灤河下游河道流勢(shì)分析與護(hù)岸工程措施

才永會(huì) 孫立宏

（新疆昌黎縣水務(wù)局 新疆 昌黎 066600）

1 灤河下游河道概況

灤河發(fā)源于河北省北部山區(qū)，穿越燕山山脈以后，穿京山鐵路橋進(jìn)入下游昌黎縣平原地帶，成為昌黎縣與灤縣、灤南縣、樂亭縣的界河，最后通過干流河道宣泄注入渤海。灤河下游流經(jīng)昌黎縣河段長(zhǎng)77km，在昌黎縣境內(nèi)的流域面積199.5km2，由于平原河段較短，其間沒有蓄滯洪區(qū)，護(hù)村埝、防洪大堤和防洪小埝是主要防洪工程措施。

灤河下游平原河段地質(zhì)區(qū)屬河北拗陷冀東部分，地貌呈平原類型，由山前平原向東南逐步變?yōu)闉春尤侵奁皆孛娓叱套兓痩m～20m，河道縱坡約為0.66‰，河漫灘由水流堆積作用形成，組成物質(zhì)較為松散。

河道呈平原游蕩性河道性狀，自京山鐵路橋以下逐漸變寬，比降減緩，遇中小洪水時(shí)，洪水挾沙量相對(duì)較小，對(duì)河岸沖刷力強(qiáng)，中泓在兩岸間擺動(dòng)頻繁，間隔性地給左岸昌黎縣段造成了南石各莊、赤崖等多處險(xiǎn)段，在各險(xiǎn)段，已逐年修建了護(hù)岸丁壩組，對(duì)控制中小流量洪水起到了一定的作用。

2 洪水特性

灤河洪水由暴雨形成，一般發(fā)生在7月、8月，地區(qū)分布不均勻，主要來自燕山南麓的暴雨區(qū)。由于流域暴雨歷時(shí)短（一次暴雨歷時(shí)一般1d～3 d）強(qiáng)度大，以及上游山區(qū)地面坡度陡、匯流快，因此下游洪水具有峰高、量大、勢(shì)猛的特點(diǎn)，一般洪水為3d～4d，洪水的年際變化懸殊，與降雨連豐連枯變化一致，大洪水有時(shí)也連續(xù)發(fā)生。

灤河流域據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，在1958年、1959年、1962年、1964年、1954年及 1994等年較大洪水中，主要來自潘家口以上的僅1958年，其最大6 d洪量約占灤縣站同期洪量的65%，其余年份均主要來自潘家口以下區(qū)間，其最大6 d洪量占灤縣站同期洪量的59%～84%。

以灤縣水文站1929年～2004年洪峰流量資料分析，灤河全流域性最大洪水年份為1962年，灤縣水文站實(shí)測(cè)洪峰流量達(dá)34000m3/s，另外1949年25200m3/s洪峰超過大堤標(biāo)準(zhǔn)（25000m3/s）。超過護(hù)村埝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（10000m3/s）的洪峰有6次，均發(fā)生在1964年以前，超過小捻設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（5000m3/s）的洪峰有21次，集中發(fā)生在1955年～1969年的共有7次，近年發(fā)生的有1984年8850m3/s，1994年6600m3/s，1995年 6600m3/s。

上游潘家口、大黑汀、桃林口等水庫工程建成后，使灤河下游50年一遇以下洪水組合得到了調(diào)整，較小洪水消除洪峰，中小洪水峰值也大幅度削減，這些調(diào)蓄工程對(duì)灤河下游洪水產(chǎn)生的作用可歸結(jié)為：一是來水量來砂量明顯降低，中小洪水發(fā)生頻率增多；二是洪峰流量降低，洪水歷時(shí)增長(zhǎng)。

3 河床地質(zhì)分析

灤河平原河道大部分河段河漫灘寬闊，局部有人工林，河道內(nèi)有沙洲。河灘地為薪積土，粗砂質(zhì)沉積物，無土壤發(fā)育過程，部分地方生有稀疏雜草。主河槽及岸邊分布風(fēng)沙土，母質(zhì)為灤河砂質(zhì)沉積物，在風(fēng)力作用下，搬運(yùn)堆積成起伏沙丘帶，質(zhì)地較粗，多生長(zhǎng)灌木或落葉喬木。

