河床淤积问题现状及治理措施探析

林子谷

（兴宁市水口镇人民政府，广东 梅州 514587）

0 引 言

随着我国生态文明建设理念的进一步推进，我国河流的治理工程不断地发展前进。河流治理工程对当地城市社区的社会经济发展有推动作用，与当地居民的生活状态息息相关，对于保障当地居民良好的生活状况与生命财产安全有重大意义[1-2]。

河流的治理工程包括了水土流失治理、防洪泄洪治理、河道清淤治理以及护岸修整治理等工程[3]。其中，河道淤积的问题在河道治理工程中非常常见，河道、河床的淤积，会使河道的泄洪能力明显下降，造成河流的淤堵，导致大量的杂质泥沙、垃圾等污染物沉积在河道内，污染河道的水环境， 降低河道的搬运能力，长此以往，也会导致河道河堤的安全隐患增大，影响河道的生态平衡[4]。对河道的淤积进行疏浚治理，可以提高河道的泄洪性能，改善河道的水生态、水环境，提高河道所属流域的安全、稳定性，有效改善河道所属流域的生产状态以及生态环境，提高当地的经济发展建设[5]。

基于以上背景，本文通过分析河道局部段的河床淤积问题及现状，研究了相关的河床淤积的治理措施，为河道的泥沙淤积问题提供一种可行性参考措施，希望可以提高河道的生态环境建设，促进我国河流治理工程的建设发展。

1 河床淤积现状

宋声河位于兴宁市水口镇，是属于梅江右岸的一级支流。由于宋声河下游河段部分区域已经建立了堤防，且河道两岸的植被较为茂密，较零散地分布着居民居住区及农作物田地，故本文仅针对该河段中的局部险情段进行研究。宋声河设计治理长度为10.5km，护岸建设长度为6.527km，集雨面积约为39.52km2，属于亚热带季风气候区，多年平均气温21.2℃，平均降雨量1537.6mm。

经调查，发现部分河道的局部河床处出现了程度不一的泥沙淤积问题，影响了河流的泄洪防汛能力。淤积段河道的断面面积降低，出现了漏滩现象，影响了河流两岸的安全。由于泥沙的持续淤积，导致河床不断，在整体流域中，形成了小范围淤堵段，不利于流域的整体输沙平衡，对河道的安全泄洪进程造成了影响。不同河段的河床淤积量可见表1。

表1 宋声河局部段河床淤积分布情况表

2 分析成因并提出方案

针对淤积情况进行了成因调查，发现河段产生淤积的局部段，输沙与整体河道不平衡，造成了泥沙的沉积，进而形成了淤堵。根据对淤积河道周围的调查，淤积河道周围的植物较正常地区生长状态较差、生长量低，在河水长期的冲刷下，形成了大小不一的沟壑，导致河床高低不平，影响了正常排水，造成了泥沙淤积。根据上述河道淤积现状及成因，分析研究治理措施，进行河道清淤、疏浚工程，恢复河道的泄洪抗汛能力，稳定河道。

由于宋声河道位于梅县区域内，其正常流通才能保证当地居民的正常生产及生活。因此，要求河道进行不断流的清淤方法，在保证河道正常水位、常态运营情况下，利用相关功能性船只，在水面上进行清淤操作。在此基础上，为响应国家提倡的绿色生态环境建设原则，治理过程中不对河流造成二次污染，本次清淤方式选择环保清理淤泥的方法，在清理淤积的同时，有效改善河流的生态环境平衡。

基于以上分析，设计环保、不断流的清淤方案：应用垃圾预处理装置，将清淤段内直径大于1cm的石块、白色垃圾以及树枝等较大垃圾进行预处理，选择射流式清淤方式，对河内多余泥沙进行清理，并安装泥浆泵管，采集淤泥，将其运至指定地点进行填埋，达到清淤疏浚的治理效果。同时，增设河道相关防渗装置，如泄洪闸、排水渠等，保持河道泄洪的正常运行，降低泥沙淤积的可能性，防止治理后泥沙再次淤积。

3 实施清淤治理方案

在船只上安装垃圾预处理装置，将清淤段内直径大于1cm的石块、白色垃圾以及树枝等较大垃圾进行预处理。清理掉大直径垃圾后，在船只上装设高压水枪，在不同的淤积段进行工作。同时，在水枪控制处安装圆体状的滚动钢架，便于在水下对高压水枪进行控制，使其可以在水中不同位置，以及不同深度进行清淤工作对河流内淤积泥沙施加射流压气作用，使泥沙运动，并将其清除。计算淤积泥沙在河中的运动情况，为清淤治理提供数据基础。设河内每一粒淤积泥沙均为圆球形状，计算其在河内受力的计算过程如式（1）所示：

