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河道整治

河道整治(river regulation / river training)是水利工程中通过修建专门建筑物来控制河势、稳定河床、引导水流和保护岸坡的工程分支。其核心研究对象为丁坝、护岸、顺坝、锁坝等整治建筑物,以及它们在各类河段上的设计原则与施工方法。

定义与范畴

河道整治是为防洪、航运及河岸洲滩的合理利用,按河道演变规律因势利导,调整、稳定河道主流位置,改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位的工程措施1)。

按整治范围分为长河段整治(以防洪和航运为目标,涉及治导线规划和丁坝群布置)和局部河段整治(针对坍塌岸段、取水口或桥渡保护区段)。

美国陆军工程师团(USACE)将河道整治建筑物定义为“为改变河流水力条件和泥沙响应而在河段内设计和修建的人工结构”,包括丁坝、护岸、弯道堰等2)。

整治建筑物分类

按建筑走向分3):

类别 建筑物 英文 功能
横向 丁坝、矶头、垛 Spur dike / Groyne 挑流、减淤、束窄河槽
纵向 顺坝、护岸、导流堤 Longitudinal dike / Revetment / Guide bank 引导水流、保护岸坡
河床 潜坝、锁坝 Submerged dike / Closure dike 控制河床高程、封堵汊道
组合 弯道堰、人字形堰 Bendway weir / Chevron 改善弯道水流、集中航道水流

国内工程实践中按功能分为三类4):

  • 控导工程 — 约束主流摆动范围,引导主流沿治导线行进
  • 险工 — 沿现有堤防修建,用于河势紧逼堤身的关键段落
  • 护滩工程 — 防止塌滩

河段分类与整治原则

GB 50707-2011《河道整治设计规范》将河道按河型分为五类5),分别规定了整治原则:

河段类型 水力特征 整治原则
顺直型 边滩交错运动 稳定边滩,固定河槽
弯曲型 凹岸冲刷、凸岸淤积 守护凹岸,控制弯道曲率
分汊型 多汊并存 稳定主汊,封闭副汊
游荡型 主流摆动剧烈、河床宽浅 丁坝群束窄河槽,系统整治
潮汐河口段 受潮汐和径流双重作用 考虑潮量与回淤

国际上按整治目标分为三类的Joglekar 分类法沿用已久:高水位整治(high-water training,以安全泄洪为目标)、中水位整治(mean-water training,以输沙平衡为目标)、低水位整治(low-water training,以保证航道水深为目标)。

主要整治建筑物

丁坝(Spur Dike / Groyne) 从河岸伸向河槽的横向建筑物,是最常见的整治结构6)。按透水性分为不透水、半透水和透水三类;按平面形状分为直线形、T形、L形和钩形;按与水流夹角分为上挑丁坝(repelling,α>90°,将水流挑离河岸)、下挑丁坝(attracting,α<90°,引导水流平顺过渡)和正挑丁坝(perpendicular,α=90°)。结构型式包括抛石丁坝、沉排丁坝、柳石丁坝、钢筋混凝土井柱坝等。

设计参数:长度一般为河宽的15%~30%,不透水丁坝间距为坝长的2~3倍,透水丁坝为4~6倍,坝顶宽1~5m7)。

护岸(Revetment) 覆盖岸坡的保护结构,按平面形式分为坡式护岸(连续覆盖岸坡)和坝式护岸(间断突出结构)8)。施工顺序为护脚→护坡→封顶。常用材料:抛石(riprap)、浆砌石、干砌石、混凝土板、模袋混凝土(fabric-formed concrete)、格宾石笼(gabion)。

顺坝与导流堤(Longitudinal Dike / Guide Bank) 平行于水流方向修建的纵向建筑物,用于束窄河槽或引导水流通过桥渡。上下游导流堤常呈喇叭形(Bell's mouth)9)。

锁坝(Closure Dike) 横跨汊道封堵岔流的建筑物,常用于分汊型河段,使水流集中归入主槽。

潜坝(Submerged Dike / Sill) 坝顶低于枯水位的淹没式结构,用于控制河床冲刷下切、维持河床高程。

弯道堰与人字形堰(Bendway Weir / Chevron) USACE 在密西西比河推广的创新结构。弯道堰从凸岸向凹岸斜向布置,改善弯道水流条件;人字形堰呈V形,引导水流至航道中心10)。

