水工设计手册(第2版)第2卷:规划、水文、地质
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1.7 河道整治规划

河道整治规划根据规划河流或河段的治理开发与保护任务,按照河道演变规律,采取各种治理措施改善河道边界条件、河道平面(或断面)形态和水流流态,以恢复或改善生态环境,维护河流健康。河道整治规划应根据流域规划的总体安排,研究确定规划整治范围(如长江主要为中下游河段)、整治的重点河段、总体治理方向、规划总体布局、总体实施步骤等,一般应包括以下主要内容。

(1)研究确定河道整治需遵循的基本原则、主要整治任务和不同规划水平年须达到的整治目标。

(2)在调查分析规划河流或河段目前存在的主要问题、河道演变规律及其发展趋势的基础上,根据不同规划水平年经济社会各部门的治理、开发与保护需求,研究确定规划河流或河段的河势控制规划或治导线规划。

(3)根据河势控制规划或治导线规划,研究确定河道整治方案和整治总体布局,在此基础上制定河道整治工程规划。

(4)河道整治具有较强的时效性,上下游、左右岸不同整治工程之间关系密切,应根据总体整治布局、工程的轻重缓急、不同规划水平年的整治目标,研究确定规划分期实施方案。

1.7.1 河道整治规划的任务与整治原则

1.7.1.1 规划任务的确定

根据流域(或河流)综合规划对本河流(或河段)提出的治理、开发与保护任务,研究哪些任务需要通过河道整治来加以实现。由于不同河流的自然特性及所在地区的经济社会发展水平差异较大,其河道整治规划的任务也会有所不同,但一般应包括以下方面的规划任务。

(1)河势控制。采取必要的工程措施,维持河流(或河段)总体河势的稳定,既可避免河势变化引起的崩岸威胁堤防安全以及对沿岸经济布局带来的重大影响,又可更好地为航运发展、岸线利用、引排水、洲滩利用、江砂资源开发提供稳定的河势条件。因此,河势控制是河道整治规划最主要的任务之一。

(2)防洪。河道整治是防洪综合治理的重要措施之一。河道整治规划中要研究整治疏通河道,提高河道泄洪能力,减少崩岸对堤防安全的威胁,调整河势减轻防洪压力等工程措施。

(3)航运。对于通航河流,改善通航条件,更好地发挥水运对经济社会发展的促进作用,是河道整治的重要任务之一。河道整治规划中,应重点研究通过河势控制、河道整治和疏浚等措施,稳定并逐步改善航道及港口条件。

(4)供水灌溉。综合分析沿岸地区供水灌溉对河道整治的要求,研究提出满足这些要求的河道整治措施,如稳定取水口取水条件、改善水质、保证水量及维持最低水位等。

(5)岸线利用。沿岸码头、桥梁、过河管(隧)道、取排水口、临港工业等方面的岸线利用,需要以稳定的河势、优良的水域条件及稳定的岸线为前提。因此,尽可能满足沿岸经济社会各部门对岸线利用的要求,是河道整治规划的任务之一。

(6)水环境保护。通过(或结合)河道整治,增加河流(或河段)水体的纳污能力、消灭钉螺、减轻河口咸潮入侵等,也是河道整治规划中需要实现的任务之一。

1.7.1.2 河道整治规划需遵循的基本原则

河道整治规划一般应遵循“因势利导、全面规划、远近结合、分期实施”的基本原则,具体包括以下方面。

(1)应充分遵循河道的自然演变规律及演变趋势,抓住有利时机,因势利导地将河道整治成为适应沿岸经济社会发展要求的优良河道。

(2)应统筹协调各部门、各地区对利用与保护规划河流(或河段)的各方面要求,妥善处理好上下游、左右岸之间的关系,进行全面规划,综合治理,实现综合利用与保护。

(3)既要考虑近期需要,解决当前迫切需要解决的问题,又要预估将来的发展要求,务使近期整治有利于远期发展而不致成为障碍,做到远近结合。

(4)根据整治任务的轻重缓急,突出重点,优先实施最紧迫、最重要的工程。

1.7.2 河道演变分析

河道演变分析是河道整治规划的一项重要的基础性研究工作,是制定河势控制规划、河道整治方案、整治工程布局和分期实施方案的重要依据。以下所阐述的河道演变的有关要求及分析方法是针对近代冲积平原河流而言的,但也可供山区非冲积河流的演变分析参考。

