排3種方案；以挑角為變量設(shè)計(jì)了30°、45°、75° 3種方案．以原有的整治工程設(shè)計(jì)方案作為制訂試驗(yàn)方案的基本依據(jù)，均為下挑實(shí)體丁壩，丁壩布設(shè)在河灣凹岸(圖1圈畫(huà)部分)，尺寸按照原控導(dǎo)工程設(shè)置，壩長(zhǎng)約100 m，壩間距約1倍壩長(zhǎng)，壩頂高程為4 000 m3/s流量水位+0.5 m．在此基礎(chǔ)上，確定最佳布設(shè)方案，選取合理且相同的平面布設(shè)方式，對(duì)實(shí)體丁壩和透水丁壩進(jìn)行數(shù)值模擬．其中透水丁壩透空率選擇為30%，結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖2，其他設(shè)置與實(shí)體丁壩相同．同時(shí)為了定量分析實(shí)體丁壩與透水丁壩對(duì)凹岸的緩流效果，引入流速減小貢獻(xiàn)率這一概念，定義如下：

圖2 透水丁壩立面示意圖Fig.2 Elevation schematic of permeable spur-dike

K=(|vq-vz|/vz)×100%

(1)

式中：vq為無(wú)壩時(shí)測(cè)點(diǎn)流速，vz為設(shè)置丁壩后的測(cè)點(diǎn)流速．

采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)丁壩壩區(qū)上下游斷面流速進(jìn)行均勻性分析．相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)體丁壩不同挑角對(duì)流場(chǎng)的影響

挑角與有效壩長(zhǎng)直接相關(guān)，其影響河道自由水面和流態(tài)穩(wěn)定．因此合理選擇挑角對(duì)矯正河勢(shì)和維護(hù)工程安全起著關(guān)鍵作用．本文模擬了單排實(shí)體丁壩不同挑角下河勢(shì)變化情況，選取實(shí)體丁壩壩軸線上下游20 m處典型斷面作為水位和流速的提取斷面，具體位置見(jiàn)圖3．實(shí)體丁壩周圍河勢(shì)變化情況如表1所示．從表1可以看出，丁壩上游斷面水位升高，隨著挑角的增大，水位雍高均值增大．當(dāng)丁壩挑角為75°時(shí)，水位雍高均值達(dá)到最大值1.388 m，同時(shí)流速均勻性指標(biāo)值Cv也達(dá)到3種角度中的最大值0.418．Cv越大，流速分布的均勻性越低．證明此挑角工況下，斷面流速變幅最大，水流動(dòng)能和勢(shì)能之間轉(zhuǎn)化頻繁．在丁壩下游均發(fā)生跌水現(xiàn)象．下游Cv隨著挑角的增大逐漸減小，與上游變化正好相反．挑角為30°時(shí)，下游斷面流速變化相對(duì)活躍．由此可見(jiàn)，河灣處水沙機(jī)理復(fù)雜，在不同的斷面處，丁壩周圍的流速變幅隨挑角變化的規(guī)律不可一概而論．從水流本身特性來(lái)看，丁壩的存在致使原有河道過(guò)水面積突然減小，打破了水流的暢行，使水流流速重新分布．由于丁壩的束窄作用，流速在丁壩斷面處陡增．水流受到慣性作用影響，繞過(guò)壩頭后過(guò)流斷面進(jìn)一步收縮，流速繼續(xù)增大．同時(shí)流速變化必然引起水流勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化[8]，水流過(guò)壩時(shí)勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，表現(xiàn)為壩后跌水．綜合上下游斷面的流速均勻性指標(biāo)值來(lái)看，在下挑角為45°時(shí)，區(qū)域內(nèi)流速最為穩(wěn)定，水流的動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)化較弱，從而對(duì)壩基安全構(gòu)成的威脅也降至最?。?/p>

圖3 典型斷面所在位置Fig.3 Positions of the typical segments

表1 不同挑角下實(shí)體丁壩上下游流態(tài)變化情況Tab.1 Change of the flow regime in the upstream and downstream of the solid spur-dike with different oriented angles

