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【摘 要】根据汀江河(长汀段)的特性和整治工程的经验,并对汀江航道(长汀段)的试验研究成果的深入分析,提出了采取综合工程更有效地治理山区内河航道的若干措施。
【关键词】山区内河航道;工程整治;综合措施
Rectification of mountains inland waterways
Huang Jin-qing
(Changting County local Marine Department Changting Fujian 366300)
【Abstract】According to Ting rivers (Changting above) features and the experience of training works, and汀江channel (Changting above) the results of a pilot study in-depth analysis of the integrated management of the project more effectively some of the mountains inland waterways measures.
【Key words】Mountain inland waterways; Engineering training; Comprehensive measures
汀江,发源于闽西长汀与宁化交界的赖家山,全长285公里。它和闽江、九龙江、晋江并称为福建“四大江”。闽江、九龙江和晋江都是自西向东注入东海,唯独汀江由北向南而去,穿过福建闽西流入广东境内,与梅江汇合成为韩江奔腾流入南海。
长汀县地处福建西部,与江西毗邻,是福建的内陆山区县。境内有大小河流27条,主要河流为汀江及其支流濯田河和南山河,内河航道总里程数为44.51公里。汀江河流经地势险峻、地形复杂的山区,河床坡降较大达4.85‰,洪水暴涨暴落,加上又处在水土流失重灾区,导致航道年通航保证率偏低,给内河航运带来极大影响。60~70年代,我县曾对汀江航道进行了整治,并取得了明显的成效,但由于近些年来管养和维护工作力度的下降,加上流域内植被破坏较大,枯水期径流明显比七、八十年代明显减少,造成“有道无航”的局面。2004年以来,我县加大了交通基础设施投资的步伐,将汀江内河航道整治提上议程,并委托省水利勘察设计院对汀江河道整治进行试验研究,取得了一定成果。
1. 汀江流域的气象、水文、地质地貌特性
1.1 气象。
本县地处福建西部,属中亚热带季风气候,其气候特点是夏凉无酷暑,但冬天相对比龙岩市其他县市寒冷。多年平均气温18.6℃,极端最高气温38.9℃(1961年7月24日),极端最低气温-6.5℃(1963年1月16日)。多年平均日照时数1564小时,平均无霜期260天。多年平均风速1.5米/秒,实测最大风速17米/秒。
1.2 水文
1.2.1 径流。
汀江流域的径流主要靠降水补给,因而径流与降水量密切相关,季节变化显著,全县平均年降水量在1173.9~2548.3毫米,多年平均降水量为1698.7毫米,呈北多南少趋势,高雨区位于庵杰、新桥、铁长的鸡公栋,大悲山周围,低雨区在策武、河田、南山的河谷丘陵地带。本县降水的年内分配很不均匀,4~9月是主要的降水季节,约占全年的降水量的70%。其中春雨(2-4月)约占全年的31.4%;梅雨(5-6月)约占全年的36%;台风雨(7-9月)约占全年的23.8%。
1.2.2 洪水。
根据观音桥(城关)水文站(冻结基面的黄海高程303.775)1959年至2006年实测洪水资料统计,水位超过4.0米的有86次,水位超过5.0米的有17次。其中1996年8月8日特大洪水,是观音桥水文站有记录以来最大洪水,洪峰水位6.68米,洪峰流量1070m3/秒,24小时降雨364.7mm,洪水重现期为30年一遇,降水重现期为200年一遇,洪水起涨至峰现历时仅10小时,属台风雨造成。
