河流航道整治線設(shè)計探討

孫菲菲，袁旭琦

（1.南京水科院勘測設(shè)計有限公司，南京 210098；2.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，南京 210029）

1 引言

隨著時代的不斷進步以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對河流航道的整治已經(jīng)有了一套較為完整的方案[1]。河流航道整治線的設(shè)計不僅需要過硬的技術(shù)，還需要技術(shù)人員對河流航道有深入的了解，不同地方的河流航道整治需要不同的方案。設(shè)計人員需要在河流航道整治之前對該河流所處的地形以及流向等方面進行考察、分析。然而，在現(xiàn)階段的河流航道整治線設(shè)計工作中，還有很多被技術(shù)人員忽視的問題。本文將對整治線設(shè)計遇到的一些問題進行探討，旨在為相關(guān)技術(shù)人員提供設(shè)計的新思路。

2 航道整治線設(shè)計的意義

2.1 航道整治線設(shè)計的原理

從大禹治水所遵循的水流性質(zhì)到潘季馴的“以堤束水，以水攻沙”的河流整治理念，再到如今的河流整治線設(shè)計，都運用了順應(yīng)河流流向以及因地制宜、因地設(shè)計的整治原則。不同的河流所處的地形存在差異，河水的流向也不盡相同，甚至河道周邊的地理環(huán)境以及土層都存在不同。如果不能根據(jù)河道自身的特點進行航道設(shè)計，不僅會出現(xiàn)大量的經(jīng)濟損失，還會讓最終的河流航道整治無法達到預(yù)期的質(zhì)量效果。

由于以上幾點，我國現(xiàn)階段的河流航道整治線設(shè)計的基礎(chǔ)都應(yīng)該是河流自身的特點。例如，山區(qū)的河流航道整治線設(shè)計與平原的河流航道整治線設(shè)計具有完全不同的方向。由于山區(qū)的地勢較為險峻，河流的流向與山區(qū)的地勢相融合，存在彎曲，難以建設(shè)較大的航道準(zhǔn)確方案；平原地區(qū)河流航道整治相比于山區(qū)會容易些，因為平原地區(qū)的交通更為便利、地勢更為平整，設(shè)計人員以及施工人員可以更好地利用平原地勢的優(yōu)點，最大化地保留該地區(qū)的特點，不破壞該地區(qū)的環(huán)境，通過建設(shè)相應(yīng)的建筑物進行河流航道的整治。而山區(qū)河流航道整治線的設(shè)計涉及對山區(qū)的環(huán)境進行改造，必要時，還有可能需要將山路打通等工作。這樣的工作不僅會耗費大量的人力物力，還會對山區(qū)的環(huán)境造成不可逆的破壞。這樣的設(shè)計是設(shè)計師以及施工隊所不想面對，卻又不得不面對的。

2.2 航道整治線設(shè)計的任務(wù)

河流航道整治線設(shè)計是河流整治工程開展的基礎(chǔ)與前提[2]?，F(xiàn)階段，河流整治工程的一般方案為，在河流上建設(shè)相應(yīng)的建筑物或其他工程設(shè)施，通過這些建筑物以及工程設(shè)施，人為改變河流的流向，從而將河水引向人們生活所需，或者運輸行業(yè)所需的方向。河流整治工程的最終目的是為人們提供便利的生活或者為某個行業(yè)帶來經(jīng)濟收入。因此，河流航道整治工程具有重要意義。為了將河流航道整治工程的利益最大化，同時減少資金消耗，在工程開始前，對河流航道整治線進行設(shè)計十分必要。河流航道整治線的最終任務(wù)是為河流航道整治工程打下基礎(chǔ)，其工作涉及河床寬度分析、河流深度研究以及船舶吃水深度研究等。

2.3 河流航道整治線的定義

河流航道整治線設(shè)計是河流航道整治工程中必不可缺的一部分。作為河流航道整治工作中人為設(shè)計的河床邊線，整治線并不是一條簡單的線路，它是由技術(shù)人員在對河流的不斷研究的過程中設(shè)計出的一條符合河流的走向，并且能夠在最大程度上改善該河流流向、河流速度的工程線路，主要由自然河岸、設(shè)計的護岸工程以及各種建筑物所控制。除此之外，河流航道整治線還包含設(shè)計師對該河流所有數(shù)據(jù)的分析。根據(jù)我國目前河流航道整治線的設(shè)計工作，一條能夠發(fā)揮最大作用的航道整治線必須包含原河流處的地理位置信息、河流的最終走向、河流的寬度以及彎曲程度等數(shù)據(jù)。同時，為了讓河流航道整治線能夠在未來很長一段時間內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮作用，還須對河流的發(fā)展規(guī)律進行預(yù)估。例如，技術(shù)人員需要對該河流的泥沙運動以及河床演變等進行分析研究，從而將整治線進行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。