3.2 實(shí)體丁壩不同布設(shè)排數(shù)下的挑流效果

單丁壩對(duì)凹岸的防護(hù)作用有限，丁壩群的配置較單丁壩在挑離凹岸高速流團(tuán)、增加凹岸低流區(qū)方面有更為優(yōu)異的工作效果．本文模擬的是45°挑角下不同布設(shè)排數(shù)下的挑流情況．由圖4可知，在沒(méi)有布設(shè)丁壩時(shí)，流線整體靠近凹岸，容易造成凹沖凸淤，河灣迅速向下移發(fā)展，使河道更加彎曲．在單排丁壩的作用下，散亂在凹岸的流線逐漸集中在河道中央，在壩前發(fā)生明顯轉(zhuǎn)向，繞過(guò)壩頭而下，部分沿壩頭轉(zhuǎn)向的水流逆流而上形成一定的回流區(qū)．主流繞過(guò)壩頭一定距離后流線又開(kāi)始向凹岸擴(kuò)散．隨著丁壩排數(shù)的增加，擴(kuò)散的主流線會(huì)重新聚集起來(lái)，歸順于主河道，從而減輕對(duì)凹岸的沖刷．

在河灣段設(shè)置丁壩后，其挑流作用發(fā)揮，將沖擊凹岸的高速水流挑離至河道中心區(qū)域沖刷河道，整體高速流往凸岸偏移，靠近凸岸的淤積泥沙得以被沖刷．圖5是丁壩作用區(qū)的流速云圖，其中流速指沿水深平均值．從中可以直觀地看出，在沒(méi)有設(shè)置丁壩之前，紅色區(qū)塊的高速流團(tuán)直擊凹岸，嚴(yán)重威脅河岸安全．在設(shè)置丁壩之后，高速流區(qū)(紅色部分)向河道中心偏移，并且隨著排數(shù)的增加，偏移的效果愈加明顯，同時(shí)靠近凹岸的低流區(qū)面積也隨之增加，說(shuō)明壩后保護(hù)區(qū)的范圍隨排數(shù)增加呈擴(kuò)大趨勢(shì)．另外值得一提的是，丁壩排數(shù)雖然增加，但是沖擊壩頭的最大流速卻降低．在單排丁壩作用下，沖擊壩頭最大流速為7 m/s，3排丁壩的情況下最大流速為6.5 m/s．可以反映出，較單丁壩而言，丁壩群體作用可以延長(zhǎng)工程使用年限，減輕水流對(duì)壩頭的沖刷，工程整體工作更具安全性．

(a) 排數(shù)為0

3.3 實(shí)體丁壩與透水丁壩應(yīng)用模擬及對(duì)比分析

實(shí)體丁壩與透水丁壩對(duì)于河道斷面水位h的影響效果相似，程度不同．模型按照挑角為45°，排數(shù)p=5布設(shè)，水文要素的提取斷面布置在丁壩群上下游各20 m處，見(jiàn)圖6．如圖7所示，橫坐標(biāo)l為距右岸距離，丁壩上游的橫向水面線雍高明顯，凹岸水位雍高程度略大于凸岸，整體橫向水面線呈現(xiàn)凹岸高凸岸低的走勢(shì)；水流繞過(guò)壩體后出現(xiàn)跌水現(xiàn)象，下游橫向水面線降低，壩后水深較淺，尤其是對(duì)于實(shí)體丁壩，壩后水位降低更加明顯．可以看出相對(duì)于實(shí)體丁壩，透水丁壩在補(bǔ)充壩后水量這方面效果顯著，透水丁壩壩后水深較實(shí)體丁壩高0.8 m左右．出現(xiàn)上述水流現(xiàn)象的原因可能是：在凹岸設(shè)置丁壩之后，局部水面條件被改變，阻斷了部分水流過(guò)流，出現(xiàn)滯留雍阻現(xiàn)象，導(dǎo)致丁壩上游水位升高；另一方面，丁壩不同的結(jié)構(gòu)形式會(huì)對(duì)橫斷面上水面線的變化造成一定程度的影響．由于壩身的透水性，上游水流能通過(guò)壩間空隙對(duì)壩后水量進(jìn)行持續(xù)補(bǔ)充，普遍增加了水流過(guò)壩后的凹岸水深，從而有效改善了壩后水深[9]，水流從上游往下更為平緩地過(guò)渡．本研究結(jié)果符合文獻(xiàn)[9]中物理模型試驗(yàn)所示現(xiàn)象．圖8展示的是丁壩上下游斷面上的流速分布情況，其中某點(diǎn)流速是指沿水深的平均值．在上游斷面處，無(wú)論是布置實(shí)體丁壩還是透水丁壩，流速同原河道相比均減小，并且在右岸流速減小的幅度更大，在遠(yuǎn)離丁壩的一側(cè)流速逐漸一致．在下游斷面的壩根、壩身附近，流速均在1 m/s以下．壩頭附近，流速陡增，實(shí)體丁壩相鄰點(diǎn)流速最大增幅為69.7%，透水丁壩為60%．總體來(lái)看，透水丁壩周圍的流場(chǎng)更為平緩，水流流態(tài)也更好，有利于工程壽命的延長(zhǎng)．