1.2.3 泥沙。
汀江河因流经水土流失重灾区长汀县策武、河田、三洲等三个乡镇,导致枯季(10-4月)含沙量少,丰水季节(4-9)月含沙量大。据长汀县水保局1985年普查资料,全县水土流失总面积713.6平方公里,占总土地面积的23.02%,其中,全县强度水土流失面积181.57平方公里,占总水土流失面积的25.44%,中度水土流失面积150.27平方公里,占总水土流失面积的21.06%。根据观音桥水文站1959~2006年实测泥沙资料统计,最大含沙量5.54公斤/立方米,最大年侵蚀模数273吨/平方公里,强度水土流失区(河田、策武、三洲)的侵蚀模数达5310吨/平方公里,林地的侵蚀模数为695吨/平方公里。
1.3 地质地貌。
长汀县辖区内地形属山区地形,高差悬殊,境内海拔高度在500米以上的大小山峰达36座,最高山峰为北部石壁山1459米,是汀江和闽江沙溪的分水岭,其次是西部鸡公栋1398米,这两支山脉组成中低山地貌。河谷盆地汀州镇(城区)海拔为305~310米,河田镇海拔约为270米左右(属我国南方最严重的水土流失区域之一),濯田镇海拔约为260米左右。
2.典型河段试验研究
2.1 概况。
经过对汀江河的现场勘察后,选定濯田路潭至美溪长4.5Km的河段,作为整治研究的模型试验段。汀江航道(长汀段)长33.51Km,河床平均比降4.86‰,集雨面积2603.77Km2, 路潭至美溪河段位于汀江河(长汀段)中游,河床平均比降5.1‰,从平面形态看,属于较顺直的山区内河航道,但主航道蜿蜒弯曲,呈连续的S形走势,主航道逼岸。航道弯曲系数约为1.2,属山区内河航道特征范畴。河宽100～240m,横断面属宽浅河型。河床表层覆盖以砾卵石为主,综合糙率约在0.02～0.03之间。
2.2 整治方案试验研究。
水流运动的规律和实践经验表明,整治河道的有效途径必须根据水流运动特点,因势利导,整体规划,利用一些工程措施挑移主流或引导主流运动方向,理顺和控制流势,才能达到改善主流顶冲与贴岸的状况,改被动防护为主动治理,结合堤岸工程,攻守兼备。
汀江航道(长汀段)从其河床发育情况看,尚属不稳定阶段,结合其地理及水文特点,并在前人的经验基础上加以完善,拟考虑两方面整治工程措施:一是以丁坝群整治为主,利用丁坝挑流原理,理顺主流和达到护岸效果;二是以开挖河槽为主,引流归槽,结合丁坝群挑流和固槽措施,以达到整治水流运动目的。在试验过程中,通过对坝群(或潜坝)的坝距、坝址、挑角、坝长和河床开槽宽度等不断调整,采取多种组合的整治方案进行试验比较见表1,从中选取较优方案。
试验表明,选取丁坝与开槽两类工程措施进行综合整治是行之有效的,亦是符合当地实际的。丁坝治理山区内河航道,在布坝上与平原内河航道相类似,其不同之处是坝体的挑角较小,由于山区河流流速普遍较大,其引起的壅水程度亦较大。开槽方案能较好地改善山区河流的流势,且在山区河流中较易实施。在河滩中开槽以替代原弯曲主槽,还可避免裁弯取直等工程措施所带来的航道长度缩短、水面坡降突变等一系列问题,且试验亦表明其效果良好,关键之处在于固槽。因而,在开槽规划中,河槽走势理应顺应河势,以微弯及直线走势为佳,且应配以固槽工程措施。从多种组合的整治方案中,综合比较工程整治效果,认为方案Ⅱ-1及Ⅱ-2较好。从工程效果来看,方案Ⅱ-2在布置丁坝后槽渠流势与护岸效果均较Ⅱ-1方案好,且因槽渠过流增大,固槽效果亦较好,但因长丁坝坝头的壅水较大并给其稳定性带来较大的困难。从护岸效果及新开槽的稳定性考虑,本试验推荐方案Ⅱ-2。
2.3 动床试验及成果。
汀江航道(长汀段)河床目前总的而言仍处在刷深阶段,定床试验中选取的较佳方案,对河床演变的影响以及工程方案的整治效果和稳定性,需要通过动床试验来作进一步的分析和验证。