不同的河型及不同的工程措施,河道演变分析的重点、主要内容、分析的深度要求及采用的分析方法会有所差异,但总的要求均是以能指导河道整治方案的确定为基本原则。

1.7.2.1 分析范围的确定

河道演变分析范围除拟整治的河段外,还需分析影响本河段河道演变的上游河段、大支流入汇段和分流段以及可能受本河段因整治而发生演变影响的下游河段。

1.7.2.2 分析的主要内容

河道演变分析分为历史演变分析和近期演变分析,以近期演变分析为主。

历史演变分析主要是根据有关文献、史志、地貌考证、历史图件记载、有关地形图等资料,通过综合考证、分析,描述现有河道的历史形成过程、演变规律、上下游河段间的演变关系及主要影响因素等宏观演变特征。重点对20世纪50年代之前100年左右的河道演变过程进行描述和概括总结。

近期演变分析一般应包括近期演变过程和演变特征(或演变规律)、主要影响因素、演变趋势预测等三方面内容。近期演变特征主要通过河道深泓线(或水流动力轴线)变化、汊道兴衰、洲滩演变、岸线变化、河道冲淤、纵横断面变化等方面的综合分析,总结归纳近期河道的主要演变过程。影响河道演变的主要因素一般从以下几个方面入手:①河段的来水量及其变化过程;②河段的来沙量、来沙组成及其变化过程;③河床形态变化及边界条件的改变;④人类活动的影响。演变趋势预测主要是在分析河道近期演变规律、主要影响因素的基础上,根据将来可能的变化情况,定性(或粗略定量)预测河道的可能演变趋势,包括河型变化、平面形态变化、主流(或深泓线)变化、分汊河段主支汊的稳定性、岸线的稳定性、河道冲淤变化趋势等。

1.7.2.3 分析的主要方法

河道演变过程是一种极为复杂的现象,影响因素错综复杂,要作出精确的定量分析,现阶段仍较为困难,但定性分析和对某些问题的粗略定量分析是可能的,也是必需的。通常可采用以下几种基本方法进行分析研究。

(1)原型观测资料分析。采用历年实测河道地形图、有关水文站(水位站)的测验资料、分汊河段分流分沙测验资料、床沙取样资料、历年河道固定断面测量资料、河床及河岸地质资料等,对河道的演变过程、演变特征、主要影响因素及未来演变趋势进行综合分析与预测。

(2)数学模型计算分析。运用泥沙运动基本理论和河道演变的基本原理,对河床变形进行理论计算与分析。

(3)河工模型试验。运用河工模型试验的基本理论,通过定床或动床模型试验,对天然河道的自然演变趋势以及河道整治工程实施后的河道演变趋势或水利水电枢纽工程修建后下游的河道演变趋势进行预测。

(4)类比分析。对于缺乏实测资料的河段,或为了进行对比分析和相互印证,可利用条件相似河段的实测资料,对研究河段的演变过程或演变趋势进行类比分析。

以上方法可以单独运用,也可以联合运用,相互比较,以得到较为可靠的认识。一般对重要河流(或河段)的重大问题,需要尽可能运用多种方法进行综合分析研究;对次要问题,可采用上述基本方法中的原型观测资料分析和数学模型计算分析进行研究。

1.7.3 河势控制规划

河势控制规划是根据规划河段的各项治理要求,经综合分析确定的控制河道平面形态、主流走向和主要汊道分流形势的总体规划,它是制定河道整治方案、确定整治工程布局的基础和主要依据。

河势控制规划的主要任务有以下几方面:对于以维持现有河势稳定为主要整治目标的河段,其主要任务是确定主流的基本走向及需要采取的工程措施;对于需改变河道平面形态或断面形态的河段,其主要任务是制定治导线规划及需要采取的规划整治工程布局;对需要减少分汊的河段,其主要任务是要研究确定所选择的主汊、需封堵的支汊、希望达到的分流态势以及需采取的工程措施布局;对需要进行人工裁弯的河段,其主要任务是研究确定新河的规划方案、裁弯后需采取的河势控制工程布局等。