设计原则

治导线(Regulation Line / Training Line) 河道整治的总控制线,分为三等:洪水河槽整治线(堤防线)、中水河槽整治线(控制河势的关键线,对应平滩流量)、枯水河槽整治线(通航保障线)。

GB 50707-2011 六项基本设计原则: 1. 以流域综合规划及专业规划为依据 2. 兼顾干支流、上下游、左右岸利益 3. 协调防洪、排涝、航运等多目标 4. 深入分析河势变化和河床演变规律 5. 多方案技术经济比选 6. 因地制宜、就地取材

国际设计方法: regime theory(河相关系理论)以造床流量(dominant discharge)为基准;USACE 自2010年代以来推广 EWN(Engineering With Nature)理念,在传统整治工程中融入生态功能;hydraulic modeling(1D/2D/3D数学模型)与physical modeling(河工物理模型)结合。

施工方法

施工顺序:勘察设计 → 施工准备(临时道路、围堰、施工平台)→ 基础处理 → 主体施工 → 护脚防冲 → 竣工验收。

工法 适用结构 特点
抛石(Riprap placement) 丁坝主体、护脚 GPS引导精准抛投,适应变形
沉排(Mattress sinking) 护脚、基础 柴排/土工织物/模袋混凝土三类
柳石枕(Willow-roll) 丁坝、护岸 传统工法,取材方便
梢工(Fascine works) 黄河丁坝 树枝+土石绑扎,历史悠久
模袋混凝土(Fabric-formed concrete) 护坡 可水下施工,整体性强
格宾石笼(Gabion baskets) 柔性护岸、透水丁坝 透水、适应不均匀沉降
土工织物砂袋(Geotextile sandbags) 临时工程、快速护岸 施工快、经济

技术标准体系

中国标准:

标准号 名称
GB 50707-2011 河道整治设计规范11)
GB 50286 堤防工程设计规范
GB/T 50805-2012 城市防洪工程设计规范
SL 260-2014 堤防工程施工规范
黄河河道整治工程管理标准12) 黄河系统特有标准

国际指南:

  • ASCE MOP 124 “Inland Navigation: Channel Training Works” (2013)
  • USACE EM 1110-2-2302 “Construction with Large Stone”
  • FHWA HEC 20 / HEC 23 桥梁水毁防治指南

典型案例

黄河下游游荡型河段整治: 孟津铁谢至山东高村299km为典型游荡型河段,已修建3700多道坝、垛、护岸组成的控导工程体系13)。小浪底水库1999年蓄水后,清水下泄导致河床冲刷下切,为强人工约束条件下的河道演变研究提供了长期数据14)。

密西西比河航道整治: USACE管理着世界最大规模的河道整治工程,包括超300英里丁坝群、混凝土沉排护岸、裁弯取直和弯道堰等组合措施,维持航道水深9ft(2.7m)15)。近年来推广弯道堰和人字形堰等创新结构16)。

莱茵河(荷兰段)整治: 19世纪中叶起系统整治,经历了渠化→丁坝群→筑坝三阶段演变,提供了长期的工程影响数据17)。

参考文献

  • GB 50707-2011 河道整治设计规范18)
  • 19) — 百度百科
  • 20) — 百度百科
  • 21) — 百度百科
  • 22) — 知乎
  • 23) — 湖北省水利厅
  • 24) — 黄河水利委员会
  • 25) — 黄委会
  • USACE River Engineering Basics27)
  • USACE Training Structures Handbook28)
  • ASCE MOP 124 — Inland Navigation29)
  • USGS — History of River Engineering30)
  • USACE Engineering With Nature31)
1)
https://baike.baidu.com/item/河道整治建筑物/10687890|百度百科
6)
https://baike.baidu.com/item/丁坝/377345|百度百科
13)
https://baike.baidu.com/item/黄河河道整治/59205107|百度百科
19)
https://baike.baidu.com/item/河道整治建筑物/10687890|河道整治建筑物
21)
https://baike.baidu.com/item/黄河河道整治/59205107|黄河河道整治
26)
http://www.rmhh.com.cn/CN/Y2026/V48/I6/58|人民黄河 — 小浪底影响研究
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