河道治理工程中河道冲刷研究

谢辉军

（湖南长坤建设有限公司，湖南衡阳 421001）

0 前言

为了完善河道冲刷的研究，自19 世纪以来，国内外河道治理工程专家通过实地研究和数字化理论计算，提出了很多有关于河道冲刷的研究理论，其中以河道冲刷深度的公式最为详细，但是受到现存检测仪器的限制，这些河道冲刷深度公式大多为经验公式，而且只在特定的条件下才有用，这也就意味着如果应用这些经验公式进行计算，那么计算值和实际测量值之间可能会出现很大的误差。因此进一步对河道治理工程中的河道冲刷进行研究非常重要。本文以举水河中游的山区性河道治理工程为例，研究怎样根据现有的法律法规和河道治理工程实际状况，合理的使用河道冲刷深度计算模型，计算出较为准确的河道冲刷深度，为河道两岸堤岸的设计提供参考，保证河道在汛期也不会危害河道两岸居民的生命财产安全。

1 河道治理对生态环境的影响

在城市建设过程中，河流始终占据重要位置，河流不仅能够促进城市间的空气循环，同时也能够提升城市的建设安全，从古至今，河道治理一直都是人们关注的重要问题，就当前现有的资料来看，我国河道治理主要经历了以下4 个阶段：

1.1 依附自然的被动阶段

所谓“依附自然”，其实就是在不破坏原有自然河流的基础上，开展相应和河道治理工作，这不仅不会对河道的原貌造成影响，同时也能够提升河道的整体生态效益。但是，该河道治理方法并不能有效提升河道的安全性，尤其是在抗洪方面，几乎起不到关键的作用。

1.2 与河争地阶段

该阶段中，人们开始注重河道治理的多重发展，不仅对河道进行治理，同时还修建了相关的水利工程设施，但是，由于技术方面的限制，其水利工程实施也十分简陋。

1.3 经济治河阶段

这一阶段过程中，如何利用有限的资源提升河道治理的效益开始成为人们关注的话题，在此基础上，人们开始利用现有的资源和技术对河道治理工程进行创新，并以提升河道治理的经济性为主。

1.4 和谐治理阶段

实现人与自然之间的和谐一直都是我国生产、发展的基本理念之一，所以，在河道治理方面，人们开始在河道治理工程中融入更多的要求，在提升河道的基础上，实现净化环境和经济发展。

如今，我国在河道治理方面，不仅投入了更多的经济资源，同时也将相应的技术应用到河道治理工程之中，但是，就当前为我国河道治理工程开展现状而言，仍然存在许多问题，这些问题的存在将不断影响我国生态环境，具体表现如下：

首先，河道的抗洪能力将会明显下降，这主要是因为，在河道治理过程中，由于治理措施不当，通常会引起一些其他问题，比如河道淤积，这样的问题将会严重影响到河道原本的抗洪能力。其次，河道治理不当将严重威胁到当地的生态环境，并出现基流减少的现象一旦发生这样的问题，不仅会影响到居民的城市用水，同时也会该河道附近居民的生活环境，甚至会出现污水入城的问题。最后，河道系统失衡，将会引起严重的生态环境问题，一旦生态环境出现问题，不仅会影响到社会经济的发展，也会对整个生态系统造成破坏。所以，河道治理工程与生态环境之间这必然联系，只有做好河道治理工作，才能够有效提升生态效益。在河道治理过程中，对河道冲刷的研究及实践对河道治理工作具有重要的意义，既能够提升河道的安全性，同时也能够为河道治理提供更多的管理办法，并在此基础上实现河道功能的优化。

2 举水河河道状况

本文以湖北省黄冈市的举水河河道治理为例，来讲解河道治理工程中河道冲刷的研究及实践，湖北黄冈市面积广阔，地处大别山山脉，位于山西省和湖北省的交界处，黄冈市下辖黄州区、红安县、罗田县、英山县、蕲春县、黄梅县、团风县、武穴市、麻城市等九个县级区，由于受大别山山脉的影响，黄冈市以平原和丘陵为主，该地区海平面较低，有很明显的雨季和旱季，在雨季的时候常常因为连绵不断的降雨而造成举水河河道水流倒灌周围的庄稼和房屋，引起水灾。且该地区的许多湖泊皆由举水河分流而成，而每个湖泊的下方都居住着几个村落，所以一旦湖泊的水被灌满，下方村落的安全就很难有保障。受到该地区山脉的影响，它的经济发展水平较为落后，迁村这一想法暂时不能实行，因此我们需要对举水河进行河道治理，确保该地区能够在雨季泄洪、旱季灌溉下游田地。