试验表明,丁坝整治方案Ⅰ,由于水流受丁坝挑流作用,主流线向河心偏移,主流顺畅,上游来沙主要居于主流区内向下输移,未见有泥沙沉积迹象。从泥沙的运动轨迹亦可见挑流效果良好,水流顺畅。坝田区有少量的泥沙沉积,说明近岸区流速得到控制,流态良好,坝距布置合理。河床原有的几处淤积滩地低流速区内,仍见有泥沙的大范围淤积,表明在该流量级下,滩地仍呈淤积倾向。从其泥沙运动特性结合河段河床演变趋向分析,该河段水流挟沙能力大于其来沙量,该方案实施后将形成一个位于目前主流区域内的新槽,替代原曲率过大的主槽,原顶冲险段堤围将得以保护,对河床的演变趋向影响不大。
开槽方案由于对河床断面形态改变较大,因而对水流及泥沙运动均有较大影响。因新开槽的槽口位于上游河道的弯段下段,且槽的走势与上游河道以微弯平顺连接,受弯道环流影响,槽口前沿水流运动方向与泥沙运动方向成一定的交角,使泥沙的输移产生分化:部分沿新槽向下输移,大都分则沿原河槽方向运动。受新开槽的引流分流作用,原河槽的过流量及流速大为降低,形成泥沙沉积区。随着其淤积的增大,反过来又使其过流量逐渐减小,而新开槽的分流量则逐渐增大。
从开槽方案Ⅱ-1、Ⅱ-2的泥沙运动分析,整治方案的实施,将促使原河槽从冲刷向淤积演变。随着其淤积的增大,该处的过流将减少,新开槽的过流比例将增大。这种演变趋向,有利于改善新旧槽交汇区的水流流态,减小原河槽水流对新开槽主流的顶冲压力,使新槽的流势更为平顺。同时新槽的过流增大,亦有利于新槽的固槽,防止泥沙的淤积。
从定床、动床试验可知,方案Ⅱ-2工程布置可作为推荐方案。
3. 山区内河航道航道整治的一些认识
山区内河航道的整治是一项综合的治理工程,治理措施亦呈多元化。要有效地整治好内河航道水流运动,满足航道稳定安全要求,需要从多方面着手。
整治山区内河航道的工程措施,除了堤围加固工程等基本措施外,可修建各类工程以达到改善水面坡降及水流运动的目的。如兴建水闸、陂头,以缓冲流势;修建固床陂等以稳定河床形态,改善水流流态;修建丁坝群等以挑移主流,理顺主流运动趋势;开挖河槽、清障,以增大航道深度。但不论采取何种工程措施,均须结合水文水流运动特性及河道演变特性,方能达到预期的整治效果。
山区内河航道整治采用丁坝措施,其布坝原则与平原河流类似,但其挑角较平原河流布坝时小,且多以下挑坝形式布置,挑角一般50°～70°为宜。
山区内河航道整治采用开挖河槽以取代原弯曲主河槽,达到改善水流运动的治理措施,试验证明是行之有效的。但开槽整治需要有全面规划,河槽走势应取直线或微弯,且应与下游河势平顺连接。槽宽及其过流能力应根据原河槽的过流能力设计,边坡的设计要根据当地的地质条件进行。开槽的位置应与规划整治的水流动力轴线走势一致,方能起到有效的引流归槽目的。同时应在原河槽沿线适当布置固槽或稳定流势的工程措施,如布置丁坝群等。
试验亦证明,在山区内河航道整治中,裁弯取直措施一般不宜采用,因为易引起坡降的急剧变化。
参考文献
[1] 常福田《航道整治》 人民交通出版社
[2] 蔡志长《渠化工程学》人民交通出版社
[3] 李廷富山区河流河口滩整治 《水运工程》 1997.2
[4] 杭州大学河口教研室《河口河床演变学》
[文章编号]1006-7619(2009)07-04-528
【关键词】山区内河航道;工程整治;综合措施
Rectification of mountains inland waterways
Huang Jin-qing
(Changting County local Marine Department Changting Fujian 366300)
【Abstract】According to Ting rivers (Changting above) features and the experience of training works, and汀江channel (Changting above) the results of a pilot study in-depth analysis of the integrated management of the project more effectively some of the mountains inland waterways measures.