对具有相当规模采砂的河道,应明确采砂范围、控制线和基本尺度,以防止河势的变化;河道洲滩、边滩的开发利用,应服从总体规划安排,并有利于河势稳定和主泓的控制。

1.7.4 治导线规划

1.7.4.1 治导线的分类

根据河道整治任务的不同,治导线一般可分为洪水治导线、中水治导线和枯水治导线三类。

(1)洪水治导线。洪水期过大的流量会造成河堤漫决、河岸崩塌或滩地剧烈冲刷,以致威胁堤防安全。为此,需根据总体防洪规划的要求,对洪水河床进行整治,主要包括人工裁弯取直、河道卡口拓宽、修建堤防和护岸等措施。洪水治导线主要用以确定两岸堤防的走向及间距。

(2)中水治导线。中水整治主要是对受河漫滩河岸约束的河床部分(即平滩水位下的河床部分)进行整治,以达到控制(或改善)河势、保持主流走向基本稳定、稳定洲滩及岸线,并为枯水整治提供基本河势条件。中水治导线用以规定整治后中水平滩河床内的主流基本走向及河道平面形态。

(3)枯水治导线。枯水整治一般是为满足航运、供水灌溉、生态环境需水等要求所开展的对枯水河床进行的整治活动。枯水治导线用以规定整治后枯水河床内的主流基本走向及河道平面形态。

1.7.4.2 治导线确定的方法及基本要求

1.洪水治导线

洪水治导线应以所在河段的防洪规划标准为基本依据,根据设计泄洪流量,拟定不同的治导线宽度、走向及线型,通过简化水力学或平面二维数学模型计算,分别计算滩地流速、主槽流速、沿程水位等水力要素,分析不同治导线方案下水流对河岸及堤脚冲淤的影响、沿程水位不同可能带来的不利影响以及水流流态的优劣,经综合比选确定。一般而言,较优的洪水治导线,可尽量减少河岸及滩地的冲淤幅度,满足沿岸行洪对本河段沿程洪水位的要求,使洪水主流顶冲部位尽可能多地与中水主流顶冲部位基本一致。

2.中水治导线

中水治导线应以所在河段的造床流量(或平滩流量)为基本依据,采用如下方法经对比分析后确定中水整治河宽。

(1)河相关系法。根据造床流量、来沙量、河床地质组成、河段地形条件等资料,选用合适的河相关系公式,分析中水河槽的河相关系,确定中水治导线的基本河宽。

(2)优良河段法。根据整治河段的实际情况,选择可供类比的优良河段,点绘水面宽与流量的关系,根据造床流量,推求出相应河宽作为中水整治河宽。

(3)模型模拟分析法。对于重要河流或问题复杂的河流(或河段)的中水整治,可采用数学模型计算或河工模型试验手段,对不同的规划治导线进行对比分析,选取整治后河势较稳定、整治效果较好、负面影响较小的整治河宽作为规划中水整治河宽。

中水治导线规划还需拟定较为合适的治导线平面形态。其线型的确定,应根据整治的目的和要求,因势利导,从河道特性和河床演变分析得出的结论确定治导线的位置;应尽可能利用已有的整治工程、河道天然节点和抗冲性较强的河岸;应左右岸兼顾,洪、中、枯水统一考虑,并与上下游具有控制作用的河段平顺衔接。

3.枯水治导线

枯水治导线的宽度可根据航运、供水灌溉和生态环境需水等功能性输水流量,参照中水治导线宽度的确定方法综合分析确定。有通航任务的河段,枯水河槽整治河宽应大于批准的航运规划确定的航道尺度,并满足最低通航水位时航运要求;有灌溉和供水任务的河段,其枯水河槽整治河宽应满足河段设计输水流量、引水流量和引水高程的要求及泵站的设计提水流量和水位的要求;有生态环境需水要求的河段,其枯水河槽整治河宽应满足河道生态环境流量的基本要求。

枯水治导线的线型应在中水治导线的基础上制定,并要求枯水流向与洪水、中水流向的交角不宜太大;应尽量利用较稳定的边滩和江心洲、矶头等作为治导线的控制点;有通航要求的河段,枯水治导线的位置应按集中水流形成具有控制作用的优良枯水航道的要求制定。