京山鐵路橋出山口為灤河水流擴(kuò)散區(qū)域，河床堆積物向下游粒徑逐漸減小，河床表層則多白粉細(xì)砂構(gòu)成，在出山口堆積扇扇頂處組成為單一的卵礫石層，厚約20m～30m，覆蓋范圍京山鐵路橋一西莊，到閏莊地區(qū)松散層加厚，期間坎上村地質(zhì)勘察揭露地層為灤河中、晚期沖洪積而成的粉土、粉細(xì)砂及卵石等沖洪積物組成，地層分布情況：0m～2.7m 為粉土，2.7m～6.5m 為粉細(xì)砂，6.5m～13.5m 為砂卵石，13.5m～22m 為粉質(zhì)粘土，22m～0m（未揭穿）為砂卵石層。

下游在赤崖河段，河床裸露有寬度近500m的含有姜石猴的粘土，這是灤河下游左岸唯一特殊的地質(zhì)條件。

南石各莊以下河段，河床均為細(xì)砂及粉細(xì)砂，經(jīng)對(duì)河床細(xì)沙取樣，其D90=0.4mm，D50=0.2mm，D10=0.1mm。砂層天然含水量自表層向深層呈增加趨勢(shì)，變化范圍16.5%～26.2%之間，各層干容重 1.48 g/cm3～1.75g/cm3。砂層抗剪強(qiáng)度由表層向深層逐漸增加，c=8 kPa～27kPa；Φ=27°~36.5°。滲透系數(shù)由表層向深層逐漸減小，表層可達(dá)8.9l×l0-3cm/s，而深層僅3.28×10-6cm/s。

4 河道流勢(shì)分析

由于河床由細(xì)砂組成，抗沖刷能力很差，河床有明顯沖淤變化，中泓搖擺不定，河道具有大水走直，水小走彎的特點(diǎn)。中小流量洪水基本從深槽下泄，主流蜿蜒曲折，絕大部分河床主槽處于半槽水情況，在不斷的沖淤變化中，主河槽在左右堤埝間呈“之”字形擺動(dòng)，左右岸險(xiǎn)段此消彼長(zhǎng)交替變換。遇大流量洪水，洪水不漫埝頂，對(duì)河槽具有調(diào)直作用。

將灤河下游游蕩性河道分為三段：上段京山鐵路橋至蔡各莊段，中段蔡各莊至渤河寨段，下段從渤河寨至入?？诙?。

上段河流長(zhǎng)度約15km，為典型的山前區(qū)河段，主流受地形影響較大，全部集中在右岸，歷史記載該段河岸曾發(fā)生兩次改道，但在修建京山鐵路橋時(shí)，天然的河道節(jié)點(diǎn)——獨(dú)石山被炸毀，故主流改變的可能性已經(jīng)很小，形成了左淤右沖的趨勢(shì)。目前左岸堤埝與主河槽之間已形成大面積河灘耕地，而主河槽均為沙灘。

中段長(zhǎng)34km，為典型的游蕩性河道。特征表現(xiàn)為河道寬淺散亂，河床與河岸的穩(wěn)定性均較差，主流較為順直但擺動(dòng)頻繁，局部沖淤變化劇烈，主流一般具有大水趨直，小水坐彎的特點(diǎn)，中小水坐彎時(shí)灘岸影響較大。在中小洪水情況下，水流受灘地影響，在兩岸間擺動(dòng)，間隔性地給左岸造成小史家口、茍家套、馬莊子、西趙莊、小營(yíng)等險(xiǎn)段。水流經(jīng)馬踏店沙壩后，在沙壩下游形成大面積淤地，水流自西東向折為南偏東，隨著右岸沙灘的不斷發(fā)育，給下游馮莊、歐坨造成了險(xiǎn)情。歐坨下游水流拐向?qū)Π逗笤僬刍?，?duì)渤河寨加大了沖刷，造成險(xiǎn)情。