【Key words】Mountain inland waterways; Engineering training; Comprehensive measures
汀江,发源于闽西长汀与宁化交界的赖家山,全长285公里。它和闽江、九龙江、晋江并称为福建“四大江”。闽江、九龙江和晋江都是自西向东注入东海,唯独汀江由北向南而去,穿过福建闽西流入广东境内,与梅江汇合成为韩江奔腾流入南海。
长汀县地处福建西部,与江西毗邻,是福建的内陆山区县。境内有大小河流27条,主要河流为汀江及其支流濯田河和南山河,内河航道总里程数为44.51公里。汀江河流经地势险峻、地形复杂的山区,河床坡降较大达4.85‰,洪水暴涨暴落,加上又处在水土流失重灾区,导致航道年通航保证率偏低,给内河航运带来极大影响。60~70年代,我县曾对汀江航道进行了整治,并取得了明显的成效,但由于近些年来管养和维护工作力度的下降,加上流域内植被破坏较大,枯水期径流明显比七、八十年代明显减少,造成“有道无航”的局面。2004年以来,我县加大了交通基础设施投资的步伐,将汀江内河航道整治提上议程,并委托省水利勘察设计院对汀江河道整治进行试验研究,取得了一定成果。
1. 汀江流域的气象、水文、地质地貌特性
1.1 气象。
本县地处福建西部,属中亚热带季风气候,其气候特点是夏凉无酷暑,但冬天相对比龙岩市其他县市寒冷。多年平均气温18.6℃,极端最高气温38.9℃(1961年7月24日),极端最低气温-6.5℃(1963年1月16日)。多年平均日照时数1564小时,平均无霜期260天。多年平均风速1.5米/秒,实测最大风速17米/秒。
1.2 水文
1.2.1 径流。
汀江流域的径流主要靠降水补给,因而径流与降水量密切相关,季节变化显著,全县平均年降水量在1173.9~2548.3毫米,多年平均降水量为1698.7毫米,呈北多南少趋势,高雨区位于庵杰、新桥、铁长的鸡公栋,大悲山周围,低雨区在策武、河田、南山的河谷丘陵地带。本县降水的年内分配很不均匀,4~9月是主要的降水季节,约占全年的降水量的70%。其中春雨(2-4月)约占全年的31.4%;梅雨(5-6月)约占全年的36%;台风雨(7-9月)约占全年的23.8%。
1.2.2 洪水。
根据观音桥(城关)水文站(冻结基面的黄海高程303.775)1959年至2006年实测洪水资料统计,水位超过4.0米的有86次,水位超过5.0米的有17次。其中1996年8月8日特大洪水,是观音桥水文站有记录以来最大洪水,洪峰水位6.68米,洪峰流量1070m3/秒,24小时降雨364.7mm,洪水重现期为30年一遇,降水重现期为200年一遇,洪水起涨至峰现历时仅10小时,属台风雨造成。
1.2.3 泥沙。
汀江河因流经水土流失重灾区长汀县策武、河田、三洲等三个乡镇,导致枯季(10-4月)含沙量少,丰水季节(4-9)月含沙量大。据长汀县水保局1985年普查资料,全县水土流失总面积713.6平方公里,占总土地面积的23.02%,其中,全县强度水土流失面积181.57平方公里,占总水土流失面积的25.44%,中度水土流失面积150.27平方公里,占总水土流失面积的21.06%。根据观音桥水文站1959~2006年实测泥沙资料统计,最大含沙量5.54公斤/立方米,最大年侵蚀模数273吨/平方公里,强度水土流失区(河田、策武、三洲)的侵蚀模数达5310吨/平方公里,林地的侵蚀模数为695吨/平方公里。
