切灘措施在河道整治中的應(yīng)用綜述

胡應(yīng)苗，李德娟

（1.安徽省港航建設(shè)投資集團有限公司，安徽 合肥 230000；2.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 引言

近年來，斷面補償措施在有通航要求或建有橋梁等阻水構(gòu)筑物的河道整治中應(yīng)用較為廣泛。對于蜿蜒游蕩型的天然河道，當它的彎道過分的演變發(fā)展從而妨礙到防洪和航運時，為順應(yīng)河道的發(fā)展趨勢，采取一定的工程措施改善河流流態(tài)是十分必要的，如切灘導(dǎo)流裁彎取直、淺灘疏浚、削灘、切嘴等。人工裁彎后河道由彎趨直流程縮短水流變得平順，比降增大水流挾沙力有所提高，這樣不僅有利于航運，還能刷深河道，從而使得河流泄洪能力提高、河道防洪條件得到改善。跨河橋梁建成后，橋墩的存在使河道的過流面積減小，水流結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，這在一定程度上會對橋梁安全以及堤防穩(wěn)定造成威脅，為減小橋墩對河道過流能力影響，一般通過切灘、疏浚進行河道斷面補償。

由上述可知，目前水利工程中應(yīng)用較多的斷面補償措施是切灘和疏浚等。相比于切灘，疏浚雖然也是一種常用理順河勢、降低洪水位的河道治理措施，但由于疏浚后可能會出現(xiàn)回淤，所以一直沒有作為主要的治理措施，通常會局部使用，或者與切灘結(jié)合使用。本文側(cè)重對切灘補償措施在河道治理以及在跨河橋梁防洪影響處理工程中的應(yīng)用探討。

2 切灘應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 切灘在河道整治中的應(yīng)用

在天然河道中，河流的撇彎切灘過程是主流擺動以后深泓作出相應(yīng)調(diào)整的過程，撇彎切灘發(fā)生在一個彎道內(nèi)，而自然裁彎是發(fā)生在兩個河彎之間的彎頸上的。由于河道自然裁彎和撇彎切灘極具偶然性和不確定性，為了更好地控導(dǎo)河勢、改善水流和利于船舶航行，往往會采用人工切灘裁彎的方式進行河道治理，某河道人工裁彎、切灘示意見圖1。

圖1 某河道人工裁彎、切灘示意圖

對于許多狹窄彎曲、流急水亂且灘多礁險的河道，船舶在這類水流條件較差的河道中航行十分艱難，為了增加航行的安全性，通常會采取切灘、裁彎取直、堤防加高等工程措施，或采用局部疏浚的方式，改善河道水流條件，使其滿足通航的相關(guān)規(guī)范要求。例如，戴陽豪等采用切灘裁彎取直的工程措施，對具有典型狹窄彎曲特征的資水干流毛角口-臨資口航段河道進行整治，使得航道得以拓寬、流速分布均勻且變化小，很好地改善了船舶航行條件；楊振華等通過模型試驗研究，對黃河上游雙旋溝灘水流特性以及礙航因素進行分析，對其上彎段處航道采取切嘴、填槽等措施進行整治，取得較好的治理效果；梁建林通過對黃河中下游的河道形態(tài)、河水流勢及泥沙特性進行分析后，對其河環(huán)狹頸處進行切灘導(dǎo)流裁彎治理，這既減輕大河對防洪工程的不利影響，同時又有利于航運，治理效果明顯。

2.2 切灘在跨河橋梁防洪影響處理工程中的應(yīng)用

對于大中型河道，橋梁主跨往往小于河道寬度，因此河道內(nèi)難免布置有橋墩、橋臺。跨河橋梁建成后，河道中墩臺的存在會擠壓河道并對水流產(chǎn)生阻礙作用。橋墩的阻水作用勢必影響河道行洪水位及流速，導(dǎo)致墩前水位抬高，墩間及岸邊流速增加，橋墩附近形成較為復(fù)雜的流場結(jié)構(gòu)，這將會威脅到兩岸的防洪安全、堤防的穩(wěn)定和橋梁自身的安全。為減小橋梁建設(shè)對河道的不利影響，需要實施防洪影響處理工程，在設(shè)計時切灘、疏浚（即河床下挖）是對橋墩的阻水面積進行補償、增加河道的過流面積的兩種較為常用的工程措施。圖2為某跨河橋梁防洪影響處理工程的河道切灘治理圖。

