沂河華沂至鐵路橋段河道治理方案研究

蘇崇峰

（徐州市水利建筑設計研究院，江蘇 徐州 221018）

沂河是沂沭泗流域骨干行洪河道之一，源于山東沂蒙山南麓，流經山東省臨沂市，至江蘇省新沂市苗圩入駱馬湖。沂河流域面積11820km2，河道全長333km，其中江蘇境內長45.5km。

經過1953年的導沂整沭工程、1957年汛后全線加固、1974年特大洪水后全線整修加固和東調南下一期工程等多次治理后，沂河防洪標準達到20年一遇。根據《沂沭泗河洪水東調南下續建工程規劃》，沂河的防洪標準提高到50年一遇，設計行洪流量由7000m3／s增至8000m3／s。

根據沂河港上站1972～2005年實測年最大流量統計，多年平均流量為1748m3／s。沂河上游來水含沙量多年平均為0.5kg／m3，最小為0.2kg／m3，最大為1.0kg／m3。沂河上游山東境內興建了多座大中型水庫和多級攔河閘壩，并隨著面上水土保持措施的加強，上游來水的含沙量近年來呈逐年減少的趨勢。

沂河原在華沂以上從老沂河入駱馬湖，1953年導沂整沭時，沂河改道，自華沂順勢向南挖泓束堤行洪，在苗圩處入駱馬湖。沂河華沂以上為天然河道，具有一定的河槽，鐵路橋以下，在沂河改道時開挖了中泓，底寬為150m，而華沂至鐵路橋段4.8km，利用原有白馬河的小河槽排小水而未開挖中泓，并建有華沂閘、隴海鐵路橋和徐海一級公路橋等3座建筑物，該河段水流紊亂，東岸沖刷大堤，西側灘面淤積嚴重，行洪能力明顯下降，已成為沂河提高防洪標準需重點治理的河段。

1 存在主要問題

1.1 河道淤積，阻水嚴重

華沂至鐵路橋段河道長4.8km，在1953年導沂整沭時未開中泓，左岸支流白馬河從華沂開始，在大堤里側向南延伸1.2km進入沂河。白馬河來水沿東偏泓向南，在鐵路橋處拐到河道中心。因該段沂河沒有中泓，行洪時主流在東偏泓，西側灘面普遍淤積，淤積寬度400～600m，高度在1m以上，局部淤高3m。由于水流紊亂，河道淤積，行洪水位逐漸抬高，行洪能力明顯下降。1997年8月沂河行洪僅4040m3／s，比1974年流量小2340m3／s，而華沂水位卻高出1974年水位0.25m，中、小流量高水位的現象已成為沂河行洪的新特點。沂河代表年華沂段行洪情況見下表。

表1 沂河1974～1997年行洪情況統計表

1.2 主流沖刷東大堤，形成險工

沂河華沂至鐵路橋段河道無中泓，白馬河沿沂河東偏泓（白馬河河槽）向南，在鐵路橋下才拐到下游中泓，東偏泓長期承受著沂河來水和白馬河來水雙重壓力，河槽沖寬沖深，底寬50～100m，造成東偏泓緊鄰東大堤，幾乎無灘地，河坡與堤坡相連，行洪時主流直接沖刷東大堤，因大堤內外側均臨水，無復堤土源，現狀堤頂筑有擋浪墻，土堤相對薄弱，形成較長的險工段。

1.3 華沂閘阻水，影響水流

華沂漫水閘位于沂河和老沂河交匯口下500m，調節沂河上游枯水季節的徑流，用于農業灌溉及便于兩岸交通，1957年興建，共24孔，每孔凈寬1.3m，閘上下游灘地平均高程約25.0m，閘頂和兩側連接道路路面高程均為26.10m。由于華沂閘至鐵路橋段無中泓，水流紊亂，華沂閘上河道有沖有淤，閘孔無法啟閉，起不到蓄水作用，節制閘已廢棄，僅作為交通橋使用。該閘閘孔很小，總凈寬僅31.2m，阻水嚴重，且影響水流流態。

2 治理方案研究

沂河華沂至鐵路橋段河道，上游建有華沂漫水閘；中游白馬河在東側堤內與沂河交匯；下游建有隴海鐵路橋和徐海一級公路橋。針對該河段現狀無中泓，東偏泓緊鄰東大堤，水流不順，流態復雜，建筑物阻水等情況，2002年委托揚州大學水利學院進行了治理方案的動床模型試驗，試驗于2003年底完成。