3 河流航道整治線設(shè)計的主要內(nèi)容

3.1 河流航道整治線設(shè)計的原則

進行河流航道整治線設(shè)計工作前，設(shè)計師們需要時刻牢記河流航道整治線的概念[3]，即：對河流的水面進行整治時，河流與相應(yīng)的整治建筑物所控制的河道平面輪廓線。根據(jù)這個概念，設(shè)計師可以清晰地認識到，河流航道整治線所涉及的主體對象有河流以及整治建筑物。河流以及整治建筑物有密不可分的關(guān)系，整治建筑物的建設(shè)與河流的特點密切相關(guān)。只有對河流的特點進行了科學(xué)、嚴(yán)謹?shù)难芯?，設(shè)計出的整治建筑物才能達到最佳的整治效果。

例如，航道整治線的設(shè)計應(yīng)貼合河流周邊的環(huán)境。設(shè)計師一般會讓治理線通過河流淺灘的最大流速區(qū)。淺灘是由于河流的沖擊而形成的河流形態(tài)，對船只的運行過程造成了很大的阻礙。為了推動船只的運行、減少船只燃料的使用，設(shè)計師可以根據(jù)河流淺灘最大流速區(qū)的特點，使航道整治線通過淺灘的最大流速區(qū)。這樣的設(shè)計有效地將淺灘對船只運行造成的阻礙轉(zhuǎn)化為推動力，還可以最大化地降低河流對兩岸居民生活的影響。

除此之外，河流航道整治線的設(shè)計還應(yīng)考慮洪水的沖擊[4]。對于生活在河道兩岸的居民，洪水是影響其生活較大的因素。洪水暴發(fā)之季，居民的生命財產(chǎn)安全會受到嚴(yán)重的威脅，對畜牧業(yè)也會有很大的影響。因此，在河流航道整治線的設(shè)計中，設(shè)計師還應(yīng)考慮整治線對防洪的作用。比如，可以將該整治線與其他河流整治工程相結(jié)合，達到雙重防洪的目的。

3.2 河流航道整治線的寬度

河流航道整治線的寬度需要設(shè)計師結(jié)合河流的情況進行設(shè)計，整治線的寬度過大或過小會影響最終的河流整治效果[5]。如果河流整治線過寬，最終的河流束水效果無法達到預(yù)期；而整治線過窄則會導(dǎo)致合成的部分地區(qū)會被河水過度沖刷，地區(qū)的泥沙被沖往下游地區(qū)，易引起下游地區(qū)淤泥堵塞。除此之外，河流整治線過窄還會導(dǎo)致河流的流速增加以及船只的運行受到阻礙。因此，確定河流航道整治線的寬度時，需要根據(jù)河流的情況進行分析，設(shè)計出最適合該河流的整治線寬度。

通過查閱相關(guān)資料，確定河流整治線寬度的方法主要有以下幾種：

1）經(jīng)驗法。經(jīng)驗法的運用最為簡單。設(shè)計師要能夠?qū)ふ业脚c該河流地段相同、水質(zhì)相似、周邊環(huán)境類似的成功案例，根據(jù)以往的河流航道整治線設(shè)計經(jīng)驗，對該河流的整治線寬度進行相應(yīng)的設(shè)計。該方法具有很大的局限性，在設(shè)計師遇到新的河流環(huán)境后不再運用。

2）理論計算法[6]。理論計算法需要技術(shù)人員對整治線的寬度先進行假設(shè)，然后根據(jù)相關(guān)的推導(dǎo)公式進行驗算。這種方法也存在很大的局限性，很容易出現(xiàn)預(yù)估數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)不符的情況。

3）流速控制法。河床的流速對于泥沙的運動來說有一定的決定性作用，而河流整治線寬度能夠?qū)δ嗌车牧鲃釉斐梢欢ǖ挠绊?，根?jù)二者之間的關(guān)系，可以用河流的速度進行反向推導(dǎo)，計算出河流的最佳整治線寬度。因此，在河流整治線寬度的確定過程中，對河流的流速進行分析十分重要。

