沂河华沂至铁路桥段河道治理方案研究

苏崇峰

（徐州市水利建筑设计研究院，江苏 徐州 221018）

沂河是沂沭泗流域骨干行洪河道之一，源于山东沂蒙山南麓，流经山东省临沂市，至江苏省新沂市苗圩入骆马湖。沂河流域面积11820km2，河道全长333km，其中江苏境内长45.5km。

经过1953年的导沂整沭工程、1957年汛后全线加固、1974年特大洪水后全线整修加固和东调南下一期工程等多次治理后，沂河防洪标准达到20年一遇。根据《沂沭泗河洪水东调南下续建工程规划》，沂河的防洪标准提高到50年一遇，设计行洪流量由7000m3／s增至8000m3／s。

根据沂河港上站1972～2005年实测年最大流量统计，多年平均流量为1748m3／s。沂河上游来水含沙量多年平均为0.5kg／m3，最小为0.2kg／m3，最大为1.0kg／m3。沂河上游山东境内兴建了多座大中型水库和多级拦河闸坝，并随着面上水土保持措施的加强，上游来水的含沙量近年来呈逐年减少的趋势。

沂河原在华沂以上从老沂河入骆马湖，1953年导沂整沭时，沂河改道，自华沂顺势向南挖泓束堤行洪，在苗圩处入骆马湖。沂河华沂以上为天然河道，具有一定的河槽，铁路桥以下，在沂河改道时开挖了中泓，底宽为150m，而华沂至铁路桥段4.8km，利用原有白马河的小河槽排小水而未开挖中泓，并建有华沂闸、陇海铁路桥和徐海一级公路桥等3座建筑物，该河段水流紊乱，东岸冲刷大堤，西侧滩面淤积严重，行洪能力明显下降，已成为沂河提高防洪标准需重点治理的河段。

1 存在主要问题

1.1 河道淤积，阻水严重

华沂至铁路桥段河道长4.8km，在1953年导沂整沭时未开中泓，左岸支流白马河从华沂开始，在大堤里侧向南延伸1.2km进入沂河。白马河来水沿东偏泓向南，在铁路桥处拐到河道中心。因该段沂河没有中泓，行洪时主流在东偏泓，西侧滩面普遍淤积，淤积宽度400～600m，高度在1m以上，局部淤高3m。由于水流紊乱，河道淤积，行洪水位逐渐抬高，行洪能力明显下降。1997年8月沂河行洪仅4040m3／s，比1974年流量小2340m3／s，而华沂水位却高出1974年水位0.25m，中、小流量高水位的现象已成为沂河行洪的新特点。沂河代表年华沂段行洪情况见下表。

表1 沂河1974～1997年行洪情况统计表

1.2 主流冲刷东大堤，形成险工

沂河华沂至铁路桥段河道无中泓，白马河沿沂河东偏泓（白马河河槽）向南，在铁路桥下才拐到下游中泓，东偏泓长期承受着沂河来水和白马河来水双重压力，河槽冲宽冲深，底宽50～100m，造成东偏泓紧邻东大堤，几乎无滩地，河坡与堤坡相连，行洪时主流直接冲刷东大堤，因大堤内外侧均临水，无复堤土源，现状堤顶筑有挡浪墙，土堤相对薄弱，形成较长的险工段。

1.3 华沂闸阻水，影响水流

华沂漫水闸位于沂河和老沂河交汇口下500m，调节沂河上游枯水季节的径流，用于农业灌溉及便于两岸交通，1957年兴建，共24孔，每孔净宽1.3m，闸上下游滩地平均高程约25.0m，闸顶和两侧连接道路路面高程均为26.10m。由于华沂闸至铁路桥段无中泓，水流紊乱，华沂闸上河道有冲有淤，闸孔无法启闭，起不到蓄水作用，节制闸已废弃，仅作为交通桥使用。该闸闸孔很小，总净宽仅31.2m，阻水严重，且影响水流流态。

2 治理方案研究

沂河华沂至铁路桥段河道，上游建有华沂漫水闸；中游白马河在东侧堤内与沂河交汇；下游建有陇海铁路桥和徐海一级公路桥。针对该河段现状无中泓，东偏泓紧邻东大堤，水流不顺，流态复杂，建筑物阻水等情况，2002年委托扬州大学水利学院进行了治理方案的动床模型试验，试验于2003年底完成。

