王清君，馬自學(xué)

(1. 遼寧省北票市河務(wù)管理處，遼寧 北票122100;2. 遼寧省北票市水利勘測設(shè)計隊，遼寧 北票122100)

1 河流特性

遼寧西部山區(qū)中小河流的形成，主要是水流的沖刷和侵蝕過程。因此河谷橫剖面常呈發(fā)育不完全的V 字形或U 字形。河床縱剖面一般比降陡峻，絕大多數(shù)均在1‰以上，其平面形態(tài)極為復(fù)雜，河岸線極不規(guī)則。山區(qū)河流水文特點(diǎn)是匯流時間短，徑流系數(shù)大，降雨強(qiáng)度也大，洪水來的猛、落的快，峰高而尖瘦。山區(qū)河流大部分地區(qū)屬于季節(jié)性河流，山區(qū)河流的流態(tài)，由于受極不規(guī)則的河床形態(tài)的影響，十分紊亂，常有回流、旋渦、跌水、水躍、橫流等出現(xiàn)，流象極為險惡。

2 山區(qū)中小河道治理

2.1 河道整治的原則

根據(jù)北票市山區(qū)中小河道治理的經(jīng)驗，其治理應(yīng)遵循以下原則:

全面規(guī)劃，綜合治理;因勢利導(dǎo)，重點(diǎn)整治;因地制宜，治管結(jié)合;兼顧上下游、左右岸、當(dāng)前與長遠(yuǎn)關(guān)系;小流域綜合治理與河道治理相結(jié)合;工程措施與生物措施相結(jié)合;清除行洪障礙物與修建治河工程相結(jié)合;除害興利、治理與開發(fā)并舉的原則。

2.2 河道整治線(治導(dǎo)線)的確定

山區(qū)中小河流，在進(jìn)行治理前要編制河道整治規(guī)劃，確定整治的任務(wù)和要求，并進(jìn)行河道特性分析，選定設(shè)計參數(shù)，對不同方案進(jìn)行分析比較，論證每一個方案的工程效益和經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面的分析比較，最后選擇一個最優(yōu)的整治方案。

設(shè)計參數(shù)，是實施河道治理的主要技術(shù)依據(jù)，主要有:設(shè)計流量、整治線、設(shè)計河寬等。洪峰流量是直接威脅工程安全的主要因素，因此，其設(shè)計洪水的計算，主要以確定洪峰流量為主，并充分考慮造床流量、河相關(guān)系，最后確定整治線(治導(dǎo)線)。

整治線(治導(dǎo)線)規(guī)劃設(shè)計的內(nèi)容，一般包括治導(dǎo)線位置的確定、線型的選擇、治導(dǎo)線寬度的計算及如何固定治導(dǎo)線等。治導(dǎo)線應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，按照因勢利導(dǎo)、因地制宜的原則，盡可能照顧水流運(yùn)動的規(guī)律，充分利用有利的自然條件，在盡可能擴(kuò)大效益的同時，力求節(jié)約投資，合理布置治導(dǎo)線，山區(qū)中小河道治導(dǎo)線一般布置成直線式，治導(dǎo)線寬度按照設(shè)計洪峰流量推求，固定治導(dǎo)線采用工程措施和生物措施兩種形式。

3 山區(qū)中小河道治理措施

在治導(dǎo)線確定之后，根據(jù)治導(dǎo)線的要求，采用不同類型的治河建筑物，來保證治導(dǎo)線的實施。治河建筑物很多，包括工程措施和生物措施兩大類。工程措施花費(fèi)的勞力多，投資大，需要大量的石料和水泥、鐵線等建筑材料，但它建成后可較快的投入運(yùn)用，且在大溜頂沖的河段上，往往必須設(shè)置這樣的工程結(jié)構(gòu)，才能達(dá)到護(hù)岸保灘的作用;生物措施投資小，省勞力，但在植樹種草的初期，樹小根淺，抗御洪水的能力小，一旦遇上洪水，就可能被沖毀破壞。若經(jīng)過2 ～3 a后，林草根深葉茂，盤根錯節(jié)，將地面固結(jié)保護(hù)起來，則可以抗御一定的洪水，因而生物措施越久越堅固，工程措施則不然。