1.3 地质地貌。
长汀县辖区内地形属山区地形,高差悬殊,境内海拔高度在500米以上的大小山峰达36座,最高山峰为北部石壁山1459米,是汀江和闽江沙溪的分水岭,其次是西部鸡公栋1398米,这两支山脉组成中低山地貌。河谷盆地汀州镇(城区)海拔为305~310米,河田镇海拔约为270米左右(属我国南方最严重的水土流失区域之一),濯田镇海拔约为260米左右。
2.典型河段试验研究
2.1 概况。
经过对汀江河的现场勘察后,选定濯田路潭至美溪长4.5Km的河段,作为整治研究的模型试验段。汀江航道(长汀段)长33.51Km,河床平均比降4.86‰,集雨面积2603.77Km2, 路潭至美溪河段位于汀江河(长汀段)中游,河床平均比降5.1‰,从平面形态看,属于较顺直的山区内河航道,但主航道蜿蜒弯曲,呈连续的S形走势,主航道逼岸。航道弯曲系数约为1.2,属山区内河航道特征范畴。河宽100～240m,横断面属宽浅河型。河床表层覆盖以砾卵石为主,综合糙率约在0.02～0.03之间。
2.2 整治方案试验研究。
水流运动的规律和实践经验表明,整治河道的有效途径必须根据水流运动特点,因势利导,整体规划,利用一些工程措施挑移主流或引导主流运动方向,理顺和控制流势,才能达到改善主流顶冲与贴岸的状况,改被动防护为主动治理,结合堤岸工程,攻守兼备。
汀江航道(长汀段)从其河床发育情况看,尚属不稳定阶段,结合其地理及水文特点,并在前人的经验基础上加以完善,拟考虑两方面整治工程措施:一是以丁坝群整治为主,利用丁坝挑流原理,理顺主流和达到护岸效果;二是以开挖河槽为主,引流归槽,结合丁坝群挑流和固槽措施,以达到整治水流运动目的。在试验过程中,通过对坝群(或潜坝)的坝距、坝址、挑角、坝长和河床开槽宽度等不断调整,采取多种组合的整治方案进行试验比较见表1,从中选取较优方案。
试验表明,选取丁坝与开槽两类工程措施进行综合整治是行之有效的,亦是符合当地实际的。丁坝治理山区内河航道,在布坝上与平原内河航道相类似,其不同之处是坝体的挑角较小,由于山区河流流速普遍较大,其引起的壅水程度亦较大。开槽方案能较好地改善山区河流的流势,且在山区河流中较易实施。在河滩中开槽以替代原弯曲主槽,还可避免裁弯取直等工程措施所带来的航道长度缩短、水面坡降突变等一系列问题,且试验亦表明其效果良好,关键之处在于固槽。因而,在开槽规划中,河槽走势理应顺应河势,以微弯及直线走势为佳,且应配以固槽工程措施。从多种组合的整治方案中,综合比较工程整治效果,认为方案Ⅱ-1及Ⅱ-2较好。从工程效果来看,方案Ⅱ-2在布置丁坝后槽渠流势与护岸效果均较Ⅱ-1方案好,且因槽渠过流增大,固槽效果亦较好,但因长丁坝坝头的壅水较大并给其稳定性带来较大的困难。从护岸效果及新开槽的稳定性考虑,本试验推荐方案Ⅱ-2。
2.3 动床试验及成果。
汀江航道(长汀段)河床目前总的而言仍处在刷深阶段,定床试验中选取的较佳方案,对河床演变的影响以及工程方案的整治效果和稳定性,需要通过动床试验来作进一步的分析和验证。