下段長(zhǎng)26km，河段較順直。赤崖段地質(zhì)土層表現(xiàn)為含有姜石猴的粘土，抗沖刷能力強(qiáng)，主流靠近右岸。下游右岸西關(guān)、石各莊向河心凸出，河灘大而且有林木保護(hù)，故造成左岸南石各莊險(xiǎn)情加重，以下東石各莊至少佛林一帶灘地發(fā)育較大，主流靠近右岸，河槽拉深，水流自姜各莊公路橋以下開始左偏，造成左岸沖刷，另外加之左岸多為河灘耕地，右岸多雜草樹木，使得左岸糙率低，流速大，經(jīng)1994年～1996年洪水后，水流動(dòng)力軸線左偏，最終在左岸拗榆樹一馬良子段形成深槽彎道。

5 灤河左岸護(hù)岸丁壩

近年汛期灤河持續(xù)中小流量行洪，洪水位于主河槽內(nèi)，堤埝抗御和宣泄洪水的作用近幾年沒有發(fā)揮作用，而護(hù)岸丁壩對(duì)岸灘起到了巨大的保護(hù)作用。

為鞏固河岸線和保護(hù)堤防，有效的改變水流結(jié)構(gòu)，使河岸發(fā)生有利的變化，依據(jù)“守點(diǎn)顧線“的原則，昌黎縣在灤河左岸各險(xiǎn)段修建了護(hù)岸丁壩。依據(jù)丁壩結(jié)構(gòu)形式，丁壩大致可分為拋石丁壩，砼導(dǎo)流排和土工布丁壩三種形式，各種丁壩多布置成下挑式，壩軸線與水流向夾角65°～85°。

5.1 拋石丁壩

由于昌黎縣北部山區(qū)塊石產(chǎn)量較大，所以拋石壩全部有塊石筑成。壩頭采用8#鉛絲編制鉛絲籠，內(nèi)裝直徑不小于25cm的塊石構(gòu)成，丁壩嵌入岸灘部分稱為壩根，壩身及壩根由堆石筑成，表層干砌。壩身與壩頭的長(zhǎng)度之和稱為丁壩的有效長(zhǎng)度。

丁壩的橫斷面均為梯形，壩頂寬2m，兩側(cè)邊坡1∶2，壩頭向河心坡降1∶2。鑒于灤河中小流量洪水對(duì)河岸沖蝕作用大的特點(diǎn)，以平灘流量相應(yīng)水位作為丁壩設(shè)計(jì)高程標(biāo)準(zhǔn)，即壩頭頂部高程。為了促使水流集中于整沿線范圍內(nèi)，并使被整治河段的橫斷面面積隨水位漲落均勻變化，丁壩具有從河岸向河心的縱向坡降，同時(shí)考慮到丁壩應(yīng)在不同水位下都起作用，而又不致使河槽過分束窄，故將丁壩縱向坡度做成兩個(gè)：有效長(zhǎng)度超過45m的丁壩，有效長(zhǎng)度內(nèi)壩體向河心降低1m，壩根向河心降0.5m；有效長(zhǎng)度小于45米的丁壩，有效長(zhǎng)度內(nèi)壩體向河心降低0.5m，壩根向河心降0.5m。為防止水流繞壩根沖刷河岸，壩根一般伸入岸灘長(zhǎng)6m～8m，壩根上、下游采用干砌石護(hù)岸坡，長(zhǎng)度均為10m。

由于拋石壩施工簡(jiǎn)單，可適應(yīng)各種施工環(huán)境，所以昌黎縣65km的河岸線各險(xiǎn)段建拋石壩較多。但由于單個(gè)丁壩易折易毀，所以各險(xiǎn)段均連續(xù)布置幾道，形成丁壩組，共同起護(hù)岸作用。各丁壩間距依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式而定

式中，L——上一條丁壩的有效長(zhǎng)度；

a——丁壩軸線與水流方向夾角。

昌黎縣拋石丁壩護(hù)岸始于上世紀(jì)60年代，據(jù)多年的護(hù)岸效果觀察分析，其發(fā)揮的作用很是顯著的。以靖安段為例，70年代中期所修建的丁壩組，目前壩田已經(jīng)均被淤滿，淤積高度略低于壩頂，使該段河床發(fā)生了有利的變化，拓寬了河灘地，河岸線得到了很好的固定，1997年汛前在歐坨險(xiǎn)段修7丁壩形成一個(gè)丁壩組，經(jīng)1997年洪水檢驗(yàn)，護(hù)岸效果較好，壩田出現(xiàn)局部淤積，達(dá)到了預(yù)期目的。