1.7.5 不同类型河段河道整治的基本原则与整治措施

1.7.5.1 顺直型河段

对顺直型河段的整治,应以维护、稳定现有河势为主要整治目标。需修筑堤防的,其堤线应平顺,基本与洪水流向一致,并应留出足够的滩地和泄洪断面,以安全通过设计泄洪流量。需要扩大河道时,中水治导线应与现状河道走向基本一致,且规则平顺。整治工程的平面布置及结构型式应与堤线、岸线较为一致,避免采用对水流流向控导作用强的整治工程。进行浅滩整治时,应根据枯水治导线规划,研究采取稳定浅滩、缩窄枯水河槽以及疏浚等整治措施,满足枯水整治要求。

1.7.5.2 分汊型河段

分汊型河段的整治,应根据国民经济各部门的要求、水流泥沙特点和汊道演变规律,研究稳定汊道、塞支强干、改善汊道等整治方案的合理性与可行性。当分汊型河段的发展演变过程处于对国民经济各部门总体有利的状态时,宜采用整治措施将这种有利状态稳定下来;在一些分汊型河段中,为满足国民经济发展的需要,可采取塞支强干的整治措施,但是堵汊对河段的防洪、排涝和其他方面的影响,应充分论证、慎重采用,选择逐渐衰退的汊道加以堵塞;当分汊型河段的发展演变过程出现与国民经济各部门的要求不相适应的情况,又不可能或不允许通过塞支强干加以治理时,可采用相应的整治措施,改善汊道分流形势。

1.7.5.3 游荡型河段

游荡型河段的整治,应以稳定河势流路为前提,采取工程措施逐步限制主流的游荡摆动范围。应综合分析河流的来水来沙特性、河势流路及演变规律,以及该河段上下游已采取的工程措施,合理选择河道整治方案,研究确定规划治导线(主要是中水治导线),并据此研究需采取的控导工程规划布局。

游荡型河段的治理主要包括河槽整治与滩地整治两部分。河槽整治应以修建控导工程为主,即依照治导线规划,积极修建控导工程,控制河势,缩小游荡范围;滩地整治主要是采取工程、生物等措施治理串沟、汊河,或利用含沙洪水漫滩或采取人工措施制造高含沙水流引入滩区,淤高滩地。

1.7.5.4 弯曲型河段

对适度弯曲型河段,宜维护、稳定现有河势,采用防护工程控制凹岸发展,或采用控导工程适当改善弯道形态。

对过度弯曲型河段,应充分论证实施裁弯工程的必要性和可行性。裁弯的规划引河线路,应与上下游河势平顺衔接,不应引起上下游河势的剧烈变化,并根据各种因素进行多方案综合比较,通过河工模型试验论证确定。当引河发展到最终断面后,为巩固裁弯成果,应在凹岸采取适当的护岸工程措施。当需要系统裁弯时,个别裁弯应放在系统裁弯中统一考虑,裁弯顺序宜自下而上进行。

1.7.5.5 河口河段

河口河段所涉及的整治主要是指入海河流的河口段整治。对大江大河的河口段、水流泥沙运动比较复杂的河口段以及在国民经济发展中占重要地位的河口段的整治,都应在河口综合开发利用规划的指导下,深入研究河口段河床演变的规律和演变趋势,开展数学模型计算分析及河工模型试验研究,论证比选整治工程方案,满足河口段近期和远景整治任务的要求。

潮汐河口段的河道整治主要包括河势控制与河道整治、航道整治、堤防的防护、保滩护岸、塞支强干、洲滩并岸、导流输沙、河槽疏浚和防咸潮上溯等。

在潮汐河口实施的维护河口平面形态稳定的河势控制或控导工程、缩窄河宽的围垦工程、保护滩岸的护岸工程、洲滩并岸或塞支强干的堵汊工程和锁坝工程、导流排沙入海的导流堤工程等措施,应统筹兼顾防洪、航运、引排水、土地资源利用、岸线开发利用等近期、远期要求,以中水治导线规划为指导,分阶段逐步实施。

潮汐河口的航道整治工程,应根据航运规划确定的通航标准,以相应的航道整治治导线为指导,采取整治、围垦、疏浚等措施,分阶段达到不同规划水平年的航道建设标准。

对多沙河流的潮汐河口段,除对现行流路进行整治外,应留足河道的摆动范围和预留一定的治沙区域,并应规划若干条备用流路,做到有计划地改道。