河道整治工程中沖刷深度的計(jì)算與選取

李曉夢(mèng)　戴　雪　尹飛翔

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南　鄭州　450003）

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河道整治工程中沖刷深度的計(jì)算與選取

李曉夢(mèng)戴雪尹飛翔

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州450003）

摘要：根據(jù)已有河道水力條件，利用相關(guān)沖刷深度計(jì)算公式，對(duì)河道整治建筑物丁壩、人字垛及平順護(hù)岸的沖刷深度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)條件及治理思路選取合適的平均沖刷深度。

關(guān)鍵詞：河道整治工程；沖刷深度；治理思路；選取

在現(xiàn)代治河工程中，為了抵御河水沖刷兩岸，一般對(duì)沖刷坑用相應(yīng)的塊石進(jìn)行填充，要確保河岸穩(wěn)定安全，就要確定合適的沖刷深度來計(jì)算填充料的方量。

河道整治工程中主要利用的建筑物包括丁壩、人字垛及平順護(hù)岸，這三種形式建筑物建成后都強(qiáng)制改變水流的方向或者限制水流的形態(tài)，若不加防護(hù)會(huì)很快在建筑物的根部沖刷出一定范圍的大坑，影響建筑物的安全穩(wěn)定。因此在實(shí)際使用中，需計(jì)算建筑物相應(yīng)水流條件下的沖刷深度，利用塊石等穩(wěn)定性好的填充材料進(jìn)行填充保護(hù)。所以，沖刷深度的準(zhǔn)確性和與實(shí)際情況的契合性，對(duì)于河道整治建筑物的設(shè)計(jì)來說十分重要。為了對(duì)現(xiàn)有的多種沖刷深度計(jì)算公式進(jìn)行比較驗(yàn)證，筆者選取工程中比較常用的4種公式，分別根據(jù)某河的水文資料進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行比較，提出設(shè)計(jì)值選取的思路［1］。

1　丁壩、壩垛的沖刷深度計(jì)算

根據(jù)最新的河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范推薦以及工程界常用的公式，選取如下4種計(jì)算公式計(jì)算壩垛的沖刷深度。

1.1K.B.馬特維也夫公式

沖刷深度按K.B.馬特維也夫公式計(jì)算：

式中：hs為沖刷坑水深（m）；α為水流與丁壩軸線夾角（度）；v為丁壩壩前水流行近流速（m/s）；g為重力加速度（m/s2）；d為床沙粒徑；k1為與丁壩在水流法線上投影長(zhǎng)度b有關(guān)的系數(shù)；k2為與丁壩邊坡系數(shù)m有關(guān)的系數(shù)。

1.2E·B·波爾達(dá)柯夫公式

河床質(zhì)粒徑較細(xì)時(shí)沖刷深度按E·B·波爾達(dá)柯夫公式計(jì)算：

式中：hs為沖刷坑水深（m）；h0為行進(jìn)水流深（m）；v為壩前行進(jìn)流速（m/s）；m為根石邊坡系數(shù)；α為水流方向與壩垛軸線夾角（度）。

1.3Siow Lim Yong公式

Siow Lim Yong公式為：

式中：D50為床沙中值粒徑，取0.03m；Fr0為渾水弗勞德數(shù)；b,為丁壩沿水流方向投影長(zhǎng)度。

1.4張紅武公式

張紅武公式為：

式中：v0為水流的行進(jìn)流速；h0為行進(jìn)水流深度；v為水流黏性系數(shù)；D50為床沙中值粒徑；Sv為體積含沙量；γs為泥沙容重；γ為水容重。

2　計(jì)算成果

利用以上4種計(jì)算公式，通過對(duì)某河道A、B、C、D、E 和F六個(gè)河段的洪水情況和中水情況分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果如下。

2.1E·B·波爾達(dá)柯夫公式

E·B·波爾達(dá)柯夫公式的計(jì)算結(jié)果見表1。

2.2Siow Lim Yong公式

Siow Lim Yong公式的計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 E·B·波爾達(dá)柯夫公式的計(jì)算結(jié)果

3　計(jì)算成果分析

通過利用以上2種公式分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出了不同工況下水流對(duì)河床的沖刷程度，經(jīng)過對(duì)此段河道河床的探摸，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，E·B·波爾達(dá)柯夫公式計(jì)算出的結(jié)果更接近于實(shí)際情況，在本段河道治理時(shí)，選取了6.00m作為沖刷深度，而E·B·波爾達(dá)柯夫公式計(jì)算出的沖刷深度平均值為6.17m。

可見在計(jì)算河道沖刷深度時(shí)，需要選用合適的公式，并且在選取沖刷深度值時(shí)應(yīng)考慮工程治理的具體情況，河床演變發(fā)展的速度及經(jīng)濟(jì)條件，不能僅憑公式計(jì)算值就確定沖刷深度，同時(shí)還需要考慮實(shí)際已建工程的沖刷深度探摸情況［2］。

3.1沖刷深度探摸

對(duì)已建工程沖刷深度的探摸十分重要，結(jié)合沖刷深度計(jì)算公式的計(jì)算值，對(duì)探摸情況和計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，選取合適的計(jì)算公式，取更接近實(shí)際情況的數(shù)值作為沖刷深度選用值［3］。

3.2結(jié)合河床演變速度

根據(jù)河床演變速度，如果河床演變發(fā)展較快，即需適當(dāng)加大河道沖刷深度值的選取，考慮更穩(wěn)妥的方案對(duì)河道進(jìn)行防護(hù)。若演變較慢，可適當(dāng)減小沖刷深度選取值。

表2 Siow Lim Yong公式的計(jì)算結(jié)果

3.3結(jié)合經(jīng)濟(jì)情況

適當(dāng)考慮工程可用資金情況，資金充足的情況下，可以選用偏保守的取值。反之，則可選取允許范圍內(nèi)盡可能小的沖刷深度值，或者分期分批建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50707-2011［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［2］中華人民共和國(guó)水利部，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50286-2013［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［3］于鐵柱，周城，孫鐵軍.黃河內(nèi)蒙古段河道整治工程沖刷深度計(jì)算［J］.人民黃河，2014（3）：4-6.

中圖分類號(hào)：TV85

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168（2016）02-0092-03

收稿日期：2016-01-17

作者簡(jiǎn)介：李曉夢(mèng)（1988-），女，助理工程師，研究方向：水工設(shè)計(jì)。

Calculation and Selection of Scour Depth in River Harness Project

Li XiaomengDai XueYin Feixiang
（Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract:According to the existing river hydraulic conditions,the groins,herringbone dams and revetments scour depth were calculated with Related formulas,and the results were analyzed.At last,the suitable aver?age scour depth choosing should be based on economic conditions and harnessing ideas.

Keywords:channel harness project；Scour depth；river harnessing；choose