河道整治工程中冲刷深度的计算与选取

李晓梦　戴　雪　尹飞翔

（黄河勘测规划设计有限公司，河南　郑州　450003）



河道整治工程中冲刷深度的计算与选取

李晓梦戴雪尹飞翔

（黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450003）

摘要：根据已有河道水力条件，利用相关冲刷深度计算公式，对河道整治建筑物丁坝、人字垛及平顺护岸的冲刷深度进行数值计算，并对计算结果进行分析，按照经济条件及治理思路选取合适的平均冲刷深度。

关键词：河道整治工程；冲刷深度；治理思路；选取

在现代治河工程中，为了抵御河水冲刷两岸，一般对冲刷坑用相应的块石进行填充，要确保河岸稳定安全，就要确定合适的冲刷深度来计算填充料的方量。

河道整治工程中主要利用的建筑物包括丁坝、人字垛及平顺护岸，这三种形式建筑物建成后都强制改变水流的方向或者限制水流的形态，若不加防护会很快在建筑物的根部冲刷出一定范围的大坑，影响建筑物的安全稳定。因此在实际使用中，需计算建筑物相应水流条件下的冲刷深度，利用块石等稳定性好的填充材料进行填充保护。所以，冲刷深度的准确性和与实际情况的契合性，对于河道整治建筑物的设计来说十分重要。为了对现有的多种冲刷深度计算公式进行比较验证，笔者选取工程中比较常用的4种公式，分别根据某河的水文资料进行计算，同时进行比较，提出设计值选取的思路［1］。

1　丁坝、坝垛的冲刷深度计算

根据最新的河道整治设计规范推荐以及工程界常用的公式，选取如下4种计算公式计算坝垛的冲刷深度。

1.1K.B.马特维也夫公式

冲刷深度按K.B.马特维也夫公式计算：

式中：hs为冲刷坑水深（m）；α为水流与丁坝轴线夹角（度）；v为丁坝坝前水流行近流速（m/s）；g为重力加速度（m/s2）；d为床沙粒径；k1为与丁坝在水流法线上投影长度b有关的系数；k2为与丁坝边坡系数m有关的系数。

1.2E·B·波尔达柯夫公式

河床质粒径较细时冲刷深度按E·B·波尔达柯夫公式计算：

式中：hs为冲刷坑水深（m）；h0为行进水流深（m）；v为坝前行进流速（m/s）；m为根石边坡系数；α为水流方向与坝垛轴线夹角（度）。

1.3Siow Lim Yong公式

Siow Lim Yong公式为：

式中：D50为床沙中值粒径，取0.03m；Fr0为浑水弗劳德数；b,为丁坝沿水流方向投影长度。

1.4张红武公式

张红武公式为：

式中：v0为水流的行进流速；h0为行进水流深度；v为水流黏性系数；D50为床沙中值粒径；Sv为体积含沙量；γs为泥沙容重；γ为水容重。

2　计算成果

利用以上4种计算公式，通过对某河道A、B、C、D、E 和F六个河段的洪水情况和中水情况分别进行计算，计算成果如下。

2.1E·B·波尔达柯夫公式

E·B·波尔达柯夫公式的计算结果见表1。

2.2Siow Lim Yong公式

Siow Lim Yong公式的计算结果见表2。

表1 E·B·波尔达柯夫公式的计算结果

3　计算成果分析

通过利用以上2种公式分别进行计算，计算出了不同工况下水流对河床的冲刷程度，经过对此段河道河床的探摸，根据已有经验，E·B·波尔达柯夫公式计算出的结果更接近于实际情况，在本段河道治理时，选取了6.00m作为冲刷深度，而E·B·波尔达柯夫公式计算出的冲刷深度平均值为6.17m。

可见在计算河道冲刷深度时，需要选用合适的公式，并且在选取冲刷深度值时应考虑工程治理的具体情况，河床演变发展的速度及经济条件，不能仅凭公式计算值就确定冲刷深度，同时还需要考虑实际已建工程的冲刷深度探摸情况［2］。

3.1冲刷深度探摸

对已建工程冲刷深度的探摸十分重要，结合冲刷深度计算公式的计算值，对探摸情况和计算值进行对比，选取合适的计算公式，取更接近实际情况的数值作为冲刷深度选用值［3］。

3.2结合河床演变速度

根据河床演变速度，如果河床演变发展较快，即需适当加大河道冲刷深度值的选取，考虑更稳妥的方案对河道进行防护。若演变较慢，可适当减小冲刷深度选取值。

表2 Siow Lim Yong公式的计算结果

3.3结合经济情况

适当考虑工程可用资金情况，资金充足的情况下，可以选用偏保守的取值。反之，则可选取允许范围内尽可能小的冲刷深度值，或者分期分批建设。

参考文献：

［1］中华人民共和国住房与城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.河道整治设计规范 GB50707-2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［2］中华人民共和国水利部，中华人民共和国住房和城乡建设部.堤防工程设计规范 GB50286-2013［S］.北京：中国标准出版社，2013.

［3］于铁柱，周城，孙铁军.黄河内蒙古段河道整治工程冲刷深度计算［J］.人民黄河，2014（3）：4-6.

中图分类号：TV85

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2016）02-0092-03

收稿日期：2016-01-17

作者简介：李晓梦（1988-），女，助理工程师，研究方向：水工设计。

Calculation and Selection of Scour Depth in River Harness Project

Li XiaomengDai XueYin Feixiang
（Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract:According to the existing river hydraulic conditions,the groins,herringbone dams and revetments scour depth were calculated with Related formulas,and the results were analyzed.At last,the suitable aver⁃age scour depth choosing should be based on economic conditions and harnessing ideas.

Keywords:channel harness project；Scour depth；river harnessing；choose