式（1）中，Cd代表阻力系数，v代表河水的速度，ρ代表河水的比重，S代表颗粒的有效面积，D代表颗粒的直径。

由于淤积泥沙的实际形状不会总是标准的圆球形状，故淤积泥沙在河内还会受到自身重力及河水浮力的影响，可表示为公式（2）：

公式（2）中，V是体积，g是重力常数，ρ′是河水的比重，ρ1是泥沙颗粒的比重，与构成泥沙颗粒的材质有关。为了便于讨论，可将公式（1）、（2）合称为沉降力。根据以上计算，对河流内淤积泥沙施加射流压气作用，使泥沙运动，并将其清除。在水枪控制处安装圆体状的滚动钢架，便于在水下对高压水枪进行控制，使其可以在水中不同位置，以及不同深度进行清淤工作。为达到最高效的治理效果，在下水前，需要分析高压水枪装置工作的影响因素，调试最优的工作状态[6]。射流式清淤需要考虑河流流速、射流速度、射流喷嘴以及射流的角度等因素。高压水枪工作的几何参数示意图如图1所示。

图1 射流式高压水枪工作原理示意图

根据图1显示的工作原理，设计高压水枪工作的冲蚀参数λ，λ ≥0.35：

式中，g表示重力加速度，r表示淤积泥沙颗粒的中值粒径，v0表示高压水枪喷嘴的喷射流速（m/s），r1表示喷嘴的直径（mm），l1表示喷嘴工作时与河道沙床的垂直距离（m），△ρ表示淤积泥沙的密度，与河水的密度差值。计算得到该冲蚀参数的数值为1.14，根据该冲蚀参数，计算淤积泥沙颗粒悬浮的临界流速v′：

式中，m0表示淤积泥沙的容重，m表示河水的容重，H表示河水宽度。根据上述计算，设定高压水枪的水下清淤速度。通过高压水枪在水下射流产生的低压水流、气流环境，扰动淤积泥沙，将泥沙悬浮在水中，利用船只上增设安装的泥浆泵管，采集悬浮的泥沙，并将采集的泥沙运至指定地点进行填埋处理，完成河床淤积的清理工作。

4 增设防淤积水利设施

在对现淤积河床段进行清淤处理后，考虑到河道自身的水流冲淤与挟沙能力对河床淤积的影响，在清淤处理过四段河道处，增设人工渠道、小型丁坝，通过加大过水断面与抵抗过水冲刷，利用简单的施工调整河道的河水流速，抵抗泥沙的淤积[7]。在凸型河道河床处，挖掘矩形断面的人工渠道，增大过水断面，渠道与原河床的边坡为6.0‰，在渠道上侧架设钢架桩，按间距1.5m的排列进行布置，起到拦截浪潮的作用，增大过水断面后，流水可以在此处加大流速，使得河水流速大于泥沙的抗冲刷流速，使得泥沙不会沉积在河道内，河道整体过洪量增加。在凹段河床处，增设小型丁坝，增设示意图如图2所示。

图2 凹段河床处增设小型丁坝示意图

增设小型丁坝可以有效抵抗河水的冲刷对河床造成影响，提高河床的稳定性，降低泥沙淤积的可能性。河水水流的冲刷能力与搬运能力的提升是防止淤泥淤积的根本原因，因此，实施定时清理淤积与增设防淤积设施并行的治理方案，加固河床，增河段大泄洪能力，才能保证河道及其所属流域达到的生态环境稳定状态。

5 试验与检测

为检测上述设计的河道局部段河床淤积问题治理方案的效果，进行治理前后的淤积厚度对比与过洪峰值对比。

监测记录相应局部段清淤后的淤泥淤积厚度，与原淤积厚度进行对比。淤积治理前后相应河床段淤泥淤积厚度对比情况如表2所示。

表2 淤积治理前后各河床段淤积平均厚度变化表

由表3可以看出，治理后的淤泥淤积厚度均比治理前的淤积厚度有所下降，表明河道局部段河床的淤积问题得到了有效治理。

在各个治理河段的不同河段的相同水位处，测量河段的平均过洪量，观察治理前后各河段相同水位的平均过洪量的不同，检测结果如图3所示。

图3 治理前后不同河段相同水位的过洪峰值对比图

由图3可知，各淤积治理河段的相同水位下，淤积治理后的过洪峰值均高于治理前的过洪峰值，淤积治理前的五处河段的过洪峰值分别比治理前河段的过洪峰值高80.0m3/s、90.0m3/s、120.0m3/s、60.0m3/s、100.0m3/s，表明淤积的治理，可以有效提高河流的泄洪能力，形成河床稳定输沙、过沙的平衡机制，促进了河道的生态稳定建设。

6 结 语

泥沙的淤积问题是我国水利治理工程的重要部分，泥沙淤积会降低相关河流流域的泄洪能力，增大河流河岸的安全隐患。因此，需要不断研究并优化河床的泥沙淤积问题解决措施，提高河道的稳定性，为河道所属流域的生态稳定建设提供良好的基础环境。