河流工程
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第一节 河势规划

河势具有很广的含义,一切标志河槽水流总体倾向的现象,都被纳入这一概念之中。从某种意义上说,河势主要是指某一河段的水流和河槽的态势,包括格局和走向,其中最重要的是基本流路,或称主流路,它对河道总的状态及发展趋势起着决定性的作用。河势规划的主要任务就是在分析研究本河段河床演变规律及水流泥沙运动基本特性的基础上,综合考虑国民经济各部门的不同要求,按照国家有关法规和政策,因势利导,拟定出比较合理的基本流路。当然,这种流路的形成与稳定,必须通过河道两岸所布设的河流工程措施来整治实现。

一、河势规划基本要求

(一)防洪对河道要求

在我国主要江河的治理中,均以防洪安全作为首要目标,无论南方或北方、山区或平原,防洪任务都十分繁重。河势规划及整治工程措施,一方面要满足防御大洪水时的泛滥漫溢,另一方面,还要解决中小水时,因河势改变而造成的岸线崩退危及堤防安全等问题。防洪对河道的基本要求有以下几点:

(1)每一河段必须有足够的泄洪断面,能安全通过该河段的设计洪水流量,即承受相应的洪水水位。设计洪水流量的大小,既取决于该河段洪水特性,又决定于被保护地区的重要程度,一般应根据防洪标准确定。

(2)河道应比较通畅,无过分弯曲或过分束窄的河段,以免汛期泄洪不畅,使洪水位抬高,或者在凌汛中,形成冰塞冰坝,造成漫溢等险情。

(3)为了增加泄洪断面而修筑的堤防工程,应达到设计质量标准,抵御设计标准洪水。

(4)在河道中的某些地段,因水流顶冲,造成河岸崩塌,危及堤防、农田、村镇、交通道路、厂矿或港埠安全时应积极采取措施,稳定岸线,控制河势。

(二)航运对河道要求

内河航运因具有成本低廉,运载量大等优点,在国内外交通运输中占有重要位置。世界上许多城镇和重要企业均沿江河而建,同时也促进了水运事业的发展。如2009年我国交通部批准的《长江干线航道总体规划纲要》预计在以后十几年中,投资430亿元人民币对航道进行治理,使长江“黄金水道”在我国东西部经济发展中发挥更大作用。从提高航道通航保证率及航行安全出发,航运对河道的基本要求,可简要归纳为以下几点:

(1)应满足通航规定的航道尺度,包括航深、航宽及弯曲半径等。

(2)河道平顺稳定,流速不能过大,流态不能太乱。

(3)码头作业区深槽稳定,水流平顺。

(4)跨河建筑物应满足船舶的水上净空要求。

上述要求的指标,视航道等级及通航船队的吨位、尺寸而定,具体可参阅有关规范标准。

(三)其他部门对河道要求

其他的河流工程最常遇到的有取水口及桥渡等。

取水口对河道的主要要求如下:

(1)取水口所在河段的河势必须稳定,既不能脱溜淤积无法取水,也不能大溜顶冲危及取水建筑物的安全。有时因河势变化,大溜冲顶难以避免,则需采取防护措施。

(2)取水口附近必须有足够的水位,以保证按设计要求取水,这点对无坝取水及大型泵站取水尤为重要。

(3)取水口附近的河道水流泥沙运动,应尽可能使进入取水口的水流含沙量较低、泥沙粒径较细,避免渠道严重淤积,减少泵站机械的磨蚀。

桥渡工程对河道的要求,主要是桥渡附近的河势应该稳定,防止因河道摆动造成主通航孔航道淤积,或桥头引堤冲毁而中断运输。同时,桥渡附近水流必须平缓过渡,主流向与桥轴线法向交角不能过大,以免造成船舶撞击桥墩酿成海事。

上述各部门对河道的基本要求,有其共同的一面,也有相互矛盾的地方。例如,在稳定河道,控制河势变化方面,各部门都相对一致,无根本性矛盾,但是具体到河势走向上,也可能不尽相同。防洪部门要求有足够的泄洪断面,控制洪水位不得抬升,而桥渡工程从经济观点出发,则希望跨越河段越窄越好,但这样又会引起上游洪水位的抬高。特别是随着我国人口的增长和沿河工农业经济的发展,土地资源日益珍贵,城建部门总希望开发滩地,构造城市景观或进行房地产开发,农业部门希望围垦河道洲滩土地,经营农牧业生产,若不进行全面的河势规划,各行其是,减少泄洪断面,将给防洪带来严重后果。全国开展的河道清障任务,就是为了这个目的。另外,为控制河势或保证取水,不恰当修建的一些挑流工程,往往会影响到船舶航行的安全和河势的变化;不恰当的修建枯水航道整治建筑物,也会引起洪水位的抬升或河势改变。总之,在进行河势规划时,既要充分听取沿河各部门的意见和要求,又要分清主次,协调矛盾,分析研究满足这些要求的可能性,通过技术经济论证和生态环境评价,提出一个能被各方面都可以接受的总体规划。规划不但要着眼于河道现状,也要考虑今后的发展变化,留有适当余地。

