珠江三角洲典型微弯河道险段成因分析及整治措施研究

段民华

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)



珠江三角洲典型微弯河道险段成因分析及整治措施研究

段民华

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)

通过河道水文及河床演变分析方法,研究了珠江三角洲典型微弯河道险段(以潭州水道雷滘段为例)成因,并结合河工模型试验手段,研究确定了以贴岸抛石护坡和短丁坝群相结合的整治措施,且已应用于本工程实际,目前工程运行良好,河段堤岸稳定。

珠江三角洲；典型微弯河道；整治措施

珠江三角洲网河区传统险工险段大多集中于弯道河段,受河势影响形成深槽逼岸弯道险段。然而近些年随着珠江三角洲地区经济不断发展,相应服务于经济发展的桥梁、码头及取排水等涉水建筑物也显著增多,而涉水建筑的建设又相应的改变了其所在河道的水流条件,尤其是部分大型涉河建筑物选址及结构不尽合理,使部分原本河势较敏感的河道水流结构发生不利变化,加之上游来水来沙条件发生变化,往往成为河道险段形成的主要诱发因素。本文以潭州水道雷滘险段为例,分析了影响险段形成的主要因素,结合河工模型试验成果,提出了相应的整治措施。

1 河道概况

潭洲水道位于珠江三角洲网河中部,起于南庄紫洞,终于顺德西海口,是西、北江三角洲的重要行洪通道之一。潭洲水道雷滘河段位于顺德区北滘镇大沙大桥(建设于1996年)至雷滘涵闸之间,左岸为群力围、右岸为南顺二联围,属潭洲水道下游河段。雷滘河段河道左、右岸堤间距200～310 m,左岸群力围堤外大沙大桥桥位附近有大面积滩地突出,滩面高程在2.0～3.0 m之间,主河槽最窄处宽约130 m,而右岸南顺二联围堤外护堤滩地相对较窄,形成典型微弯河道,弯道河势(见图1)。近年来河道右岸南顺二联围部分堤坡及堤脚线不断淘刷后退,虽多次抛石护底,但经过几次大洪水后部分抛石流失,堤脚冲刷后退趋势仍未改变,局部堤脚后退达30 m左右,堤坡坡度变为1∶1.5,深槽与堤顶高差接近13 m,严重影响了堤防的安全稳定,迫切需要对该险段进行整治。

图1 潭洲水道南顺二联围雷滘险段位置示意

2 险段形成原因

1) 大沙大桥建成于1996年,本次河演分析以1998年初河道地形资料为大桥建成初期河道地形资料,而以2010年河道地形资料为大桥运行14 a后对比分析地形资料,对河床平面、横向及纵向变形进行分析[1]。

从雷滘河段河道深槽分布可知(见图2a),河道深槽在河床演变a断面处横向开始明显偏向右岸,至大沙大桥桥位附近深槽明显居右,形成局部深坑(见图2b),下行至雷滘水闸附近深槽逐渐居中偏右,且逐渐下降延伸至下游。从雷滘河段横断面形态情况可知(见图3),河床演变b断面位于桥位区域,至2010年其近右岸河床形成1个河底高程在-7 m左右的深槽；河床演变c、d断面右岸堤围在-1 m高程以下堤脚后退最大达30 m左右,部分堤脚坡度仅有1∶1.5,严重影响堤岸稳定。

图2a 雷滘河段深泓平面变化示意

图2b 雷滘河段深泓垂向变化示意

图3 雷滘河段典型横断面断面形态变化

从雷滘河段近年来河床演变情况可知,受左岸大面积突出滩地影响,形成弯曲河势,水流动力轴线沿主槽凹岸下行；另外大沙大桥建于河道主槽最窄处,其桥墩和桥台占用河道局部河段行洪面积较大,特别是其双排桥墩与河道主流斜交角度大于30°,水流受天然河势影响,在大沙大桥上游附近主流已趋于沿右岸下行,随后再受斜交桥墩挤压挑流,桥位下游右岸局部堤围堤脚出现明显淘损。因此,弯道河势及大沙大桥斜交桥墩挑流是大沙大桥附近深槽右移下切、右岸堤角淘刷且局部出现深坑的主要原因。

