河床淤积问题现状及治理措施探析_林子谷.pdf

115 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）河床淤积问题现状及治理措施探析林子谷（兴宁市水口镇人民政府，广东 梅州 514587）摘 要：为增强河道的行洪能力，文章分析了宋声河局部段河床淤积的现状及其成因，并探讨了河床淤积问题的治理措施，提出了清理大型垃圾射流式环保清淤采集泥沙并外运的治理方案。利用高压水枪进行河内的射流式清淤工作，在淤积清除的河道处增设人工渠道、小型丁坝等防泥沙淤积的水利设施。为了检验河床淤积的治理效果，监测记录相应局部段清淤后的淤泥淤积厚度与过洪峰值，与原河道淤积状态进行对比，发现：治理后的淤泥淤积厚度均比治理前的淤积厚度小。相同水位下，四处河段淤积治理后的过洪峰值均高于治理前的过洪峰值，分别高 80.0m3/s、90.0m3/s、120.0m3/s、60.0m3/s，表明河道局部段河床的淤积问题得到了有效治理，有效提高了河流的泄洪能力，形成河床稳定输沙、过沙的平衡机制，促进了河道的生态稳定建设。关键词：河道治理；河床淤积；治理措施；生态稳定建设 中图分类号：X522 文献标识码：B文章编号:1007-7596（2022）12-0115-04 收稿日期 2022-11-08 作者简介 林子谷（1 9 9 5-），男，广东梅州人，助理工程师，研究方向为水利工程运行管理、水电 站运行管理、水利工程美化亮化、堤防管理、堤防抢险。0 引 言随着我国生态文明建设理念的进一步推进，我国河流的治理工程不断地发展前进。河流治理工程对当地城市社区的社会经济发展有推动作用，与当地居民的生活状态息息相关，对于保障当地居民良好的生活状况与生命财产安全有重大意义1-2。河流的治理工程包括了水土流失治理、防洪泄洪治理、河道清淤治理以及护岸修整治理等工程3。其中，河道淤积的问题在河道治理工程中非常常见，河道、河床的淤积，会使河道的泄洪能力明显下降，造成河流的淤堵，导致大量的杂质泥沙、垃圾等污染物沉积在河道内，污染河道的水环境，降低河道的搬运能力，长此以往，也会导致河道河堤的安全隐患增大，影响河道的生态平衡 4。对河道的淤积进行疏浚治理，可以提高河道的泄洪性能，改善河道的水生态、水环境，提高河道所属流域的安全、稳定性，有效改善河道所属流域的生产状态以及生态环境，提高当地的经济发展建设5。基于以上背景，本文通过分析河道局部段的河床淤积问题及现状，研究了相关的河床淤积的治理措施，为河道的泥沙淤积问题提供一种可行性参考措施，希望可以提高河道的生态环境建设，促进我国河流治理工程的建设发展。1 河床淤积现状宋声河位于兴宁市水口镇，是属于梅江右岸的一级支流。由于宋声河下游河段部分区域已经建立了堤防，且河道两岸的植被较为茂密，较零散地分布着居民居住区及农作物田地，故本文仅针对该河段中的局部险情段进行研究。宋声河设计治理长度为 10.5km，护岸建设长度为 6.527km，集雨面积约DOI:10.14122/ki.hskj.2022.12.031 116 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）为 39.52km2，属于亚热带季风气候区，多年平均气温 21.2，平均降雨量 1537.6mm。经调查，发现部分河道的局部河床处出现了程度不一的泥沙淤积问题，影响了河流的泄洪防汛能力。淤积段河道的断面面积降低，出现了漏滩现象，影响了河流两岸的安全。由于泥沙的持续淤积，导致河床不断，在整体流域中，形成了小范围淤堵段，不利于流域的整体输沙平衡，对河道的安全泄洪进程造成了影响。不同河段的河床淤积量可见表 1。