2.1 模型試驗設計和中泓治理方案

（1）模型律及模型比。模型試驗遵循《河工模型試驗規程》規定的有關相似準則，保證原模型河道水流運動相似和動力相似，即原模型滿足重力相似和粘滯力相似。根據模型試驗要求并結合場地等條件，取模型比Lr＝120。經分析計算，為保證行洪時模型河道水流處于粗糙紊流區并排除表面張力的影響，需適當加大水深，故采用變態模型方案，取變態系數ξ＝3，水深比尺hr＝120／3。流速比尺及流量比尺分別為：

（2）模型河床底砂。原型河道淤砂為中細砂。試驗采用動床模型，為滿足試驗要求，須實現河床底砂模擬。泥沙開動流速用下式計算：

式中：γs、γ分別為淤沙和水比重；h為河道水深；a為泥沙開動阻力系數，取a≈1。運用相似變換可得開動流速比尺：

為準確模擬沖淤狀態，經計算比較試驗選用滑石粉作為動床模型河床底砂，其比重γm＝2.80，顆粒直徑d50≈4×10－3mm，可求得開動流速比尺vkr＝6.13，與流速比尺基本一致，滿足模擬要求。

（3）糙率比尺。根據續建工程規劃，中泓糙率n為0.029，灘面綜合糙率n為0.033，原模型河床糙率比尺為：

（4）模型試驗方案和結果。試驗按沂河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種來流條件，白馬河按最大（20年一遇流量629m3／s）和無水條件下運行試驗。主要觀測各種條件下中泓、灘面的沖刷和淤積狀態，分析和預測沖淤狀態的變化關系。試驗將河道沖淤區域大致分為三個區域：上游區，華沂壩向上1km地段；中游區，華沂閘至白馬河與沂河交匯處；下游區，白馬河與沂河交匯口以下河段。根據試驗結果，上游區因河道平直，水流平穩，各種流量條件下中泓無沖淤，因華沂閘壅水，閘前水深大，流速小，各種流量下灘面呈沙壟狀；中游區由于華沂閘及白馬河交匯的影響，水流狀態變化較大，河床存在沖淤，在大中流量條件下，華沂閘下中泓部位及灘面均有不同程度的沖淤；下游區沖淤情況比中游區為輕，鐵路橋橋墩對河床沖淤影響不明顯。該河段按規劃擬定方案整治后，試驗表明平槽流量時未見沖淤，中泓、灘面一起行洪流量較小時，也未見沖淤，其它流量除局部有沖淤外，與現狀沖、淤情況對比，整治效果明顯。從模型試驗結果分析，沂河華沂至鐵路橋段開挖中泓的治理方案合理可行。

（5）中泓治理工程設計。根據模型試驗結論，沂河華沂至鐵路橋段采用開挖中泓的治理方案。該河段堤距約800m，中泓設計中心線基本沿左右岸大堤中間，北端接上游河槽，穿過隴海鐵路橋和徐海一級公路橋預留的中段深孔接下游中泓，設計河底高程和底寬與鐵路橋以南段中泓一致，即河底高程22.79m，河底寬150m，河坡1∶3。河道開挖的土方可綜合利用，利用部分土方填平東偏泓，理順水流，消除東大堤險工；部分宜復堤的土方，用于加復堤防斷面；該河段的西大堤為砂堤險工，利用中泓開挖的棄土堆于西大堤背水側，以加固堤防。

2.2 白馬河調尾入沂河中泓的整治方案

白馬河位于沂、沭河之間，上游發源于分沂入沭水道以南馬陵山區，自東北向西南縱貫郯城縣全境，至新沂市吳樓入沂河，河道全長60km，流域面積668km2。1951年在華沂附近開辟沂河時，白馬河改于小河莊入沂河。1953年春，為了降低白馬河出口水位利于排澇，將白馬河口下移至華沂下1.2km處入沂河，并與沂河中間建有1.2km長的隔堤，白馬河來水沿東偏泓向南，在隴海鐵路橋處拐到下游河道中泓。白馬河在華沂閘至鐵路橋段匯入，流態復雜，為確定白馬河出口段調尾入沂河中泓的整治方案，與開挖中泓同時進行了模型試驗。

2.2.1 模型試驗

模型試驗根據白馬河入沂河的交匯口位置不同擬定了兩種方案：第一方案為在白馬河與沂河現狀交匯口位置入沂河中泓；第二方案為白馬河出口上移至華沂閘下300m，以30°角入沂河中泓，并將白馬河下段與沂河中間隔堤切除。

試驗主要觀測各種條件下中泓、灘面及交匯口處的沖淤狀態，觀測沂河不同流量、水位及白馬河不同來水條件下河道斷面流速分布及水流流態，分析預測沖刷和淤積狀態，找出影響沖淤規律的主要因素，研究白馬河入沂河中泓的連接方案。