2) 珠江流域西、北江在1994—2008年接连发生大洪水,作为北江洪水重要下泄通道的潭州水道分流量也呈增大态势[2],相应水流动力作用有所加强,河床及岸滩整体趋于冲刷下切趋势。因此,上游来水增大是导致河道整体冲刷下切的主要客观因素。

3) 潭州水道北滘段属于珠江三角洲平原腹地,河段上层岸坡为河漫滩相的粘性土,下层为河床相的粉砂、粗砂,具有二元结构。河底为淤泥质粘土,饱和、流塑状,高压缩性,极易被水流冲刷。因此,河道岸坡抗冲能力较差亦是堤坡坡脚下切后退的内在诱因。

4) 雷滘河段曾多次进行抛石护底,但由于抛石粒径及位置存在偏差,且所抛散粒状的块石抗冲能力差,经过几次大洪水后部分抛石流失,堤脚冲刷后退明显,局部堤脚后退达30 m左右。因此,河道堤坡整治措施不当是堤脚抛石流失的重要人为原因。

3 整治措施研究

3.1 整治方案布置

整治工程一方面从增大险段处堤外护岸滩台宽度及增加堤脚抗冲能力入手,另一方面着重采取减小险段岸坡水流流速,将主流挑离近岸的工程措施,从而达到保护堤脚,稳定堤岸的目的[3]。首先，结合雷滘险段上、下游堤外滩地现状及河道主流流势布置整治线。从护岸扩滩、整流防冲及对河道行洪影响等水流方面综合分析,具体提出了以下推荐整治措施(见图4)。

1) 平顺抛石护脚：雷滘险段大沙大桥附近河段堤坡受桥墩及河势双重影响,堤坡及堤脚冲刷程度较下游段严重,通过抛石护脚等工程措施增加堤外滩台宽度,提高坡脚的抗冲刷能力,同时避免使桥墩近区水流更趋复杂,影响桥墩安全。结合现状地形,近右岸深槽高程介于-7.0～-8.0 m之间,部分堤脚坡度仅为1∶1.5,于外坡设置一干砌石平台,宽5 m,高程2.0 m(与堤外滩地高程持平),按1∶2.5坡度抛投块石至-4.0 m高程；-0.5 m高程以上设置500 mm厚干砌石护坡,-4.0 m以下抛投四面体压脚棱体,棱体外坡1∶2.5,内坡1∶1。

2) 短丁坝群：雷滘险段雷滘水闸附近河段堤坡及堤脚冲刷相对缓和,采用的短丁坝群坝头伸出岸边不远,挑流较和缓,不会剧烈改变流场,同时又能促使坝田区水流形成缓流或弱回流流态,有利于泥沙回淤,起到稳定堤脚的作用[4]。结合现状条件下河道地形及水流流态,在整治线范围内,沿右岸南顺二联围现状堤坡布置8条正挑短丁坝,坝头连线与河道整治线一致。坝顶高程2.0 m,坝长自堤岸2.0 m高程位置延伸至整治线。坝间距取坝长的5倍,坝头坡度1∶2.5,迎水坡1∶1.5,背水坡1∶2.5。

图4 雷滘河段河道地形及整治方案布置示意

3.2 整治效果分析

1) 河道水流流速变化分析

试验研究表明：桥位局部河段抛石护岸整治后,右岸整治区域坡面流速整体呈减小趋势,堤坡最大流速为1.22 m/s(P=1%洪水),但流速减小区域相对较小；堤脚流速有所增加,增幅最大为0.21 m/s,在保证局部水流顺直的同时也有效降低了近岸流速；短丁坝群护岸后河道主流受短丁坝挑流作用逐渐偏离右侧堤岸,右岸近岸流速及坝田区流速除坝1和坝2之间坝田受上游来流影响,最大回流流速为0.43 m/s,其余坝田区水流流速基本都在0.40 m/s以下；丁坝坝头区流速最大为1.46 m/s。