(a) 排數(shù)為0

圖6 典型斷面和測(cè)點(diǎn)所在位置Fig.6 Positions of the typical segments and measuring points

(a) 上游斷面

(a) 上游斷面

丁壩的存在不僅影響河勢(shì)，同時(shí)也影響著含沙量的重新分配．圖9展示了渾水條件下兩類丁壩在工作時(shí)刻，壩群周圍的懸沙濃度ρ分布情況，其中懸沙濃度代表的是沿水深的平均值．壩區(qū)的含沙量明顯低于主河道內(nèi)的含沙量．從壩區(qū)至主流區(qū)，實(shí)體丁壩泥沙濃度最大變化幅度為35.5%，透水丁壩為30.3%．同原河道相比，設(shè)置兩種類型丁壩后，壩后泥沙均得到很大程度的淤積，實(shí)體丁壩壩后含沙量從約30 kg/m3下降到最低 24.72 kg/m3，透水丁壩則下降至24.08 kg/m3．而凸岸和主河道淤積的泥沙被沖刷，懸沙濃度增加，這種懸沙濃度的重新分配情況表征了布設(shè)丁壩之后，河灣段不再處于凹沖凸淤、河岸下移的不利情勢(shì)．根據(jù)丁壩調(diào)整的流路，河灣段會(huì)逐漸恢復(fù)到順直的有利狀態(tài)．泥沙濃度變化趨勢(shì)與已有的一項(xiàng)插板透水丁壩分流分沙模擬研究中的變化趨勢(shì)一致[10]，進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性．

圖9 丁壩群附近懸沙濃度分布Fig.9 Distribution of the sediment concentration near the spur-dike group

