理论教育 平面形态转化条件在河势控制中的应用探析

平面形态转化条件在河势控制中的应用探析

更新时间:2025-01-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于河弯平面形态的重新调整,对河势控制工程带来很大的困难。因此,上述形态转化条件基本上为下荆江裁弯工程实践所验证。在这种情况下,要适时对弯曲主汊进行河势控制。显然,其中支汊淤塞后的河宽减小是形态转换的主要因素。目前,长江中下游河道整治仍处于河势控制阶段,平面形态指标的分析为河势控制的合理性及如何调整问题,原则上提供了理论分析依据。掌握平面形态的调整趋势,可以因势利导,较易达到河势控制的整治目的。

(1)顺直型河段整治。

在单一河道中,当需要将顺直型河段整治为弯曲型河段时,其转化条件是S 增大,R 和B 减小,使之达到S 大于R 的条件。例如,下荆江盐船套河势调整试验表明,由于将直段岸线调整为向左岸凹进,下游荆江门的弯道水流得到一定的改善。这说明,在产生崩岸的部位,水流顶冲的位置相对固定,是同时达到弯曲流路增长和弯曲半径减小,从而使顺直段变为弯曲段的必要条件,由此可以调整下游河势[2]。盐船套河势调整后的S 与R 分别为16km和11km,R/S=0.69,处于式(3-5)中弯曲型范围的居中部位。

(2)蜿蜒型河段整治。

由蜿蜒型变为弯曲型河段的条件是S 减小,R 和B 增大。在个别蜿蜒型河段中,撇弯水流常常使局部河弯半径增大,流路缩短。在需要调整岸线情况下,可在弯道采取一定的工程措施,使撇弯水流能长期地维持稳定,该蜿蜒型河段的河势可得到局部的改善。在自然条件下蜿蜒型河段发生裁弯时,弯曲流路聚减,弯曲半径剧增,裁弯所带来的平面形态变化将迅速波及上下游河段。如下荆江沙滩子的自然裁弯,对下游河势带来很大的变化。由于河弯平面形态的重新调整,对河势控制工程带来很大的困难。中洲子和上车湾人工裁弯工程是根据上下游河势情况对裁弯引河进行合理规划设计的[7,57]。引河线路设计为弯曲型并具有适当的长度,分别为4.3km和3.5km;引河弯曲半径既考虑了航道要求,又考虑了一般弯道尺度的经验,其平均值分别为2260m和1950m,相应的R/S值分别为0.53和0.56,也处在式(3-5)的范围内。因此,上述形态转化条件基本上为下荆江裁弯工程实践所验证。如果在规划中考虑使出口水流方向受到较大的转折角的控制,防止顶冲下移,控制下游河势的衔接效果将会更好。

(3)分汊河道整治。

从分汊河道的历史演变过程来看,通过江心洲之间的合并和江心洲并岸,分汊河道朝着减少支汊的方向发展。分汊河道长远整治是将多汊型变为少汊型,有的河段在一定条件下可变为单一河道型,这是符合长江中下游分汊河道历史发展趋势的。另一方面,在上述总趋势下,在具体河段演变过程中,也会发生由单一段变为分汊段的情况。一般来说,分汊河道存在较多的不稳定因素,不利于开发利用,因而要尽可能防止单一河段变为分汊河段。在河道整治中,通过护岸工程及时制止导致S/R 减小和B/L 增大的河岸崩坍,可以防止这种转化。当前,分汊河道整治有以下三个方面:

