河道治理中河道冲刷研究

河道治理中河道冲刷研究

王辉

（中铁市政环境建设有限公司，上海，200331）

摘要：河道的管理关系到河流沿岸居民的人身和财产的安全。长久以来，在河道的谷底堆积了很多的淤泥，使河道的床面升高，从而加大了河水泛滥的危险。所以，在进行河床整治时，必须重视对河床内水流冲刷深度的测定，对河床两侧的水工建筑物的防渗措施具有一定的指导意义。本文主要研究了河道治理中河道冲刷，研究表明，河道的冲淤变化不仅与河道底部速度、单位时间内的水深以及河道底部沉积物的粒度密切相关，而且在很大程度上受河道上游来水量的影响。提升河道管理的品质，推动水道管理项目建设朝着生态保护的方向发展，可以为人民创造一个良好的、可持续发展的居住环境，在这一进程中，采用生态管理措施有着十分重大的作用。

关键词：河道治理；河道冲刷；问题；措施

1河道治理现状及必要性分析

对河道进行治理，其治理效果好坏，直接影响着当地的生态，因此，对河道进行生态治理，对其进行有效的管理显得尤为重要。随着我国城镇化进程的加快，我国对河道进行了大规模的利用，但同时也带来了一系列的生态问题。目前，我国山区河道普遍出现了水质不达标的问题。河道水流运动能力弱，极易出现河水短缺，导致河道不能快速地流动和更新。很多村镇的中小型河道没有得到有效控制。在这些地区，水质非常脆弱，很可能会造成环境的污染。随着城市化进程的加快，人口的集中，在一定程度上缓解了在推动城乡融合过程中存在的某些问题，但是由于下水道系统和基础设施的不完善，导致了很多居住小区的污水收集效率低下，很多未经处理的生活废水都被排放到了江河之中，在山区乡村以及城郊，很多中小型河道已经变成了下水道。其中大多数是靠近农用地的河道，且其氮、磷肥含量非常高，一些农用地还与其连通，因此，农用地的污染物会被引入到其中，从而加剧其对河床的影响。

随着我国工业化进程的加快，大量的工业废水排放和城镇化进程不断加剧，部分河道因其集水区域较窄、汇时间较长、河道坡降较大，具有较高的泥沙携带性和较多的悬浮物等特点。一旦遇到洪涝灾害，泥沙会迅速充盈河道，再加上城市污水及排水管网的修建，导致大量的工业、城市废水被排泄到河道中，造成了流域严重的富养分化，导致流域的水环境质量急剧下降。在全球气候变化背景下，我国部分山地中小河道遭受了严重的环境压力，河道对地区发展的制约效应日益凸显。但因水资源的长期缺乏，忽略了中小型河道的历史数据，以及高速发展的社会对河道的占用，这些因素都造成了河道整治工作的落后，再加上某些不正规的行为，使得河道整治工作面临着巨大的挑战。随着我国城市污水排放总量的不断增长，我国城市污水处理厂面临着越来越多的问题。很多河道、河岸变成了排污通道，成为堆放生产生活废物的地方，这种情况在乡村地区依然会出现，主要是由于人们的环保观念比较薄弱，当污水和垃圾对周围的环境造成影响的时候，也导致了河道丧失了其生态作用，导致了自然食物链的断裂，生物多样性的状况受到了严重的影响，从而导致了河道的生态系统逐步退化。

