黄河下游淤临河固堤技术应用分析(赵世来,周丽艳,徐辉)

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黄河下游临河固堤技术应用分析

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赵世来1周丽艳2徐辉3水利论文E+l/IM `D9w E

(1.山东黄河河务局;2.黄委会勘测规划设计研究院;3.山东黄河工程局)水利论文|l1k*\"u V"|.^

摘要:淤临河固堤技术,是黄河“拦、排、放、调、挖”综合治理方略的有机组成部分。利用黄河下游滩区已建灌溉引水工程和中小洪水泥沙资源,有计划地引水淤临固堤、淤滩改土,消除顺堤行洪险情,改善滩区生态环境,是提高黄河堤防和滩区的抗洪能力、减少洪水灾害的有效途径。本文根据黄河下游滩区中小洪水引水放淤的实践,提出了引水淤临工程布置、控制应用和技术措施等。

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关键词:黄河下游;放淤改土;淤临固堤

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作者简介:赵世来(1962-),男,硕士,山东黄河河务局教授级高工。

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1 引言

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  黄河下游堤防加固除险,应本着“临河截渗,背河导渗”的原则进行。对于临河截渗,主要有粘土斜墙、抽槽换土、地下截渗墙、淤临河洼地等方法。结合山东省东明县和鄄城县的黄河堤防实际,采用了比较经济可行的引水淤临河加固黄河堤防的措施。引水淤临固堤的实践说明,在当前严峻的防洪形势下,利用黄河下游滩区已建灌溉引水工程和中小洪水泥沙资源,进行引水淤临河固堤,在堤河处形成铺盖层,是消除黄河洪水险情、减少洪水灾害的有效途径。水利论文/yR(mJlx

2 淤临工程基本情况及工程布置水利论文!_ J2dY0u!K&LoK!B

2.1 基本情况水利论文2F3T2f/i+B+B,W w

  黄河下游引水淤临河固堤工程,是利用已建灌溉引水工程和中小洪水泥沙资源,实施有计划、有控制引水淤临河固堤。根据黄河中小洪水情况,淤区大小,确定引水时间、引水量和引沙量,将水通过引水口门、输水渠道输送到淤临区域,由围堤和退排水工程控制淤临区域的水位和流速,将引水挟带的泥沙沉淀在淤临区域,以达到淤临河固堤的作用。水利论文W$h BLen

2.2 工程布置水利论文2CPHwa[P'^y

  淤临河固堤工程,包括进水口门、输沙渠、围堤、退排水工程及交通衔接工程等,放淤前应进行统一规划设计,淤临工程布置见图1。水利论文V/e4E0_#w

2.2.1 引水口门 引水口门为放淤结合滩区灌溉而设计的引水闸。这种引水闸建在控导护滩工程或险工下延工程的联坝上,为砌石和混凝土混合式的永久性涵闸。引水闸的设计,既要满足引洪放淤的引水流量,又要考虑枯水季节灌溉引水水位。例如菏泽地区黄河滩区的一些灌区引黄闸,设计引水放淤流量一般为20m3/s,灌溉引水的设计引水水位为大河枯水流量400~450m3/s对应的水位。

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2.2.2 输沙渠 输沙渠道根据引水放淤要求,采用输沙冲淤平衡原理设计断面尺寸和比降,确定渠道的水流挟沙力。渠道断面采用梯形水力最佳断面,渠道的设计流速应满足不冲和不淤条件。设计时以临界不冲流速条件为依据,用临界不淤流速作为核验。

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  黄河下游滩区土质多为沙质土壤,其临界不冲流速可用列维公式计算水利论文sLN3j YA&PG5?

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图1 东明县南滩引水淤临区工程布置
:JQ9Z6\lu'Bzh,jj0Fig.1 Engineering arrangements of the warping area in south floodplain of Dongming County

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  式中Vn为临界不冲流速(m/s);dcp为渠床土粒平均粒径(m);g为重力加速度(m/s2);A为与渠床土壤密实程度有关的经验系数,对于密实土壤A=3.2,对于较松土壤A=2.8;R为水力半径(m)。水利论文X!d;n D9l;Z(i u m

  临界不淤流速与水流挟沙能力有关。水流挟沙能力采用黄委会水科院公式水利论文a3F{ba,M

ρ=7700V3/gRω(H/B)1/2

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(2)

  式中 ρ为水流挟沙能力(kg/m3);V为断面平均流速(m/s);H为平均水深(m);g为重力加速度(m/s2);R为水力半径(m);ω为加权平均泥沙沉降速度(m/s);B为水面宽(m)。

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  在引水放淤完成以后,应按灌溉面积所需的引水能力及时修改渠道断面。水利论文r Q4Q dBGW,il"i