2.1 模型试验设计和中泓治理方案

（1）模型律及模型比。模型试验遵循《河工模型试验规程》规定的有关相似准则，保证原模型河道水流运动相似和动力相似，即原模型满足重力相似和粘滞力相似。根据模型试验要求并结合场地等条件，取模型比Lr＝120。经分析计算，为保证行洪时模型河道水流处于粗糙紊流区并排除表面张力的影响，需适当加大水深，故采用变态模型方案，取变态系数ξ＝3，水深比尺hr＝120／3。流速比尺及流量比尺分别为：

（2）模型河床底砂。原型河道淤砂为中细砂。试验采用动床模型，为满足试验要求，须实现河床底砂模拟。泥沙开动流速用下式计算：

式中：γs、γ分别为淤沙和水比重；h为河道水深；a为泥沙开动阻力系数，取a≈1。运用相似变换可得开动流速比尺：

为准确模拟冲淤状态，经计算比较试验选用滑石粉作为动床模型河床底砂，其比重γm＝2.80，颗粒直径d50≈4×10－3mm，可求得开动流速比尺vkr＝6.13，与流速比尺基本一致，满足模拟要求。

（3）糙率比尺。根据续建工程规划，中泓糙率n为0.029，滩面综合糙率n为0.033，原模型河床糙率比尺为：

（4）模型试验方案和结果。试验按沂河50年一遇流量8000m3／s，中等年份5000m3／s，一般年份2000～3000m3／s和中泓平槽流量等4种来流条件，白马河按最大（20年一遇流量629m3／s）和无水条件下运行试验。主要观测各种条件下中泓、滩面的冲刷和淤积状态，分析和预测冲淤状态的变化关系。试验将河道冲淤区域大致分为三个区域：上游区，华沂坝向上1km地段；中游区，华沂闸至白马河与沂河交汇处；下游区，白马河与沂河交汇口以下河段。根据试验结果，上游区因河道平直，水流平稳，各种流量条件下中泓无冲淤，因华沂闸壅水，闸前水深大，流速小，各种流量下滩面呈沙垄状；中游区由于华沂闸及白马河交汇的影响，水流状态变化较大，河床存在冲淤，在大中流量条件下，华沂闸下中泓部位及滩面均有不同程度的冲淤；下游区冲淤情况比中游区为轻，铁路桥桥墩对河床冲淤影响不明显。该河段按规划拟定方案整治后，试验表明平槽流量时未见冲淤，中泓、滩面一起行洪流量较小时，也未见冲淤，其它流量除局部有冲淤外，与现状冲、淤情况对比，整治效果明显。从模型试验结果分析，沂河华沂至铁路桥段开挖中泓的治理方案合理可行。

（5）中泓治理工程设计。根据模型试验结论，沂河华沂至铁路桥段采用开挖中泓的治理方案。该河段堤距约800m，中泓设计中心线基本沿左右岸大堤中间，北端接上游河槽，穿过陇海铁路桥和徐海一级公路桥预留的中段深孔接下游中泓，设计河底高程和底宽与铁路桥以南段中泓一致，即河底高程22.79m，河底宽150m，河坡1∶3。河道开挖的土方可综合利用，利用部分土方填平东偏泓，理顺水流，消除东大堤险工；部分宜复堤的土方，用于加复堤防断面；该河段的西大堤为砂堤险工，利用中泓开挖的弃土堆于西大堤背水侧，以加固堤防。

2.2 白马河调尾入沂河中泓的整治方案

白马河位于沂、沭河之间，上游发源于分沂入沭水道以南马陵山区，自东北向西南纵贯郯城县全境，至新沂市吴楼入沂河，河道全长60km，流域面积668km2。1951年在华沂附近开辟沂河时，白马河改于小河庄入沂河。1953年春，为了降低白马河出口水位利于排涝，将白马河口下移至华沂下1.2km处入沂河，并与沂河中间建有1.2km长的隔堤，白马河来水沿东偏泓向南，在陇海铁路桥处拐到下游河道中泓。白马河在华沂闸至铁路桥段汇入，流态复杂，为确定白马河出口段调尾入沂河中泓的整治方案，与开挖中泓同时进行了模型试验。

2.2.1 模型试验

模型试验根据白马河入沂河的交汇口位置不同拟定了两种方案：第一方案为在白马河与沂河现状交汇口位置入沂河中泓；第二方案为白马河出口上移至华沂闸下300m，以30°角入沂河中泓，并将白马河下段与沂河中间隔堤切除。

试验主要观测各种条件下中泓、滩面及交汇口处的冲淤状态，观测沂河不同流量、水位及白马河不同来水条件下河道断面流速分布及水流流态，分析预测冲刷和淤积状态，找出影响冲淤规律的主要因素，研究白马河入沂河中泓的连接方案。

