蜿蜒河道变迁与其对应治理工法的探讨

2014-06-25姜书锋JIANGShufeng赵玲ZHAOLing

价值工程 2014年12期

姜书锋 JIANG Shu-feng；赵玲 ZHAO Ling

（郑州市水利建筑勘测设计院，郑州450000）

0 引言

我国伊河流域因中央山脉高耸地势陡峭，致河道短而流急，夏季雨量丰沛洪峰流量教大，并且受到全球气候变迁的影响，水文的不确定性增加，丰枯更形悬殊，治理工作极为困难；虽然土地高度利用开发，以筑堤束水治理改善淹水面积，仍无法为上策的举；因应社会与环境变迁，河道所扮演角色亦趋多元化，整体规划与重建政策，使河道空间多目标利用、维护河道生态机能，进而建立亲水环境，使河道治理与河道环境相结合。

历年来蜿蜒河段的研究以模型试验与数值计算探讨者较多，以现地观测方法研究甚少。蜿蜒河段（河道）为河道自然的特征，本文主要研究伊河卢氏县以南44km的张村河段的治理，本河段经国内专家学者现场会勘所评定择取为最佳试验河段，并且主要以第二曲段为研究对象，藉由已往的工作经验成果，并经由现场的调查与试验与工程规划设计，提供日后近自然工法的参考，并为工程结合生态设计的考量，以对应工程布置于蜿蜒河道的预期效果。

1 工程概况

伊河全长268km，在卢氏县一带，由于70年代为了发展经济而在伊河两岸山上乱砍滥伐，导致水土流失情况较为严重，河床淤积，河道断面逐渐变小，排洪能力明显削弱，每至汛期两岸村庄受淹现象较为严重，而且河道两岸防洪堤分布杂乱，防洪标准低，且伊河卢氏县以南44km的张村河段是典型的蜿蜒河段，游荡性河道河势多变，河床冲淤剧烈且幅度大已严重威胁流域内人民生命财产安全和旅游景观。

2 研究河段流路变化量分析

本河段经航测研究河段，对流路变化共分六处变动量，逐一检讨其三十年间流路的变化量结果分析如下：

①No.1：该弯曲段变动量约40米，流路右岸为凸岸地势较平坦，左岸为凹岸且地势为高崁地两岸落差甚大，仅在65年后流路逐渐靠右，72年以后流路尚称稳定。

②No.2：该弯曲段变动量约35米，右岸处有排水流入，以致流路变动较少，虽然两岸地势相当，但右岸为凹岸水流攻击处，早期业主布置堆叠抛石。

③No.3：该弯曲段变动量约70米，右岸大都属台糖公馆农土地，虽两岸地势较平均，但台糖对农场有施设护岸及修复工程，以确保农场土地；经查农场自67年后即有维修工程，由图中可知65年后流路有往南移且流路也较稳定。

④No.4：该弯曲段变动量约75米，流路右岸为凸岸地势较平坦，左岸为凹岸且地势为高崁地两岸落差甚大，经探讨可能于上游右岸早期农场布置护岸，以致该转弯处成锐角弯曲，早期该处县府应有修护工程，经查前水利局第五工程处于80年间有修复工程，82年间正式施设混凝土护岸工程；但经历年来流路变化有往下游北方移动。

⑤No.5：该段虽为直线段但变动量相当大，约140米，两岸地势平坦低洼，且经连续蜿蜒河段的弯曲后，历经洪水或豪雨漫淹过，有如辩状流路即为不稳定的流路，经82年后水利局治理后较趋稳定。

⑥No.6：该段原为不明显弯曲段，也历经洪水或豪雨漫淹过，65年及81年流路变动量约40米，该段虽农场也曾多次施设丁坝，仍为水流攻击面。

3 高低水治理对流路的影响

河道为维持水流正常功能所必需的基本流量，对于高低水治理，仍为河道计划中所要优先设定计划洪水量，对于计划堤线、纵横断面以及将来维护也值得重视，除工程治理外河道周边环境整理及因应面对生态考量，工程治理后对环境正负面影响，尤其对蜿蜒河道如何保有浅、濑、潭区，以低水路来说过宽亦造成乱流而淤积，随的河道杂草丛生，无法达到低水流路的功能，一般低水治理的计划洪水量约1～2年洪水频率，而高滩地的高度大约再1～2年频率的计划高加一米，顾及高滩地过低时，遭洪水侵袭将高滩地土砂层推移无法确保护岸，又面临流域开发过度地水文因子改变，目前均采较保守的计划洪水量，以所谓建槽流量约为实测流量的50～60%左右，作为低水治理的工程布置门槛；致于纵断计划应考量冲刷与淤积，若为冲刷段布置护岸工及固床工，淤积河道其相对为出水高及堤防高度，往往治理（束洪）后经不起洪水的考验，仅将堤防加高，致于疏浚河道较为不易（相关配套措施或用地），相对于凹岸或滩岸造成灾害或基础刷深，较难预测，因此应考量河段的深槽最低点处为堤基深度。