2.2.3 围堤 淤区围堤,一般按放淤引水流量的相应水位,推算淤区地面高程以上的水位,在此之上加上防风浪高0.5m即为淤区围堤高程。围堤断面为梯形,一般顶宽2.0m,临水坡1:2,背水坡1:3,以确保放淤安全。水利论文({+zA#e*J5u:NB

2.2.4 退排水 淤区退排水工程是放淤工程的组成部分,也是放淤成败的关键。要求退排水渠道畅通,必要时可修建临时工程。退排水的形式有两种:一种是直接退入黄河,不能自排时由机泵提排;另一种是结合引黄穿堤涵闸或虹吸排入背河,供堤外农田灌溉或城市工矿利用。但在淤区末端进入穿黄闸前,需要修建退水闸,以控制淤区水位,保证泥沙淤积均匀和退水的安全。例如东明县南滩淤临区退水口选在淤区末端的谢寨穿黄闸前,鄄城县葛庄滩的淤临区退水口选在旧城穿黄闸前,并在淤区末端建退水闸,控制淤临区退水。

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3 淤临工程的控制应用和技术措施

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  在黄河下游开展引水淤临固堤,需要对淤临区统一规划,进水、退水有工程控制,同时,还要分析适宜引水淤临的洪水类型,掌握放淤有利时机。

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3.1 淤临工程控制应用

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  黄河下游引水淤临固堤实施需有工程控制,进水口用引水闸门开启大小控制引水量,输沙根据渠道的断面大小调节输送距离到淤临区域,围堤用来控制淤临范围,退水闸用来控制淤临水位和疏导流势。若淤临区域较大时,还可以建导流堤和节制闸控制流速和流势。水利论文 lF Wod-|

  淤临河固堤工程实施涉及建筑物施工、管理、运用和效果观测,引水期间涉及到引水流量的控制、围堤的看护及退水流势的疏导。根据大河流量、水位、河势情况、含沙量的变化,及时观测进、退水的含沙量、流速等参数,控制进水、退水口门的流量,调节淤区的蓄水量,以达到最佳效果。

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  黄河下游中低滩区灌溉引水工程,均建在控导护滩工程或险工下延工程上,其中一部分引水闸按淤灌结合模式设计。渠首闸和输水干渠,具有灌溉、放淤的功能。在东明县南滩(如图1所示)12.64km的控导护滩工程上,建有马厂、大王寨、王高寨、辛店集、李焕堂和司胡同等引水闸。其它滩区也有类似情况,如东明县西滩的堡城闸和北滩的冷寨闸、鄄城县董口滩的苏泗庄闸和葛庄滩的安庄闸等。这些工程的修建,为黄河下游引水淤临固堤、淤滩改土实施控制,提供了可靠条件。

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3.2 确定适宜引水淤临的中小洪水

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  在黄河下游,以往也进行过引水淤滩改土,多选中常洪水进行,没有工程控制。但是,近十几年来,因黄河枯水少沙,河道萎缩,主槽淤积严重。如黄河花园口“96.8”洪水的洪峰流量为7600m3/s(不足两年一遇),而水位却比1958年的22300m3/s(70年一遇)洪水高出0.91m,造成了下游滩区普遍漫滩,滩区积水深度为1~5m。因此,中常洪水水位较高,引水放淤难以控制,有一定的风险性。开展引水淤临固堤,必须有一定的水沙条件和工程措施。

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  黄河下游洪水,2000~4000m3/s的通称为中小洪水。此类洪水属常遇洪水,峰低量大、含沙量高、持续时间长,有利于引洪淤临。中小洪水引水放淤一般选在7、8月份,这时期来水含沙量在30~60kg/m3,细泥沙来源区的泥沙粒径小于0.025mm的大于60%以上,对提高放淤质量十分有利。

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3.3 进行引水放淤量计算

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  黄河下游引水淤临,一般采用动水、静水或动静水结合等放淤形式。放淤引水量及淤积量,是进行控制放淤和淤积效果的重要指标。在中小洪水有控制引水放淤之前,应对淤区进行地形测量,根据来水来沙情况,适时组织放淤。淤区的引水量和泥沙淤积量计算,与渠道引水流量、水流含沙量、引洪时间、放淤面积、淤深等因素有关。

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  (1)淤区引水量的计算水利论文K0F b E4E {A

W=hγA/Scp水利论文 Df$gR7?3\@8Oj$R

(3)

式中 W为放淤引水量(104×m3);h为淤积深度(m);γ为淤泥干容重(t/m3);A为放淤面积(hm2);Scp为引水平均含沙量(kg/m3)。水利论文2}0k ?xs'H.H r$F F

  (2)淤区泥沙淤积量的计算水利论文%o/N&X2W'A1Q

Ws=86400αβ/γSQT水利论文QZm ngcM

(4)