2) 河道水流动力轴线及水位变化分析

试验研究表明：整治后,水流动力轴线过大沙大桥以后取直明显,主流基本偏离右岸险堤岸,明显减弱了水流对右岸险段的冲刷作用,同时河道中央流速增大明显,对于河道形态向深槽居中趋势发展有明显作用。整治后,由于整治措施占用河道过流面积不大,且大洪水时整治工程淹没水下,局部水位壅高相对不明显,工程前、后整个河段河道水位变化基本在0.03 m以内,不会对左右岸堤围防洪造成影响。

3) 丁坝坝头流速变化分析

试验研究表明：整治工程实施后丁坝坝头区域流速有所增大,最大流速达1.46 m/s,考虑到丁坝坝头外坡脚易受水流冲刷淘蚀,为保证丁坝稳定,在丁坝坝底及坝脚处抛填厚度为100 cm的网袋石以增强坝头的抗冲能力,以保证坝后堤防的安全稳定。

4) 整治措施对河道行洪影响分析

试验研究表明：护岸工程或丁坝群整治方案后,由于占用河道过流面积小于2%,且大洪水时整治工程淹没水下,在P=1%洪水条件下,由于整治方案引起的河道水位壅高在0.03 m以内,不会对左右岸堤围防洪造成影响。

总体来看,平顺抛石护坡在有效增大滩台宽度同时,又避免了桥墩近区流速增大的不利影响,短丁坝群在把水流挑离河岸使得水流动力轴线向左偏移,同时又在丁坝坝田区形成缓流或弱回流流态,有利于挟沙水流在坝田区淤落,形成自然河岸滩,起到有效保护堤脚的作用,基本达到了缓流落淤的预期效果。

4 结论

1) 结合河道演变及模型试验成果分析认为：潭洲水道南顺二联围雷滘险段的形成主要受上游来水来沙条件变化,河道自身河势、河床地质组成情况、整治措施不到位及涉水桥墩挑流等因素影响。

图5a 雷滘险段整治前卫星照片 图5b 雷滘险段整治后卫星照片

2) 整治措施试验研究表明：在涉水桥墩附近采用平顺抛石护岸,能够在保证岸滩稳定同时,尽量减小对桥墩近区水流产生不利影响；同时，按整治线布置的短丁坝群能使逼岸水流动力轴线外移,有效降低了滩地及近岸水流流速,在丁坝坝田区形成弱回流,控制了坝田区泥沙的冲刷,达到了缓流落淤的目的,本研究提出的整治措施经设计单位和河道主管部门审查，已与2011年应用与实际工程(见图5),目前工程运行5 a来,整治工程运行良好,工程河段堤岸稳定。

[1] 钱宁,张仁.河床演变学[M].北京:科学出版社，1987．

[2] 罗宪林.珠江三角洲网河河床演变[M].广州：中山大学出版社，2002．

[3] 崔承章,熊治平.治河防洪工程[M].北京:中国水利水电出版社，2004．

[4] 刘燕,江恩惠.丁坝布置形式与河道整治目的的承辅关系[J].人民黄河，2007(4)：13-14．

(本文责任编辑 王瑞兰)

Dangerous Causes Analysis of Typical River in the Pearl River Delta Micro Bend and Treatment Measures

DUAN Minhua

(Guangdong Hydropower Planning &Design Institute, Guangzhou 510635, China)

Based on river hydrology and river bed evolution analysis method, causes of the Pearl River Delta typical micro bend river dangerous section (Tanzhou channel LeiJiao section as an example) are studied. And combined with physical model test, combination measures of bank revetment and short groins are determined to apply to the actual project. The project is running well, and so river embankment is stable.

the Pearl River Delta；typical micro bend channel；remediation measures

2016-04-11;

2016-04-28

段民华(1982),女,本科,助理工程师,从事水利工程设计工作。

TV85

B

1008-0112(2016)03-0018-04