4 結(jié)果討論

4.1 挑角和排數(shù)對(duì)實(shí)體丁壩導(dǎo)流影響機(jī)理分析

單丁壩的河道整治效果有局限性，在實(shí)際治理中丁壩大多以丁壩群或者雙丁壩的形式出現(xiàn)．從本文中的單丁壩與壩群的挑流效果對(duì)比圖(圖4、5)可以直觀看出，丁壩群發(fā)揮的作用并非是單丁壩作用的簡(jiǎn)單累加．在單丁壩的挑流作用下，原本貼近河岸的水流被束窄，集中到河道中央．隨著過(guò)壩后過(guò)流面積增大，水流以拋物線形式擴(kuò)散，再次流落到河岸邊繼續(xù)沖刷．而當(dāng)丁壩群作為系統(tǒng)工作時(shí)，水流先被第一座丁壩挑離開(kāi)河岸偏向河道中間一定范圍，流線還未擴(kuò)散至河岸又在第二座丁壩的作用下被二次挑流，水流再次向河道中心聚攏，循環(huán)往復(fù)直到尾壩發(fā)揮完作用．由于前排的丁壩往往為后排的丁壩提供“掩護(hù)”，合理分擔(dān)水勢(shì)，所以丁壩群壩頭受沖刷強(qiáng)度不如單個(gè)丁壩作用時(shí)強(qiáng)烈．丁壩的挑角關(guān)系到壩面的迎沖強(qiáng)度，也間接決定了河床的束窄程度．已有研究經(jīng)過(guò)模型試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同挑角下丁壩附近水流結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為：挑角越大，丁壩對(duì)水流的挑流作用越強(qiáng)烈，在壩頭附近的流速變幅越大，同時(shí)壩頭旋渦強(qiáng)度也越大，且在30°挑角時(shí)水流最為穩(wěn)定[11]．本文分析發(fā)現(xiàn)在不同的斷面位置，流速分布的均勻性隨挑角增大的變化規(guī)律不一致．在上游斷面，流速均勻性隨挑角的增大而減小，30°最穩(wěn)定；在下游斷面隨挑角的增大而增大，75°最穩(wěn)定．可以從以下兩方面來(lái)解釋產(chǎn)生差異的原因：(1)所述的模型試驗(yàn)[11]是基于順直河道，而本文研究的是黃河下游游蕩河道，河灣處水流流態(tài)和水力條件十分復(fù)雜．(2)模型試驗(yàn)觀察的是限于壩頭處的流速變幅，而本文是針對(duì)丁壩上下游作用區(qū)．不過(guò)結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，建議丁壩的挑角均設(shè)計(jì)為下挑45°為宜．

4.2 丁壩群透水性對(duì)緩流落淤的影響

圖10展示的是應(yīng)用實(shí)體丁壩和透水丁壩后凹岸的流速狀態(tài)，測(cè)點(diǎn)處的流速是指沿水深平均值，具體測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖6．從圖10中可以看出丁壩發(fā)揮挑流作用，致使凹岸流速大幅度降低，起到護(hù)灘保堤的作用，降低了高速水流在離心力作用下對(duì)凹岸造成的強(qiáng)烈沖刷．實(shí)體丁壩對(duì)河段凹岸流速減小平均貢獻(xiàn)率為85%，透水丁壩為84%，兩者對(duì)凹岸都具有很顯著的緩流效果，實(shí)體丁壩的緩流效果略好一些．不過(guò)通過(guò)改變透水丁壩的透水率和透水孔數(shù)，可以接近甚至超過(guò)應(yīng)用實(shí)體丁壩時(shí)所達(dá)到的緩流效果．而且兩者在促進(jìn)壩后落淤方面的效果也很接近，沉積的泥沙不僅為壩體提供支撐，也在一定程度上填補(bǔ)了凹岸的形態(tài)空缺，逐漸“裁灣”，抑制河道凹岸繼續(xù)下滑趨勢(shì)．通過(guò)對(duì)比分析兩者的模擬試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在黃河下游河灣段應(yīng)用透水丁壩群的緩流落淤效果與實(shí)體丁壩群基本相同，并未因部分透水而使其治理效果減弱．從理論上來(lái)說(shuō)，只要透水丁壩的透水率不是太大，兩者的治理效果也不應(yīng)該相差過(guò)大．究其原因是整治工程的控導(dǎo)作用主要取決于水流動(dòng)力條件和工程的邊界條件．前者主要包括流量、入流角等因子，后者則包括工程的長(zhǎng)度、平面形式、消能大小等[12]．由于控制變量，在模型設(shè)置中，實(shí)體丁壩和透水丁壩有差異的僅是平面形式，導(dǎo)致消能大小有所不同．實(shí)體丁壩通過(guò)水流撞擊密閉平面消能，透水丁壩通過(guò)透水孔減少工程前大河流量，其作用同樣降低水流動(dòng)能．因此可推論，只要透水率不是大到使大河流量銳減的程度，兩者的治理作用應(yīng)該是相近的．反觀透水丁壩因?yàn)樗耐杆?，能維持水沙的縱向交換，更加符合柔性的生態(tài)調(diào)節(jié)原則，且不影響洪水過(guò)流，更加貼近自然調(diào)節(jié)的管理理念．