3 切灘補償相關(guān)因素探討

隨著切灘在不同類型、不同用途的河道治理中的廣泛應(yīng)用，切灘補償?shù)南嚓P(guān)因素的確定逐漸成為學(xué)者們的研究對象，諸如切灘的具體位置選取、斷面形狀的設(shè)計以及補償面積的確定等。不同斷面補償型式對水位及流場影響的程度也不盡相同，但考慮這些因素的學(xué)者卻不多，很多時候需依據(jù)其他工程經(jīng)驗進行選擇，接下來筆者將會對切灘補償相關(guān)因素做出探討。

3.1 切灘位置及斷面形狀選擇

切灘位置的選定應(yīng)綜合考慮對河道的防洪安全、航運要求以及生產(chǎn)生活等各種因素。申霞等采用二維數(shù)值模擬方法分析了橋墩對河道水位及流速的影響程度及范圍，并比較了橋址上游、橋址下游以及橋址處3種不同斷面補償方案，結(jié)果顯示：（考慮浚深情況下）在橋址處開挖對橋墩局部水位的回落和流速的減小效果較好。同時，斷面形狀的選擇對于切灘也是至關(guān)重要的，根據(jù)工程經(jīng)驗，不管是切灘還是疏浚大多都采用梯形斷面。

3.2 切灘補償面積相關(guān)分析

切灘補償面積的確定，是切灘研究中至關(guān)重要的一環(huán)。若補償面積過大，則投資增加，會造成大量的資金浪費；若補償面積過小，則治理效果并不明顯，工程措施達不到預(yù)期效果。斷面補償面積，一般是根據(jù)《中華人民共和國河道管理條例》及相關(guān)水行政主管部門關(guān)于河道范圍內(nèi)建設(shè)項目的管理辦法等確定。在一些河道整治的工程實踐中，切灘導(dǎo)流的引河在設(shè)計時，梯形斷面是選用較多的一種形式，邊坡系數(shù)視土壤性質(zhì)而定（一般取m=2～3），開挖斷面面積通常取原先河道斷面的1／5～1／30。

在橋梁阻水斷面與補償斷面面積的相關(guān)研究中，國內(nèi)外很多學(xué)者通過模型試驗、數(shù)值模型等方法，開展各項研究，取得的成果較為顯著。黃榮敏等基于橋梁的相關(guān)試驗結(jié)果和實測資料，分析建橋后建橋河段的水流、泥沙的沖淤變化，并探討建橋?qū)χ捱厼┑挠绊懀Y(jié)果顯示建橋易形成邊灘。李國齊分析了六安市佛子嶺路橋建設(shè)對渠道的防洪、灌溉的影響，并探討了相關(guān)的補償措施，經(jīng)過計算切灘斷面補償面積取33.8m（橋墩阻水面積為32.5m），補償面積與橋墩阻水面積大致相等。通過很多工程實踐可總結(jié)出，在建有橋梁等阻水構(gòu)筑物的河道治理中，取不小于1.2倍橋墩阻水面積進行斷面補償是進行工程設(shè)計時最優(yōu)先選用的設(shè)計方案，這種設(shè)計方式既為河道行洪提供更好地保證，又具有較高的經(jīng)濟安全性；也有少部分在選取斷面補償面積時會選擇與橋墩阻水面積基本一致，如六安市佛子嶺路橋，但一般需要進一步的試驗驗證，以保證工程安全。

4 結(jié)語

①目前河道整治中對采用切灘導(dǎo)流的研究較為廣泛，尤其是在黃河、淮河等大型河道的治理中取得了較為豐碩的研究成果。但由于不同類型河道之間的差異性，在工程實踐中如需參考其他河道切灘治理研究成果時，應(yīng)緊密聯(lián)系自身河道特性，選取適合自身河道的引河開挖長度以及斷面尺寸，將切灘治理的工程效益最大化。

②切灘在跨河橋梁防洪影響處理工程中的實際應(yīng)用較多，但相關(guān)的研究較為缺乏。而且目前的研究更側(cè)重于墩周水流結(jié)構(gòu)、泥沙沖淤變化等方面。然而采用切灘等進行斷面補償，對橋墩安全、河道防洪以及岸坡穩(wěn)定都有一定的意義，因此進一步開展相關(guān)研究，探索基本規(guī)律，完善相關(guān)規(guī)范內(nèi)容，對于指導(dǎo)此類工程建設(shè)是十分重要的。