2河道治理中河道冲刷的影响因素

丁坝部分冲刷能力有三方面影响因素：水流方面：水深、移动流速、重力加速度、弗劳德数；沉积物方面：沉积物的粒度、非均质性等；结构参数：丁坝的长度、坡度、挑角、丁坝的类型、丁坝的间距等。鉴于丁坝附近水流运动的复杂特性，国内外学者采用基于控制因子的室内模型实验方法，探索不同因子对丁坝冲刷的作用规律。丁坝冲刷过程中，水动力因子是其最主要的作用因子，已有研究结果表明，当水动力因子的速度大于淤积物的速度时，水动力因子的作用逐渐减弱。不同的水深还会对丁坝漫水量的大小造成不同程度的冲击，通过试验可以看出，当漫水量增加时，会出现新的冲击带。根据清淤冲淤试验结果，来水较大时，冲刷坑在到达平衡状态时，其最大冲刷坑的厚度较大，且靠近上游的冲刷坑厚度较大。在丁坝的几个主要形态参数中，经过对不同挑角的对比试验，结果表明：上挑过程中，上挑对丁坝冲刷过程的作用最大，下挑对丁坝冲刷过程的作用最小，而正挑为丁坝居中状态。上勾头丁坝的部分冲刷比下勾头丁坝和直丁坝的部分冲深要小，上勾头丁坝60°和下勾头丁坝110°为最优。

通常情况下，河道对丁坝岸坡的冲刷起始于坡脚处，在河道的高度较高时，河床的冲刷数量也比较少，但是，随着河道高度的持续升高，河床的冲刷幅度和累计冲刷量都会逐渐增加。在水位到达洪水位时，洪水的大流量、高流速导致了河道冲刷量持续增加，最大累计冲刷量可以达到7.8m左右，在粉质粘土层，因为冲刷的过程比较短暂，所以这一层的冲刷量比较小，而在下部卵石层中的沙层被侵蚀、被冲刷，而导致上层粉质粘土层的斜坡被侵蚀、被冲刷，从某种意义上增加了河道岸坡的坡度和河道岸坡发生崩岸的几率。

3河道冲刷深度计算分析

3.1冲刷深度与水深之间的关系

由于水深区域的河水更易受上游的水流速度和外部风力的作用，造成河道流水的纵向谐振，即在上游的水流冲击和外部风力的作用下，该河段的河水将共同向河道两侧进行冲刷，其冲刷强度比河道上部的冲刷强度要大得多，如果冲刷深度太大，则对河道两侧的堤坝造成的冲击力也大，此时，必须降低堤岸的阶梯角，从而能够通过增加流水的流量来降低河水对河道两侧的冲击力。

3.2冲刷深度与沙粒粒径之间的关系

河道经过的地方必然会携带一些淤积物，尤其是近年来，随着水力侵蚀日趋严峻，河道携带的淤积物越来越多，并已成为决定河道冲刷深的重要因子。在其它条件一样时，河床的流速越高，河水所拥有的能量就越大，所能携带的河砂也就越多，河砂粒度也就越大，大颗粒的河砂就代表着其重量较大，在流水给予高颗粒的砂土以高的速率时，大颗粒的河砂拥有更多的能量，对河堤造成的冲击和破坏也就更强，与之对应的河堤的冲刷深度也就更大。这种存在了数千年之久的河流，其底质的演变规律已不可考，其含沙率更是难以测定，更遑论测定其冲淤厚度。百余年来，研究人员对沉积物的初始流动速度进行了初步的探讨。上世纪20年代左右，随着希尔兹（Shields）曲线的出现，沉积物的开始阻力计算方法的建立，沉积物的开始状态的理论和方法获得了突破性进展。在此基础上，大量的半理论和半经验公式相继被提了出来。冈恰洛夫利用对数流率的计算方法，推导出了一套适合于松散和细小粘稠物质的初始流率计算方法，从而得出了更接近真实的河道冲刷厚度。近代河道管理专家瑞瑾提出了一种既能反映出粒子开始运动，又能反映出水流与空气的流动，从而得出了一种既能反映粒子开始运动，又能反映粒子开始运动的速度方程。

4结语

河道治理是一件非常繁琐的工作，山区河道河床的特点，使其在此区域内进行河床的规划和管理，主要对河床的侵蚀和土壤侵蚀的控制。在进行这类河道的护坡计算时，要根据工程的具体条件，选择适当的计算方法，从而准确地计算出护坡的冲刷深度，并对护坡结构进行最优的布设，以保证护坡的安全性。

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