表 1 宋声河局部段河床淤积分布情况表控制断面宋声河河口支流一汇入口支流二汇入口支流三汇入口支流四汇入口河段桩号K0+000K2+000K5+000K6+900K9+800河段长度（m）73112109111106河道比降（）0.91.31.11.21.1平均水流速度（m/s）0.020.030.010.050.04河道平均宽度（m）75068582370276.8河床淤积量（m3）3209641542394634023140215平均淤积厚度（m）1.201.251.051.131.09集雨面积（km2）39.5333.6730.5826.7722.65干流河长（km）20.7218.7215.7213.8210.92干流坡降0.00840.01000.01260.01480.02152 分析成因并提出方案 针对淤积情况进行了成因调查，发现河段产生淤积的局部段，输沙与整体河道不平衡，造成了泥沙的沉积，进而形成了淤堵。根据对淤积河道周围的调查，淤积河道周围的植物较正常地区生长状态较差、生长量低，在河水长期的冲刷下，形成了大小不一的沟壑，导致河床高低不平，影响了正常排水，造成了泥沙淤积。根据上述河道淤积现状及成因，分析研究治理措施，进行河道清淤、疏浚工程，恢复河道的泄洪抗汛能力，稳定河道。由于宋声河道位于梅县区域内，其正常流通才能保证当地居民的正常生产及生活。因此，要求河道进行不断流的清淤方法，在保证河道正常水位、常态运营情况下，利用相关功能性船只，在水面上进行清淤操作。在此基础上，为响应国家提倡的绿色生态环境建设原则，治理过程中不对河流造成二次污染，本次清淤方式选择环保清理淤泥的方法，在清理淤积的同时，有效改善河流的生态环境平衡。基于以上分析，设计环保、不断流的清淤方案：应用垃圾预处理装置，将清淤段内直径大于 1cm 的石块、白色垃圾以及树枝等较大垃圾进行预处理，选择射流式清淤方式，对河内多余泥沙进行清理，并安装泥浆泵管，采集淤泥，将其运至指定地点进行填埋，达到清淤疏浚的治理效果。同时，增设河道相关防渗装置，如泄洪闸、排水渠等，保持河道泄洪的正常运行，降低泥沙淤积的可能性，防止治理后泥沙再次淤积。3 实施清淤治理方案在船只上安装垃圾预处理装置，将清淤段内直径大于 1cm 的石块、白色垃圾以及树枝等较大垃圾进行预处理。清理掉大直径垃圾后，在船只上装设高压水枪，在不同的淤积段进行工作。同时，在水枪控制处安装圆体状的滚动钢架，便于在水下对高压水枪进行控制，使其可以在水中不同位置，以及不同深度进行清淤工作对河流内淤积泥沙施加射流压气作用，使泥沙运动，并将其清除。计算淤积泥沙在河中的运动情况，为清淤治理提供数据基础。设河内每一粒淤积泥沙均为圆球形状，计算其在河内受力的计算过程如式（1）所示：22228ddCSvCD vF=（1）式（1）中，Cd代表阻力系数，v 代表河水的速度，代表河水的比重，S 代表颗粒的有效面积，D 代表颗粒的直径。由于淤积泥沙的实际形状不会总是标准的圆球形状，故淤积泥沙在河内还会受到自身重力及河水浮力的影响，可表示为公式（2）：117 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）()()311332gDfVg=（2）公式（2）中，V 是体积，g 是重力常数，是河水的比重，1是泥沙颗粒的比重，与构成泥沙颗粒的材质有关。为了便于讨论，可将公式（1）、（2）合称为沉降力。根据以上计算，对河流内淤积泥沙施加射流压气作用，使泥沙运动，并将其清除。在水枪控制处安装圆体状的滚动钢架，便于在水下对高压水枪进行控制，使其可以在水中不同位置，以及不同深度进行清淤工作。为达到最高效的治理效果，在下水前，需要分析高压水枪装置工作的影响因素，调试最优的工作状态6。射流式清淤需要考虑河流流速、射流速度、射流喷嘴以及射流的角度等因素。高压水枪工作的几何参数示意图如图 1 所示。