3.3 河流航道整治線的平面布局

在河流航道整治線的平面布局中，最重要的是河流航道整治線基本走向的確定[7]。在確定河流航道基本走向的過程中，設(shè)計師應(yīng)盡量將其與穩(wěn)定深槽的主導(dǎo)河岸進行關(guān)聯(lián)，讓整治線與河流的流動方向盡量平行并保持一致，即使整治線與河流的流動方向存在夾角，該夾角也不能過大。由于河流環(huán)境的差異，整治線與河流的流動方向保持一致難度較大。在某些河流的整治線設(shè)計中，無法將整治線與水流方向的夾角進行很好的控制，這時可以考慮將整治線的過渡段設(shè)計為S 形，緩解整治線所帶來的淤積情況。

在河流航道整治線的平面布局過程中，除了對整治線基本走向的確定之外，還需要確定河流航道整治線平面設(shè)計的基本步驟[8]。在現(xiàn)階段，首要工作就是確定主導(dǎo)河岸的位置，在河流的上、下深槽處均需要確定其位置。其次，根據(jù)主導(dǎo)河岸繪制出枯水水流動力軸線，并繪制出主導(dǎo)河岸及對岸相應(yīng)的圓弧線。確定主導(dǎo)河岸以及對流河岸的圓弧線之后，設(shè)計師還需要用直線將這兩個圓弧線相連，并測量直線段的長度。河流航道整治線的平面布局需要大量的數(shù)據(jù)支撐以及數(shù)字演算、平面圖形的推定，這對設(shè)計師的職業(yè)素養(yǎng)有著很大的考驗。

3.4 河流航道整治線數(shù)據(jù)分析

河流航道整治線的設(shè)計涵蓋了很多方面的問題，其中，最為基礎(chǔ)也最重要的是對各種相關(guān)數(shù)據(jù)的分析。河流整治線是由河流自身的性質(zhì)所體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)與河流所處環(huán)境包含的相關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)合，通過技術(shù)人員對種種數(shù)據(jù)的分析，制訂相應(yīng)的河流航道整治線設(shè)計方案。為了讓設(shè)計方案得到有效實施，需要相應(yīng)的技術(shù)與之匹配，從而達到整治目的。河流流量與河道彎曲程度的考量便是問題之一，需要認真對待。

根據(jù)河流的不同流量，可以將整治線分為3 個不同的類別：洪水整治線、中水整治線、枯水整治線。除了河流自身的流量所帶來的區(qū)別外，整治線的類別還需結(jié)合河流的其他特點確定。

除此之外，在河流航道整治線的設(shè)計過程中，技術(shù)人員還應(yīng)考慮河流的彎曲程度。在河流彎曲程度較小的情況下，為了保障兩岸的居民不受洪水的侵害，同時使資金得到合理運用，技術(shù)人員宜采用直線整治線。參照以往的經(jīng)驗，設(shè)計師及施工人員應(yīng)遵循河道自身的特點修建防洪建設(shè)物。如若不然，很有可能導(dǎo)致最終的河流航道整治工程無法達到最佳效果，甚至?xí)诶速M精力、人力和財力的情況下，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳钤斐蓢?yán)重的影響。

4 結(jié)語

河流航道的整治雖然能讓航道發(fā)揮最大的作用，推動我國運輸行業(yè)的持續(xù)性發(fā)展，為人們的生活提供更為便利的條件，能夠為兩岸居民的生活帶來更大的安全保障，但是，河流航道的整治是十分復(fù)雜的，根據(jù)河流的存在環(huán)境以及不同地區(qū)的特點，整治方式也存在差異。為了讓河流航道的整治更加完善，在整治工程開始之前，需要對河流進行詳細的分析，對河流周邊的環(huán)境進行考察，進而設(shè)計出最佳的河流航道整治線。筆者根據(jù)現(xiàn)有的河流航道整治線的設(shè)計方式，分析了設(shè)計過程中的主要內(nèi)容和方法，旨在為相關(guān)工作者提供改善現(xiàn)存問題的方案，從而為我國的河流航道整治工程提供新的思路。河流航道整治工程不僅是改良生態(tài)環(huán)境的方法，更是推動我國社會得到持續(xù)化發(fā)展的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。