3.1 工程措施

適用地段。工程措施一般適用于河道的中上游，因山區(qū)中小河道中上游的比降大，水流急，對壩體的沖刷較大，同時，河床多為粗卵石或粗砂，缺乏植物存活的土壤，植物生長緩慢，近期很難發(fā)揮作用。因此，中上游要以工程措施為主。

建筑物類型。順河堤是河道治理中用的最多的建筑物，它的作用是控制河勢，束窄河床，形成治導(dǎo)線的邊界，以約束水流，保護(hù)兩岸。中小河道治理要以順壩為主，因山區(qū)河道河床較窄，若使用長丁壩，水流紊亂，易使對岸工程遭到破壞，壩頭沖刷坑較大，丁壩本身防護(hù)也比較困難。

順河堤的布置。順河堤一般直接布置在治導(dǎo)線上，當(dāng)?shù)痰呐R水面坡腳以外，設(shè)計有保護(hù)堤腳的措施時，治導(dǎo)線則應(yīng)從這些措施的外緣算起，此時順河堤應(yīng)在治導(dǎo)線以外。順河堤應(yīng)與洪水的方向大致平行。當(dāng)河堤改變走向時，應(yīng)采用具有一定曲率半徑的和緩曲線逐漸過度，切忌彎曲過急。曲率半徑一般為治導(dǎo)線寬度的4 ～8 倍，兩同向彎道間直線過度段長度為治導(dǎo)線寬度的1 ～3 倍，兩同向彎道彎頂間距離為治導(dǎo)線寬度的12 ～14 倍。

順河堤結(jié)構(gòu)的選擇。工程措施主要有干砌石、漿砌石、鐵絲石籠、砂壩護(hù)坡等結(jié)構(gòu)。因漿砌石造價較高，這種剛性結(jié)構(gòu)不利于消殺水勢，會使水流淘刷加劇，當(dāng)河床下切時，常產(chǎn)生斷垮而失事。因此，在中小河道治理中，一般采用砂壩護(hù)坡和鐵絲石籠兩種形式。鐵絲石籠壩。在河道斷面較窄，流速比較大的地段，如當(dāng)?shù)赜惺?，河堤可采用鐵絲石籠形式。石堤頂寬一般1 m左右，邊坡系數(shù)為0.3 ～0.5，堤頂超高0.5 m。這種石堤費(fèi)工費(fèi)料較多，投資較大，對基礎(chǔ)要求較高，因此，必須對基礎(chǔ)進(jìn)行加固。砂壩護(hù)坡結(jié)構(gòu)。這種砂土堤投資小，易于修建，在堆筑砂壩過程中，可進(jìn)一步疏浚河床，清除行洪障礙物，節(jié)省修筑防洪壩后再進(jìn)行疏通河床的費(fèi)用，因此，在山區(qū)中小河道上比較實用和經(jīng)濟(jì)。堤頂寬度一般3 m左右，邊坡系數(shù)≥2，其堤頂超高一般比石籠壩高一些，石籠壩一般0.5 m，而砂壩一般1 m左右。由于砂土堤抵御洪水的沖刷能力差，因此要進(jìn)行護(hù)坡。在北票市治河中，采用砂壩、混凝土預(yù)制板護(hù)坡、漿砌石基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)，因山區(qū)河道砂石資源豐富，可直接利用河砂預(yù)制混凝土板，在日常管理中也比較方便。其厚度一般8 ～12 cm，形狀為矩形或六菱形，因考慮人力施工方便的要求，每塊面積≤0.3 m2。通過北票市老寨川治河婁家店段(砂壩護(hù)坡形式)和寶國老段(石籠壩形式)兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)比較，砂壩護(hù)坡的使用資金比石籠壩低20% ～30%。