3 河道治理工程中河道冲刷研究的必要性

举水河位于黄冈市的一段河道大多为狭窄的山道，河道蜿蜒曲折、坡道大，因此它的水流大多湍急、水源来源少，容易随着汛期水位暴涨，单位时间内的水流量增大，流速快，破坏性强。如果不在河道的两侧加上堤岸，或者对堤岸的保护措施不够，再加上人为的破坏，河流就会冲刷河道两岸。河岸一般用沙土和碎石堆砌，既不能抵御水流的冲洗，也不能防渗防漏，如果单位时间的水流速和水流量都很大，河水就可能带着泥沙一起冲洗河道两岸，这个冲刷力度比单纯的河水冲刷更具有破坏性。而且人们依水而建的传统已经沿袭了数千年，河道两岸村庄密集，部分房屋更是建设在河道旁边。为了保护人们的生命财产安全，在避免大量拆迁的前提下，提高河道的防洪防汛能力，减少河堤两岸的水土流失以及减少河流对堤岸的冲洗，我们必须要得到最接近真实值的河道冲刷深度，然后在根据这个河道冲刷深度进行护岸堤坝的设计和建设，做好河岸的防护治理工作。

4 冲刷深度分析计算

4.1 河流的冲刷深度与河流水深的关系

在举水河河道水深5～10m 处，河流水深对河流的冲刷深度有主要的影响，因为此等深度范围的水流更容易受到上游水流速和外界风力的影响，会引起该河道内水流的纵向共振，就是说在上游水流的冲击和外界风力的带动下，该河段的水体会集体向河道两岸进行冲刷，这种冲刷力度远远大于河流上层的冲刷力度，冲刷深度过大，对河道两岸堤坝的冲击力也过大，这种情况我们需要将堤岸的梯形角度减小，希望能通过延长水流流程减小水流对河道两岸的冲击力。在举水河河道水深小于5m 或者大于10m 处，我们需要运用其他的经验公式来进行河流冲刷深度的计算，具体问题具体分析。

4.2 河流的冲刷深度与沙粒粒径的关系

河流所过之处一定会带走部分泥沙和土壤，特别是近些年，我国水土流失情况日益严重，河水所带的泥沙量更是增大，更成为影响河流冲刷深度的关键因素。在其他条件都相同的情况下，河底水流的流速越大，水流所具有的动能就越大，能带动的泥沙量就越多、泥沙粒径越大。大粒径的泥沙就意味着大质量，当水流赋予大质量泥沙速度时，大粒径的泥沙具有更大的能量，对河流堤岸的冲击力和损坏力也就越大，相应的河流冲刷深度也就越大。对于举水河这样的历经上千年的河道来说，人们已经无法确定其河床的变化，因此很难确定其泥沙携带量，更不用说确定河流的冲刷深度。早在200 多年前，就有人开始对泥沙起动流速进行研究。20 世纪20 年代前后，希尔兹（Shields）曲线问世，泥沙起动拖曳力公式的推导，使泥沙起动条件的研究得到开创性的发展。随后，越来越多的半理论、半经验公式被提出。冈恰洛夫采用对数形式的流速分布公式，推出适用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式，由此才得到较为符合实际的河流冲刷深度。现代河道治理工程师瑞瑾认为颗粒起动时受黏结力的影响，尤其认为该黏结力还包含水柱及大气压力所传递的那部分作用，得到同时适用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式。

举水河在黄冈市的山区性河道特征决定了在该地区进行堤岸设计和河道治理，河流冲刷深度的研究和水土流失的防治是重点。在进行此类河道的堤岸设计时，应充分考虑现场实际情况，选用合适的公式，确定河道的冲刷深度，优化堤岸设计，保障防汛安全。

5 结论

除了以上所谈及的河道治理方案和河道冲刷深度确定方案，我们还有很多其他的对河道治理工程有帮助的新技术、新方法，科学研究不仅方便了生活，科学研究还改变我们各行各业的发展。目前我们所了解的河道治理规划新方案大多还处于实验阶段，因为费用和适用性等方面的限制，还没有广泛地应用于地区河道治理工程的规划中，但这些河道治理工程方案的发展已经势不可挡，会对地区水利工程行业产生深远的影响。河道冲刷深度的确定与河道治理工程的建设并不只涉水利工程这一门学科知识，需要综合运用观测、勘探、摄影、地理学等多个学科知识，对即将进行河道治理的地区的气候、植被分布、基础水利建设、地形地势等方面进行分析。在做好基础工作之后，我们才能开展水利工程施工，有效的水利施工措施必定跟先进的水利施工方案和操作设备进行联系，而具有实际意义的水利工程建设设备必须与优秀的施工技术进行紧密地结合。