式中 Ws为泥沙淤积量(m3);α为泥沙澄清系数,选用0.95;β为输沙损失系数,选用0.95;S为引水含沙量(kg/m3);Q为引水流量(m3/s);T为放淤天数;γ为淤泥干容重(t/m3)。水利论文O"Auu t3Y

4 淤临工程的效果及作用

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  淤临河固堤工程于1990~1993年在东明县南滩淤临区实施。淤临区自上而下,有多处引黄灌溉渠道直通淤临区(引水放淤工程布置如图1所示)。在淤临区上段,先后利用王高寨干渠和辛店集干渠进行了引水淤临固堤,临河洼地淤高0.5~2m,堤根常年积水状况得到改善,新增耕地面积155hm2。鄄城县苏泗庄至营房淤临区具备引水淤临固堤条件,“96.8”洪峰后,在高村水文站流量降至4170m3/s时,开闸引水,淤临面积105hm2,达到了预期目标。菏泽地区黄河淤临固堤情况,见表1。水利论文??P`D

表1 菏泽地区黄河淤临区情况统计表
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Table 1 Statistic of the warping area of the Yellow River in Heze

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淤临地点进水闸门淤临年限淤长(m)淤厚(m)淤积量(104m3)淤临面积(hm2)  

东明南滩王高寨
y*s!~dGN8Bff0辛店集
1990~199343000.5~2.0123.8

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鄄城董口滩张庄199629970.5~1.573.4105

  利用黄河中小洪水引水淤临固堤,对提高堤防抗渗能力、减缓顺堤行洪威胁、改善临河生态环境,其作用十分显著。

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4.1 提高堤防抗渗能力水利论文o/HP!x+RY

  堤河低洼地淤高后,可形成长若干公里,宽200~400m,厚0.5~2.0m的铺盖层,从而达到延长渗径,减少渗透比降,降低渗水压力,增宽堤防断面,减少或消除背河渗水、管涌等险情的发生。水利论文U5E)t5M4W6[*A

  历史上,黄河下游洪水漫滩时,菏泽地区黄河堤段多发生堤防渗水等险情。经过1991~1993年的引水淤临后,东明南滩淤区堤防在“96.8”洪水偎堤水深4m左右的情况下,堤身未发生渗水。淤临对于堤基下有强透水层的堤身浸润线降低效果尤其明显,东明南滩淤区堤堤防基土质属细沙和粉细沙,透水性较强。经计算,淤临后堤身浸润线降低约1m,出渗点下降1.5m。

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4.2 减缓顺堤行洪威胁

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  引水放淤,可淤高临河洼地地面0.5~2m,洪水漫滩时水深减少,经计算,顺堤洪水流速可降低30%左右,减缓了对堤身、堤根的冲刷,减缓顺堤行洪威胁。此外,淤临固堤防洪减灾作用巨大,就黄河堤防抢险而言,一次即可节省抢险费用几十万元甚至上百万元。水利论文Y uX+gQ6[F

4.3 改善临河生态环境

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  黄河下游引水淤临固堤,具有显著的社会效益和经济效益。引水淤临可把常年积水、杂草丛生的临河洼地改造成良田,改善生态环境。1990~1993年东明县南滩淤临区先后淤出土地共计155hm2,小麦产量按3750kg/hm2计算,一季增收小麦58.1万kg,经济效益十分显著。

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5 结语

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  目前,黄河下游堤防有一半存在堤河,消除堤防渗水、管涌、漏洞和顺堤行洪等险情,是黄河长治久安的重要内容。黄河下游滩区灌溉引水工程,多数考虑了引水放淤要求,为利用黄河中小洪水有控制地引水放淤提供了条件。引水淤临固堤,河务部门和地方政府迫切需要,积极性较高。在推广引水淤临固堤技术时,需统筹规划,解决好淤区下段退水淹没问题。引水淤临固堤已取得了初步经验,其作用是明显的,在临河洼地形成铺盖层后,可有效降低漫滩洪水流速,消除堤身渗水问题,改善临河生态环境。因此,要利用当前有利时机,加强黄河堤防安全建设,使引水淤临固堤技术在实践中不断完善和提高。水利论文$iz"F4T["g%R'V

参 考 文 献

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[1]《水工设计手册》第八卷,北京:水利电力出版社,第一版,1984年11月,l33页。水利论文1V)E2rZR E0e

[2] 邓盛明。黄河下游断流及对策研究。人民黄河,1997,(10),5~6页。水利论文5e/N5[q"e\)?F'W(n

[3] 黄河防洪志。郑州:河南人民山版社,第一版,1991年11月,141页。

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[4] 赵业安。黄河下游河道演变基本规律。郑州:黄河水利出版社。第一版1998年3月,36页。

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