试验表明,丁坝整治方案Ⅰ,由于水流受丁坝挑流作用,主流线向河心偏移,主流顺畅,上游来沙主要居于主流区内向下输移,未见有泥沙沉积迹象。从泥沙的运动轨迹亦可见挑流效果良好,水流顺畅。坝田区有少量的泥沙沉积,说明近岸区流速得到控制,流态良好,坝距布置合理。河床原有的几处淤积滩地低流速区内,仍见有泥沙的大范围淤积,表明在该流量级下,滩地仍呈淤积倾向。从其泥沙运动特性结合河段河床演变趋向分析,该河段水流挟沙能力大于其来沙量,该方案实施后将形成一个位于目前主流区域内的新槽,替代原曲率过大的主槽,原顶冲险段堤围将得以保护,对河床的演变趋向影响不大。
开槽方案由于对河床断面形态改变较大,因而对水流及泥沙运动均有较大影响。因新开槽的槽口位于上游河道的弯段下段,且槽的走势与上游河道以微弯平顺连接,受弯道环流影响,槽口前沿水流运动方向与泥沙运动方向成一定的交角,使泥沙的输移产生分化:部分沿新槽向下输移,大都分则沿原河槽方向运动。受新开槽的引流分流作用,原河槽的过流量及流速大为降低,形成泥沙沉积区。随着其淤积的增大,反过来又使其过流量逐渐减小,而新开槽的分流量则逐渐增大。
从开槽方案Ⅱ-1、Ⅱ-2的泥沙运动分析,整治方案的实施,将促使原河槽从冲刷向淤积演变。随着其淤积的增大,该处的过流将减少,新开槽的过流比例将增大。这种演变趋向,有利于改善新旧槽交汇区的水流流态,减小原河槽水流对新开槽主流的顶冲压力,使新槽的流势更为平顺。同时新槽的过流增大,亦有利于新槽的固槽,防止泥沙的淤积。
从定床、动床试验可知,方案Ⅱ-2工程布置可作为推荐方案。
3. 山区内河航道航道整治的一些认识
山区内河航道的整治是一项综合的治理工程,治理措施亦呈多元化。要有效地整治好内河航道水流运动,满足航道稳定安全要求,需要从多方面着手。
整治山区内河航道的工程措施,除了堤围加固工程等基本措施外,可修建各类工程以达到改善水面坡降及水流运动的目的。如兴建水闸、陂头,以缓冲流势;修建固床陂等以稳定河床形态,改善水流流态;修建丁坝群等以挑移主流,理顺主流运动趋势;开挖河槽、清障,以增大航道深度。但不论采取何种工程措施,均须结合水文水流运动特性及河道演变特性,方能达到预期的整治效果。
山区内河航道整治采用丁坝措施,其布坝原则与平原河流类似,但其挑角较平原河流布坝时小,且多以下挑坝形式布置,挑角一般50°～70°为宜。
山区内河航道整治采用开挖河槽以取代原弯曲主河槽,达到改善水流运动的治理措施,试验证明是行之有效的。但开槽整治需要有全面规划,河槽走势应取直线或微弯,且应与下游河势平顺连接。槽宽及其过流能力应根据原河槽的过流能力设计,边坡的设计要根据当地的地质条件进行。开槽的位置应与规划整治的水流动力轴线走势一致,方能起到有效的引流归槽目的。同时应在原河槽沿线适当布置固槽或稳定流势的工程措施,如布置丁坝群等。
试验亦证明,在山区内河航道整治中,裁弯取直措施一般不宜采用,因为易引起坡降的急剧变化。
参考文献
[1] 常福田《航道整治》 人民交通出版社
[2] 蔡志长《渠化工程学》人民交通出版社
[3] 李廷富山区河流河口滩整治 《水运工程》 1997.2
[4] 杭州大学河口教研室《河口河床演变学》
[文章编号]1006-7619(2009)07-04-528