根據試驗結果，白馬河來水的影響，由于白馬河水流與沂河交匯時對交匯口上游沂河水流有頂托作用，白馬河來流量最大時，白馬河與沂河交匯口河槽水位比附近沂河灘面水位高0.8～1.5mm（相當于原型3.2～6.0cm）；沂河中泓交匯口處水位高于相鄰中泓水位1.5mm左右（相當于原型6.6cm左右）。在各種流量條件下，白馬河來水對局部沖刷和淤積有一定的影響，但沖淤的影響僅限于局部范圍內，影響程度很小。

根據試驗結果，白馬河入沂河交匯口上移方案，沖淤規律和現狀位置不上移時類似，同樣劃分為三個區域，上游區：華沂閘上游1km地段；中游區：華沂閘至白馬河與沂河交匯口；下游區：交匯口以下河段。上游區沖淤情況和現狀位置相同；中游區華沂閘下部位沖淤類似，交匯口處白馬河向沂河轉向處的下游灘面及交匯口以下中泓沖淤比現狀位置方案的沖淤均略有增加，其它位置的沖淤情況，兩種方案無明顯變化。

2.2.2 白馬河入沂河中泓段治理方案設計

根據模型試驗結果，白馬河入沂河交匯口上移和不上移兩種方案沖淤情況無明顯變化，河道水面線及斷面平均流速分布基本無區別，且交匯口上移后白馬河口處水位抬高，增加白馬河的排澇負擔，所以設計方案仍保持白馬河與沂河交匯口位置基本不變，在交匯口處，白馬河不再沿東偏泓向南，而是按現狀交匯口位置的試驗方案，將白馬河調尾接入沂河新開挖的中泓，使白馬河來水順利納入沂河主槽，設計連接段中心線沿現狀河道折向西南，與沂河中泓夾角為25°平順連接，連接段長度1200m，河道設計底寬為50m，河底高程從白馬河現狀23.45m漸變到沂河中泓河底高程22.79m，河道邊坡1∶3。白馬河調尾后，利用中泓及連接段開挖的土方，將東偏泓即白馬河下段河槽填平，消除偏流對東大堤的沖刷。

2.3 華沂漫水閘改橋工程

華沂閘閘孔凈寬僅31.2m，華沂至鐵路橋段開挖中泓，該閘與上下游河槽極不相適應，阻水嚴重，擬結合中泓開挖拆除漫水閘，同時為滿足兩岸防汛及生產交通，將漫水閘改建為漫水橋，橋長與開挖的中泓相適應，橋面高程平兩側連接道路路面。根據模型試驗結果，華沂閘現狀條件下，壩下500m范圍內中泓有一定程度的沖刷和淤積，華沂閘改橋后，中泓部位上下游均無明顯沖淤。

3 治理效果分析

沂河華沂至鐵路橋段，通過開挖中泓和整灘，改建華沂閘，并將白馬河出口調尾等治理措施，可理順水流，降低行洪水位，減少堤防險工等綜合效益顯著。根據計算，中泓開挖可降低華沂水位0.27m，華沂漫水閘改橋可降低水位0.07m，不僅可減少復堤工程量，而且可降低砂堤堤防的防洪風險；根據試驗測量中泓平槽流量為637m3／s，中小流量可歸槽平順下泄，大流量時理順了水流；中泓開挖的土方可綜合利用，部分土方填平東偏泓，可消除東大堤險工，部分土方用于加復堤防斷面，剩余土方堆于西大堤背水側，可加固砂堤堤防。

華沂至鐵路橋段河道治理后的沖淤等河勢變化情況，根據模型試驗結果，治理方案的運行效果良好，不會產生新的淤積。鐵路橋以下至新戴河口段，1953年開挖的中泓，低水歸槽，灘地平整，已運行了幾十年，經測量資料對比分析，河道基本不沖不淤，斷面形態穩定，運行狀況良好，類比說明華沂至鐵路橋段開挖中泓理順水流后，河道斷面穩定。

4 結 語

沂河華沂至鐵路橋段，1953年導沂整沭時未開挖中泓，水流紊亂，淤積嚴重，水位壅高，行洪能力下降，采取開挖中泓連通上下游河槽，對灘地進行整理，華沂漫水閘該為漫水橋，白馬河調尾接入新開挖中泓的綜合治理方案，可理順水流，有效降低行洪水位，消除大堤險工，以達到防洪規劃的目標，并經河道動床模型試驗研究，是合理可行的治理方案。沂沭泗河洪水東調南下續建工程沂河、沭河、邳蒼分洪道治理工程的設計，已于2008年經水利部和國家發改委審批，目前該河段治理工程已建設完成。