针对蜿蜒河道治理工作，基本上个人对弯曲流或上述所考虑因素外，傅汝德数与R/B变化亦相当重要不再讨论，但弯曲段的水理村本等人研究试验可得知：

①弯曲角与比能量及水位变化有关，弯曲角θ小于600影响最大，弯曲角130～600范围流速分布由自由旋涡型转移到强制旋涡型，1300～2100成为等流状况。

②曲率半径/河宽的比(R/B)为3以下影响最大，一般R/B=10～20左右，不得已时R/B＞5。

③弯曲段必需增扩，因外侧水位上升，增扩于曲线内侧约河宽3倍以利衔接上下游。

4 第二弯曲段探讨分析

早期水利建设大多以竹、石、木材为主分段实施，二十几年来水利工程建设仅对防灾需求日益增高，随经济增长大量使用混凝土，人类与水争地，然工程人员未能充分了解大自然中生物与食物链栖息环境间的关系，且对于河道生态环境影响评估较不重视，以致河道生态系、河道型态遭受侵蚀与破坏；已往多以防洪观念来治理，多采用可节省用地及达到避灾的效果，逐堤束水免于水患的威胁或采临时性保护措施。随着时代环境背景演进，经济增长人民生活追求的目标，对于生活环境品质、资源利用、环境生态保护的永续，河道治理的观念与策略亦受冲击，如何因应面对以营造未来河道新趋势。

该段可分低水治理与高水治理，低水治理每逢洪水或毫雨侵袭所遭冲刷土地流失为免灾害持续扩大所施设的保护。

5 结合生态工程高低水治理工法的探讨

随着许多欧、美、日等先进国家已逐渐改变以往水利工程的观念与方法，即以“治水、利水、环境”三者并重，替代单纯以“治水”的整治观念，以谋求维护自然的河道生态系。期能透过生态及水利专家的共同研究，经由现场栖地复育、保育及生态水利规划设计的试验，以建立达成河道防灾及水资源开发目的，并兼顾河道生态与自然资源保育的水利工程方法，作为水利工程规划设计的依据，俾使河道资源永续利用。

研究河段从此结合生态工程，以现况环境的调查分、学者专家的意见及参酌国内外相关研究，以充实规划设计的内容与实用性。分别就生态工法的理念（设计原则、规划要点、生态工法的功能、施工期间注意事项与可能遭遇的问题）生态工法的河道整治要项与生态工法的应用（护岸的生态工法、河道的生态工法与滨溪原生植物建议等）作探讨；并已搜集国内、外生态水利工程与河道栖地复育、保育相关文献资料。

5.1 工程设计理念本区段尚未施设堤防前，采抛石护岸及蛇笼丁坝为主，仅能针对滩岸做保护，防止滩岸灾害持续扩大及河道流路改变，但仍抵挡不了洪水侵袭，导致河道改变，土地流失；工程局配合办理执行计划工程时，就以安全为基础，生态为导向进行规划设计，参考国内专家学者指导及建议，拟定堤防断面，做水利生态工程的可行性方案。

第二弯曲段工程标准断面，工程堤线位于第二弯曲段深潭中，流路施工前遭连续台风影响，地形流路虽有变化第二弯曲段深潭淤积，大原则仍依计划工法进行：依公告治理计划堤线布置，以就地取材并办理河道整理，堤趾采混凝土基础，并以三排混凝土块三排为护脚工，护坦工以15m宽造滩。

前坡：一区，以干砌块石（Ф=0.3m后垫碎石子T=0.2M）再以挂笼（1.0M*0.6M L=10M）施设；二区：以干砌块石（Ф=0.3m后垫碎石子T=0.2M）再以每三十米施设竹桩编栅丁坝共设十二处。坡面工堤前坡（1:1.5）采复式断面，以混凝土坡面工（T=0.3M）为主。

堤后坡（1:2）以蜂巢格网填土植生。

5.2 经工法检讨分析该弯曲段经筑堤经深槽中心，需大量开挖，河道流路必需改道，受最大考验工程构造物施设的工法如何面对洪水侵，由于面临生态考量，经专家学者一再建议避开深潭，顾及水流攻击面，以造滩宽15米一并河道整理保持原有流路宽度，使流路弯曲度较缓，原桩号0+750～1+050段远离流路，未布设造滩，该段受地形变化堤前坡基脚护坦，采抛石护坦工，桩号1+150的后堤线紧沿滩岸仍以造滩方式，低水护岸造滩前坡分别采石笼及干砌块石。完工后历经几场豪雨后，低水流路宽度变小，护岸干砌块石桩号1+150～1+300受损，其余尚称完整。