工程措施的基礎(chǔ)處理。修建河堤后，束窄了天然河道，改變了原來的水流狀態(tài)，一般能引起河床的普遍沖刷，經(jīng)過一段時間后，水流與河床又在新的條件下達(dá)到了新的平衡。目前，山區(qū)中小河流基礎(chǔ)的處理還沒有比較可靠的確定基礎(chǔ)沖刷深度的公式，一般按照推移質(zhì)輸砂公式推算，但也十分粗略。在治理中，一般按照公式加經(jīng)驗的方式，按照已建工程的運(yùn)行情況確定。根據(jù)北票市治河經(jīng)驗，山區(qū)順直河段河道比降在4% ～8%的，基礎(chǔ)深度一般1 ～1.5 m，凹岸河段可根據(jù)該彎道的曲率半徑及順直河寬等因素綜合確定，但不能低于2 m。下面介紹3 種加固基礎(chǔ)處理的方法，分別為“搭子”加固、沉排加固和短小丁壩加固?！按钭印奔庸?通過我地區(qū)治河經(jīng)驗，對石籠壩加固用石籠“搭子”比較經(jīng)濟(jì)和安全。石籠“搭子”直徑一般0.6 ～1 m，探入河身長度5 m左右，其間距一般10 ～20 m，因“搭子”屬于柔性，其頂部可以隨著水流的淘刷而逐漸自動下沉，直至達(dá)到?jīng)_淤平衡。同時，“搭子”壓在主壩上，增加了自重，壩體的穩(wěn)定性會相對增加。北票市老寨川治河工程便采用了這種結(jié)構(gòu)，效果很好。在2000年8月16日，老寨川流域降雨達(dá)到10 a 一遇標(biāo)準(zhǔn)，水深1.1 m，而且降雨強(qiáng)度較大，按照設(shè)計，其主壩高1.6 m，頂寬1 m，“搭子”直徑為0.8 m，探入河身長度4 m，間距20 m，這次洪水過后，基礎(chǔ)未受到任何沖刷，而且在“搭子”之間形成厚度3 ～10 cm的淤泥區(qū)，對于以后栽植護(hù)堤林起到很好的作用。沉排加固:前面介紹的砂壩護(hù)坡結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)要求很高，可采用石籠沉排對基礎(chǔ)進(jìn)行加固，因沉排頂部與河床齊平，對水流沒有挑流，同時沉排屬于柔性，其頂部可以隨著水流的淘刷而逐漸自動下沉，直至達(dá)到?jīng)_淤平衡。沉排寬度不應(yīng)低于2 m，厚度在0.5 ～0.8 m。在實踐中，這種形式的防洪效果也比較好，2000年8月16日，老寨川流域降雨達(dá)到工程設(shè)計的十年一遇標(biāo)準(zhǔn)。婁家店鄉(xiāng)段治河位于老寨川河的中上游，水深達(dá)到1.1 m，砂壩高1.6 m、混凝土預(yù)制板護(hù)坡為邊長60 cm厚10 cm的六菱形、漿砌石基礎(chǔ)深80 cm、石籠沉排寬2 m厚60 cm，洪水過后，局部沉排隨洪水的淘刷頂部出現(xiàn)下沉10～40 cm，已基本穩(wěn)定，主壩及基礎(chǔ)均安然無恙，主流河床也已經(jīng)穩(wěn)定。在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水內(nèi)經(jīng)受住了考驗。短小丁壩加固:山區(qū)河勢迅猛，在凹岸段由于水流在重力和離心力的共同作用下，會產(chǎn)生表面水流流向凹岸、底層水流流向凸岸的螺旋流，這種水流結(jié)構(gòu)加劇了對凹岸的局部沖刷，因此，凹岸必須對基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，在實踐中，在凹岸采用短小石籠丁壩群來保護(hù)基礎(chǔ)比較安全，布置時應(yīng)遵循短小成群、上疏下密、上順下挑的原則，長度一般為6 m左右，且角度適中，丁壩的長度應(yīng)根據(jù)堤岸、灘岸與治導(dǎo)線距離確定，不能過長。過長的丁壩，或是將水流逼向?qū)Π叮o對岸堤防造成新的威脅，或是被水力所破壞，丁壩被攔腰折斷，加重本岸下游負(fù)擔(dān)，不僅造成人力、物力、財力上的浪費(fèi)，而且險工依然存在。丁壩的間距一般為壩長的1 ～3 倍，間距的確定宜根據(jù)凹岸的曲率半徑確定，曲率大，間距要小，曲率小，則間距要大。同時，丁壩必須成組設(shè)置，形成群體態(tài)勢，且丁壩間應(yīng)結(jié)合坡式護(hù)岸，否則丁壩下游紊亂的水流極易對堤防產(chǎn)生沖刷破壞。在河道陡彎段，水流比較急，流速較大，對此種險工治理不宜采取強(qiáng)硬的措施，而應(yīng)采取分期治理的步驟，采用介于壩式護(hù)岸與坡式護(hù)岸之間的盤頭，也稱磯頭形式，往往能取得更好的效果。此種形式，亦守亦攻，首先限制水流向堤岸侵襲，逐漸的將水流導(dǎo)離岸邊，達(dá)到治理效果。北票市老寨川河婁家店鄉(xiāng)段和寶國老鎮(zhèn)段在凹岸便采用了丁壩護(hù)基礎(chǔ)的方式，曲率半徑為400 m，分別設(shè)置了5 座4 m長的丁壩，在前面所說的降雨中，丁壩間形成了淤積，其凹岸主壩和基礎(chǔ)未產(chǎn)生任何影響。