根据试验结果，白马河来水的影响，由于白马河水流与沂河交汇时对交汇口上游沂河水流有顶托作用，白马河来流量最大时，白马河与沂河交汇口河槽水位比附近沂河滩面水位高0.8～1.5mm（相当于原型3.2～6.0cm）；沂河中泓交汇口处水位高于相邻中泓水位1.5mm左右（相当于原型6.6cm左右）。在各种流量条件下，白马河来水对局部冲刷和淤积有一定的影响，但冲淤的影响仅限于局部范围内，影响程度很小。

根据试验结果，白马河入沂河交汇口上移方案，冲淤规律和现状位置不上移时类似，同样划分为三个区域，上游区：华沂闸上游1km地段；中游区：华沂闸至白马河与沂河交汇口；下游区：交汇口以下河段。上游区冲淤情况和现状位置相同；中游区华沂闸下部位冲淤类似，交汇口处白马河向沂河转向处的下游滩面及交汇口以下中泓冲淤比现状位置方案的冲淤均略有增加，其它位置的冲淤情况，两种方案无明显变化。

2.2.2 白马河入沂河中泓段治理方案设计

根据模型试验结果，白马河入沂河交汇口上移和不上移两种方案冲淤情况无明显变化，河道水面线及断面平均流速分布基本无区别，且交汇口上移后白马河口处水位抬高，增加白马河的排涝负担，所以设计方案仍保持白马河与沂河交汇口位置基本不变，在交汇口处，白马河不再沿东偏泓向南，而是按现状交汇口位置的试验方案，将白马河调尾接入沂河新开挖的中泓，使白马河来水顺利纳入沂河主槽，设计连接段中心线沿现状河道折向西南，与沂河中泓夹角为25°平顺连接，连接段长度1200m，河道设计底宽为50m，河底高程从白马河现状23.45m渐变到沂河中泓河底高程22.79m，河道边坡1∶3。白马河调尾后，利用中泓及连接段开挖的土方，将东偏泓即白马河下段河槽填平，消除偏流对东大堤的冲刷。

2.3 华沂漫水闸改桥工程

华沂闸闸孔净宽仅31.2m，华沂至铁路桥段开挖中泓，该闸与上下游河槽极不相适应，阻水严重，拟结合中泓开挖拆除漫水闸，同时为满足两岸防汛及生产交通，将漫水闸改建为漫水桥，桥长与开挖的中泓相适应，桥面高程平两侧连接道路路面。根据模型试验结果，华沂闸现状条件下，坝下500m范围内中泓有一定程度的冲刷和淤积，华沂闸改桥后，中泓部位上下游均无明显冲淤。

3 治理效果分析

沂河华沂至铁路桥段，通过开挖中泓和整滩，改建华沂闸，并将白马河出口调尾等治理措施，可理顺水流，降低行洪水位，减少堤防险工等综合效益显著。根据计算，中泓开挖可降低华沂水位0.27m，华沂漫水闸改桥可降低水位0.07m，不仅可减少复堤工程量，而且可降低砂堤堤防的防洪风险；根据试验测量中泓平槽流量为637m3／s，中小流量可归槽平顺下泄，大流量时理顺了水流；中泓开挖的土方可综合利用，部分土方填平东偏泓，可消除东大堤险工，部分土方用于加复堤防断面，剩余土方堆于西大堤背水侧，可加固砂堤堤防。

华沂至铁路桥段河道治理后的冲淤等河势变化情况，根据模型试验结果，治理方案的运行效果良好，不会产生新的淤积。铁路桥以下至新戴河口段，1953年开挖的中泓，低水归槽，滩地平整，已运行了几十年，经测量资料对比分析，河道基本不冲不淤，断面形态稳定，运行状况良好，类比说明华沂至铁路桥段开挖中泓理顺水流后，河道断面稳定。

4 结 语

沂河华沂至铁路桥段，1953年导沂整沭时未开挖中泓，水流紊乱，淤积严重，水位壅高，行洪能力下降，采取开挖中泓连通上下游河槽，对滩地进行整理，华沂漫水闸该为漫水桥，白马河调尾接入新开挖中泓的综合治理方案，可理顺水流，有效降低行洪水位，消除大堤险工，以达到防洪规划的目标，并经河道动床模型试验研究，是合理可行的治理方案。沂沭泗河洪水东调南下续建工程沂河、沭河、邳苍分洪道治理工程的设计，已于2008年经水利部和国家发改委审批，目前该河段治理工程已建设完成。