5.2 砼導(dǎo)流排

砼導(dǎo)流排是傳統(tǒng)的透水建筑物與現(xiàn)代砼的結(jié)構(gòu)物。它以砼樁為支架，由橫梁連接成骨架，在枯水位以上鑲擋水板形成透水網(wǎng)格，對(duì)水流能導(dǎo)、能透，既起到消能、緩流、穩(wěn)流作用，又可使透過壩體的水流與導(dǎo)出去的主流在丁壩后產(chǎn)生的水流相抵消，形成靜水區(qū)，達(dá)到增加河床糙率，調(diào)整河床，平順?biāo)鞯哪康?，同時(shí)避免了不透水的丁壩上游壅水產(chǎn)生的壩后淘刷，從而起到控制河勢(shì)擺動(dòng)，保護(hù)河岸局部區(qū)域的作用。

砼導(dǎo)流排末端與河岸相連，另一端伸向河槽，壩體垂直河流布置，透水率在30%～35%之間，壩頂高程略高于河灘地。樁基礎(chǔ)入土深度取決于樁身所受的荷載和樁周圍與其端部的抗力平衡要求，河槽段樁基礎(chǔ)入土深度采用在穩(wěn)定沖刷深度以下。

上世紀(jì)70年代末期，昌黎縣水務(wù)局在灤河左岸南新莊險(xiǎn)段修建了砼導(dǎo)流排，為起到更好的護(hù)岸作用，在該險(xiǎn)段連續(xù)修建了四道，構(gòu)成了丁壩組，壩體間距為壩長(zhǎng)的2.5倍。經(jīng)多年灤河洪峰攜帶泥沙的淤積，目前壩田已全被淤滿，經(jīng)過多年鞏固，該處淤出的河灘地已被固定，而且對(duì)險(xiǎn)工段上、下游河道皆無影響。事實(shí)證明，砼導(dǎo)流排河岸線的整治作用很突出，起到了較好的護(hù)岸效果。

5.3 土工布丁壩

土工布具有強(qiáng)度大，柔性好的有點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于灤河護(hù)岸工程，昌黎縣在灤河左岸西趙莊、馮莊、北石等險(xiǎn)段均修建了土工布丁壩。

壩體全采用土工布包砂，壩體及四周設(shè)置砼壓載塊，壩根嵌入岸坡，壩頂高程與河灘地齊平，壩體斷面形式及丁壩組的布置與拋石壩相同。

昌黎縣西趙莊險(xiǎn)段，河灘地較開闊，枯水期呈現(xiàn)干灘，適合于土工布丁壩施工，1997年汛前，昌黎縣水務(wù)局在該處修建了6道土工布丁壩，形成了丁壩組，經(jīng)1997汛期洪水檢驗(yàn)，其護(hù)岸效果較好，壩田出現(xiàn)了大面積淤積，該險(xiǎn)段的坍塌河灘地現(xiàn)象得以有效控制，河岸線得以固定。同時(shí)，丁壩基本未出現(xiàn)毀壞情況，解決了拋石丁壩易折易塌的問題。

6 結(jié)語

針對(duì)昌黎縣灤河下游游蕩型河道流勢(shì)，左岸昌黎縣河段護(hù)岸工程措施主要是以上三種丁壩形式，各壩型各有優(yōu)點(diǎn)，其護(hù)岸效果較理想，針對(duì)各壩型的施工特點(diǎn)及各險(xiǎn)段的實(shí)際情況，應(yīng)采取不同的護(hù)岸措施，以達(dá)到最好的護(hù)岸效果。陜西水利

[1]人民交通出版社,《平原航道整治》.

[2]李西平,《井柱網(wǎng)格透水丁壩技術(shù)》,水利水電技術(shù),1997年第2期.

[3]灤河工程管理局,《“96.8”灤河下游洪水調(diào)查》.