二、河势规划原则

河势规划总的原则应该是“全面规划,因势利导,远近结合,分期实施”。

(一)全面规划,综合治理

规划中一方面要兼顾各部门、上下游、左右岸的利益和要求,充分发挥现有工程设施与水土资源效益;另一方面要根据国民经济近期和远期发展需求,分清主次,权衡利弊,保证首要任务的实现。规划中,应考虑各种工程与非工程措施的密切配合、相互为用。

(二)因势利导,重点整治

因势利导是治理江河的一条很重要的基本原则,“因势”就是遵循河流总的规律性、总的趋势,“利导”就是朝着有利于建设要求的方向、目标加以治导。在实际工作中,可能遇到下面三种情况:

(1)河道目前形势基本符合所规划的流路,或者仅需要对局部河段做一些改善,此时,应抓住时机,采取工程措施,稳定河势。

(2)目前河势尚不符合所规定的流路,但通过对河床演变分析论证,河势正向有利方面发展,此时可略为等待或采取一些简单的临时工程措施,促使其发展,然后再进行固定。

(3)目前河势正向相反方向发展,并有进一步恶化的趋势,此时应选择关键地段,修建控导工程,控制其变化,人为地引导河势向有利方向转化,待到一定时机,再进行全河段控制。

河势规划要求对整段河道全线控制,而整治工程则很难同时也没有必要做到沿全河布设,在规划中选择好一些重点部位。这些部位应是靠溜几率大,对下游河势变化起重要控制作用并对经济生产有重大影响的部位,可以利用和改善天然节点,但多数是通过修筑整治工程来控制河槽。需要指出的是,这些整治工程必须上下呼应,左右配合,工程布设的范围、尺寸,一定要符合河势规划中总的控导意图。

(三)远近结合,分期实施

河流一直处于冲淤变化过程中,上游来水来沙条件又有很大的随机性,因此河势规划一般不能一劳永逸。在规划中应充分考虑,留有余地,远近结合,分期实施。在工程施工和运行中,应根据观测资料、水沙模型预测以及以往经验做出判断,并加以修正和补充,实施动态管理。

三、河势规划内容

河势规划应该包括对整条河流或某个较长河段的河势控导规划和一些重点部位的局部河段的整治工程规划。二者相辅相成,前者指导后者,而后者又具体保证前者的实现。在内容上,前者主要从宏观上进行可行性研究论证,提出对上下游、左右岸通盘考虑的整治线,把有利于各个方面的河势稳定下来。而后者则要求更为具体和详细,包括对河势控导及改造调整的整治工程设计。河势规划内容某种程度上基本等同于河流治理规划内容。特别强调以下几部分。

(一)河道特性分析

河道整治的难点不在于建筑物本身,而在于建筑物所引起的河床演变是否朝着预期的方向发展。因此,要想制定出比较符合客观实际的河势规划和工程布局,首先,必须对所要规划河流或河段的基本特性进行深入的分析研究。河道特性分析包括分析河流地貌特征及沿河地质构成、水文泥沙、河道演变规律等,同时要综合研究它们之间的内在联系,从中找出影响本河段河势变化的关键因素。需要强调的是,在分析中要特别注意大洪水的造床作用。其次,要注意河道两岸边界(特别是天然节点和人工节点)及其变化对流路的影响。再次,支流入汇、河湖关系、河道侵蚀基准面的升降以及上游大型水利枢纽工程对水沙的调节等,对河道特性及演变均有较大影响,亦应根据实际情况,进行深入分析。

(二)河势规划的总体布局和开发程序

根据规划河段社会经济发展要求,特别是防洪、航运和沿河两岸城镇发展、工矿企业布局要求,结合江河除害兴利的目的,并考虑河段特点,论证对本河段进行河势规划的必要性和可行性,提出本河段河势规划的基本原则;分清主次,安排近期和远期治理目标,拟定控制、调整河势和稳定河槽的主要措施;通过方案比较,合理确定整治工程的总体布局和开发程序。

(三)对生态环境的影响评价

整治规划和工程建设必须遵守与我国环境保护有关的法律法规,对生态环境可能带来的影响应作出评价。对需要保护的特殊地区的生态与环境,应有相应对策措施和参与比选的方案。

(四)经济效益评价

依据国家各部委颁发的有关评价方法和规范,一般采用影子价格法,对河流工程的投入费用(工程建设费和年运行费)和产出效益(工程可减免的洪灾损失费、减少的航道维护费和因航道改善增加的航运效益、水产效益、土地开发利用效益等)进行动态计算,以便评价工程的经济合理性和可行性。在规划设计阶段,对某些比较特殊,尚无十分把握的重要问题,往往还需要进行河工模型试验或现场试验。