1)鹅头型分汊河段整治。鹅头型分汊常常是多汊河段,它向弯曲分汊型转化的条件是L 和R 增大,S 和B 减小。在分汊河段历史演变过程中,当弯曲过渡的支汊不断淤积趋向堵塞时,B 大幅度束窄,发生鹅头型分汊河段向弯曲分汊型自然转化的现象。在这种情况下,要适时对弯曲主汊进行河势控制。由于鹅头型支汊对防洪航运和发展农业带来诸多不利影响,故在河道整治中采用锁坝加以堵塞,使其向弯曲型分汊河段转化。例如1992年在铜陵河段的太阳洲左汊实施的堵汊工程(图3-13),当堵汊后,河宽B 由6.4km缩窄到4.05km,宽长比B/L 由0.448减小为0.283,S/R 由2.0减小至1.55,使得(B/L)·(S/R)值由0.89减小为0.44(<0.54),符合所要求的从鹅头型过渡到弯曲分汊型的条件。需要指出的是,由于堵汊后L 和R 的增大,可能会对下游河势带来影响,因此工程实施后必须对出口与下游河势的衔接及时进行控制。1979年官洲河段实施西江堵汊后,由于官洲尾未加控制而崩坍,失去了对主汊出口水流的控导作用,使得汇流后的水流由顶冲右岸杨套而转为顶冲左岸广成圩,对下游河势产生了不利影响(图3-14)[3]。鉴于这一经验教训,太阳洲堵汊后的河势控制应立即守护太阳洲洲尾,以保持水流向右岸过渡的良好河势(图3-13)[4]。(www.daowen.com)

图3-13 铜陵河段太阳洲堵汊和洲尾河势控制

图3-14 官洲汊道西江堵汊与出口节点河势控制

2)分汊河段整治为单一河段。目前,能朝着单一型发展的只有较少数的一侧分流的双汊河段。一般来说,这些支汊进口有悬移质堆积的拦门沙或浅滩,枯水期分流很少甚至断流,继续处于淤积趋势。这类双汊河段在进口条件和主汊十分稳定的情况下,通过长期的缓慢淤积将成为单一河段,其形态也将产生调整,即L 一般可能增长,B/L 将大幅度减小,例如武汉河段天兴洲左汊淤塞后,将使B/L<0.21S/R。显然,其中支汊淤塞后的河宽减小是形态转换的主要因素。堵塞行将淤废的支汊,从河势控制而言,它也存在主汊流量增加后L 和R 随之增大,水流顶冲下移的问题,因而在整治中除了控制主汊的平面变形之外,还应控制河段出口的河势。

3)维持分汊河段稳定问题。关于维持分汊河段的稳定,一般指的是双汊河段。对于一侧分流,支汊口门具有推移质堆积的拦门沙的双汊河段,支汊处于冲淤相对平衡或淤积极其缓慢的状态。欲保持汊道的稳定,一方面要抑制导致主汊发展的因素,另一方面要尽可能避免在支汊内设障。例如八卦洲汊道,主汊(右汊)内布置天生圩外贸码头等以及有关的护岸工程,有利于抑制其发展,支汊(左汊)内则要求今后尽可能不布置工程并及时维护洲头左缘岸线的稳定,避免阻力的增加。目前左右汊分流比基本保持稳定[5]。对于支汊处于缓慢发展的另一种一侧分流的情况,也要尽可能抑制支汊发展的因素。例如世业洲左汊近期分流比增加速率趋大,对其口门处洲头左缘的防护成为抑制其发展的关键,目前,已作为应急工程予以实施。对于水流顶冲洲头呈现两侧分流而洲头又急剧崩坍后退的双汊河段,稳定洲头则是维护该分汊河段稳定的关键。例如镇扬河段一期整治和畅洲汊道洲头护岸工程实施后,左汊分流比每年的增值由2.5~3.0个百分点降到1个百分点左右[6],可见江心洲头的整治在维护汊道稳定中尤其重要,它既影响着局部形态阻力,又影响了两汊沿程的相对阻力。

目前,长江中下游河道整治仍处于河势控制阶段,平面形态指标的分析为河势控制的合理性及如何调整问题,原则上提供了理论分析依据。掌握平面形态的调整趋势,可以因势利导,较易达到河势控制的整治目的。

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