3.2 生物措施

適用地段。生物措施一般適用于河道下游的順直河段及凸岸河段，因山區(qū)下游河道比降較小，水流相對緩慢，河道兩岸一般為淤積砂土，植物栽植后較易成活。

生物措施的布置。在山區(qū)中小河道上，一般采用在砂土堤臨水坡腳栽種植物的方法來緩流落淤，固堤護(hù)基。按照河道的治理標(biāo)準(zhǔn)，在擬栽植植物的外邊緣上布置整治線，為防止河水沖刷，其河道要布置成寬淺式。

植物品種的選擇。根據(jù)北票市治理經(jīng)驗，遼寧西部山區(qū)中小河道堤防坡面及護(hù)腳采用沙棘比較適宜，因沙棘屬灌木類植物，抗旱，其根系發(fā)達(dá)，裸露地面后可續(xù)根，護(hù)岸護(hù)灘能力極強(qiáng)，同時其本身有刺，也可防止動物及人為破壞。沙棘栽植一般在臨迎水坡腳10 m左右，株間距一般50 ～100 cm。沙棘成活后2年便可發(fā)揮作用。為提高經(jīng)濟(jì)效益，在背水坡一般采用沙棘與速生楊混植的方式，速生楊栽植為4 m×4 m，沙棘栽植寬度臨背水坡腳10 m。北票市黑城子河下游興順德段便采用了這種方式，如今 沙棘長勢旺盛，在防洪中發(fā)揮了重要作用。沙棘后側(cè)是重點(diǎn)田和速生楊，效益也十分明顯。

4 結(jié) 論

北票市近年來中小河道的治理措施采用工程措施與生物措施結(jié)合，取長補(bǔ)短，近期以工程措施掩護(hù)生物措施，遠(yuǎn)期則生物措施鞏固和加強(qiáng)工程措施，收到長期穩(wěn)定堅固，投資小，作用大的結(jié)果。因此，在山區(qū)河道治理中，要合理的選擇治理形式，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全。

［1］柳學(xué)振，佟明輝. 治河與防洪［M］. 北京:水利電力出版社，1991.

［2］錢寧，萬兆惠. 泥沙運(yùn)動力學(xué)［M］. 北京:科學(xué)出版社，1983.

［3］侯暉昌. 河流動力學(xué)基本問題［R］. 北京:水利出版社，1982.

［4］袁作新. 工程水文學(xué)［M］. 北京:水利電力出版社，1993.

［5］武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室. 水力計算手冊［R］. 北京:水利出版社，1980.