圖10 凹岸測(cè)點(diǎn)流速Fig.10 Velocity at measuring points near the concave bank

4.3 需要注意和改進(jìn)的問(wèn)題

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，透水丁壩因其良好的適應(yīng)性和功能性已經(jīng)廣泛應(yīng)用于河道治理、工程防護(hù)等諸多領(lǐng)域[13]．其主要形式有水力插板透水丁壩、井柱網(wǎng)格透水丁壩、鋼筋混凝土透水樁壩和井柱鋼絲籠壩等．其中鋼筋混凝土透水樁壩在近幾十年黃河下游河道整治工程中的應(yīng)用逐漸增多，如河南段東安工程和韋灘工程等．然而鋼筋混凝土透水樁壩存在易斷樁、易沖毀、施工質(zhì)量難以把控等缺陷．例如2021年4月東安控導(dǎo)單排透水樁壩在經(jīng)過(guò)水流頂沖后，工程中間沖毀80 m以上．東安工程的水毀問(wèn)題說(shuō)明目前亟須尋找可靠的設(shè)計(jì)方法滿足工程安全性的需求．透水丁壩在設(shè)計(jì)和施工技術(shù)方面存在相關(guān)規(guī)范較少的問(wèn)題，為了使其設(shè)計(jì)和施工達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，需要制定透水丁壩的工程設(shè)計(jì)指南以及施工技術(shù)規(guī)范，并且對(duì)透水丁壩的水流特性、沖淤特性和穩(wěn)定性計(jì)算等進(jìn)行更加深入的研究．另一方面，為了深入貫徹落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)的理念，加強(qiáng)流域生態(tài)保護(hù)，迫切需要對(duì)河道工程進(jìn)行仿生態(tài)改造結(jié)構(gòu)形式與新材料的相關(guān)研究，在滿足防洪需求壩型的基礎(chǔ)上，分析有利于水生生物繁衍生息的河道工程材料和結(jié)構(gòu)．并且要求合理選擇壩址，利用沖淤環(huán)境，為水生動(dòng)植物創(chuàng)造良好的生境條件．今后研究將向構(gòu)建生態(tài)友好型透水丁壩發(fā)展，尋找這種兼顧防洪安全與生態(tài)友好的建設(shè)措施．

5 結(jié) 論

(1)挑角直接影響丁壩周圍自由水面及斷面流速分布的均勻性．在丁壩上游斷面，挑角為75°時(shí)，水位變化最大，壩前雍高1.388 m，此時(shí)流速分布的均勻性也最差．但在下游斷面卻是挑角為30°時(shí)流速分布的均勻性最差．由于河灣處水沙機(jī)理復(fù)雜，綜合上下游斷面的流速均勻性指標(biāo)值來(lái)看，在下挑角為45°時(shí)，區(qū)域內(nèi)流速分布最為穩(wěn)定，水面的流態(tài)較緩，對(duì)岸基的動(dòng)態(tài)壓力相對(duì)較小，對(duì)河灣能起到更為理想的防護(hù)作用．

(2)較單丁壩而言，壩群具有更優(yōu)的送溜挑流效果，壩群的存在能將沖擊凹岸的高速水流挑離至河道中心，保護(hù)岸線．丁壩群體作用可以延長(zhǎng)工程使用年限，減輕水流對(duì)壩頭的沖刷．單丁壩作用下沖擊壩頭流速最大可達(dá)7 m/s，而群體作用下最大流速為6.5 m/s．因此適宜的排數(shù)不僅能有效控制河勢(shì)，也有利于提高壩群整體的安全性能．

(3)在黃河下游河灣段應(yīng)用透水丁壩群的緩流落淤效果與實(shí)體丁壩群相差不大．實(shí)體丁壩壩后懸沙濃度從30 kg/m3下降到最低24.72 kg/m3，透水丁壩則下降至24.08 kg/m3；兩者對(duì)河段凹岸流速減小平均貢獻(xiàn)率均高達(dá)80%以上，具有很強(qiáng)的護(hù)岸效果．此外透水丁壩因?yàn)槠洫?dú)具的透水性能有利于水生生物繁衍生息，兼顧了防洪安全和生態(tài)友好，具有廣闊的發(fā)展前景．