l1边坡冲蚀区域水流方向v泥沙中值粒径r河水密度沙床面喷射方向v0水平面图 1 射流式高压水枪工作原理示意图根据图 1 显示的工作原理，设计高压水枪工作的冲蚀参数，0.35：211010rlvg r=（3）式中，g 表示重力加速度，r 表示淤积泥沙颗粒的中值粒径，v0表示高压水枪喷嘴的喷射流速（m/s），r1表示喷嘴的直径（mm），l1表示喷嘴工作时与河道沙床的垂直距离（m），表示淤积泥沙的密度，与河水的密度差值。计算得到该冲蚀参数的数值为 1.14，根据该冲蚀参数，计算淤积泥沙颗粒悬浮的临界流速 v：16011()1.14mmHvglml=|（4）式中，m0表示淤积泥沙的容重，m表示河水的容重，H 表示河水宽度。根据上述计算，设定高压水枪的水下清淤速度。通过高压水枪在水下射流产生的低压水流、气流环境，扰动淤积泥沙，将泥沙悬浮在水中，利用船只上增设安装的泥浆泵管，采集悬浮的泥沙，并将采集的泥沙运至指定地点进行填埋处理，完成河床淤积的清理工作。4 增设防淤积水利设施在对现淤积河床段进行清淤处理后，考虑到河道自身的水流冲淤与挟沙能力对河床淤积的影响，在清淤处理过四段河道处，增设人工渠道、小型丁坝，通过加大过水断面与抵抗过水冲刷，利用简单的施工调整河道的河水流速，抵抗泥沙的淤积 7。在凸型河道河床处，挖掘矩形断面的人工渠道，增大过水断面，渠道与原河床的边坡为 6.0，在渠道上侧架设钢架桩，按间距1.5m的排列进行布置，起到拦截浪潮的作用，增大过水断面后，流水可以在此处加大流速，使得河水流速大于泥沙的抗冲刷流速，使得泥沙不会沉积在河道内，河道整体过洪量增加。在凹段河床处，增设小型丁坝，增设示意图如图 2 所示。护岸小型丁坝水流方向图 2 凹段河床处增设小型丁坝示意图增设小型丁坝可以有效抵抗河水的冲刷对河床造成影响，提高河床的稳定性，降低泥沙淤积的可能性。河水水流的冲刷能力与搬运能力的提升是防止淤泥淤积的根本原因，因此，实施定时清理淤积与增设防淤积设施并行的治理方案，加固河床，增河段大泄洪能力，才能保证河道及其所属流域达到的生态环境稳定状态。5 试验与检测 118 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）为检测上述设计的河道局部段河床淤积问题治理方案的效果，进行治理前后的淤积厚度对比与过洪峰值对比。监测记录相应局部段清淤后的淤泥淤积厚度，与原淤积厚度进行对比。淤积治理前后相应河床段淤泥淤积厚度对比情况如表 2 所示。表 2 淤积治理前后各河床段淤积平均厚度变化表河段序号河段桩号治理前淤积厚度/m治理后淤积厚度/m变化情况/m1K0+0001.200.41-0.792K2+0001.250.46-0.793K5+0001.050.30-0.754K6+9001.130.32-0.815K9+8001.090.33-0.76由表 3 可以看出，治理后的淤泥淤积厚度均比治理前的淤积厚度有所下降，表明河道局部段河床的淤积问题得到了有效治理。在各个治理河段的不同河段的相同水位处，测量河段的平均过洪量，观察治理前后各河段相同水位的平均过洪量的不同，检测结果如图 3 所示。河段序号10001234500600700800900过洪峰值（m3/s）清淤治理前清淤治理后05图 3 治理前后不同河段相同水位的过洪峰值对比图由图 3 可知，各淤积治理河段的相同水位下，淤积治理后的过洪峰值均高于治理前的过洪峰值，淤积治理前的五处河段的过洪峰值分别比治理前河段的过洪峰值高 80.0m3/s、90.0m3/s、120.0m3/s、60.0m3/s、100.0m3/s，表明淤积的治理，可以有效提高河流的泄洪能力，形成河床稳定输沙、过沙的平衡机制，促进了河道的生态稳定建设。6 结 语泥沙的淤积问题是我国水利治理工程的重要部分，泥沙淤积会降低相关河流流域的泄