治河工程在我国大江大河治理中的重要作用

治河工程成就反映在我国对长江、黄河等大江大河的治理上。

长江水利委员会自20世纪50年代即开展长江中下游干流河道治理研究与工程实践。先后于20世纪60年代、80年代和90年代,对长江中下游干流进行了三次河道治理规划。护岸工程是长江中下游防洪工程的重要组成部分,长江科学院根据天然河道资料对河道崩岸规律、护岸工程效果等进行了分析,利用水槽试验及现场试验研究解决抛石护岸工程和其他形式护岸工程的技术问题,制定了长江中下游护岸工程技术要求,对提高长江中下游护岸工程设计水平和工程质量保障起到了积极作用。长江科学院根据河道整治规划,开展了一系列重点河段的整治研究和设计工作。例如20世纪60年代在长江中游开始实施的下荆江裁弯工程(潘庆燊等,1978),不仅取得了预期的工程效果,而且对河道演变研究工作起到了推动作用。在深入分析河床演变规律和大量的河工模型试验的基础上,编制了下荆江河势控制工程、界牌河段综合治理工程、南京河段镇扬河段等重点河段整治工程的可行性研究报告,为各河段整治及工程设计提供了依据。值得特别提出的是由长江科学院研究、设计的长江下游镇扬河段二期整治和畅洲左汊潜锁坝工程是在分流比达75%(流量可达50000m3/s以上)的条件下,采用编织布土枕作为锁坝主体材料而建成的,并取得了预期效果。

长江口水量充沛,又有大量的流域来沙。丰水多沙的流域特征和中等强度的潮汐作用,在广袤的长江下游冲积平原上塑造了规模巨大多级分汊的三角洲河口形态。在径流和潮汐的共同作用下,河口段河床冲淤多变,主槽摆动频繁,大量细颗粒泥沙在由咸淡水交汇形成的河口环流系统中升沉往复,构筑了大尺度河口拦门沙系,成为通海航道的瓶颈。窦国仁、金缪(2001)概括提出了“导流、挡沙、减淤”的设计指导思想,他的河床最小活动性原理和潮汐河口河相关系基础理论成为布置治导线的依据,从而使长江口深水航道的治理方案得以建立在科学的理念之上。通过水沙运动、河床演变和航运经济等多方面的比较,确认选择北槽作为治理对象。汊道治理的特殊性主要包括径、潮流的相互作用,河口主要汊道间通过窜沟和滩面的横向水沙交换,以及下游浅滩风浪掀沙的影响等,决定了长江口深水航道的治理,既不同于单一河道的束水攻沙,也不同于一般河流汊道仅需考虑导流导沙的要求。长江水利委员会于2004年修订完成了长江口综合整治开发规划要点报告,该规划以河势控制规划为主,包括了航道整治、水资源开发利用和保护、湿地保护与滩涂开发利用、防洪防潮和排灌等规划,以及生态环境保护规划意见。

河道整治是黄河下游河道治理的最主要措施。黄科院(张红武,1999)除对于整治河宽、平面河湾关系式等河道整治规划参数开展科学研究外,还通过大量的比尺模型和自然模型研究整治工程的布局。例如,为适应水沙变化后的中水流路,河湾工程半径应有所减小;除工程藏头段可设计为直线型外,迎、导、送溜段不一定再强调采用复合曲线型;游荡性河段整治工程布局,河湾半径大小固然重要,但最为重要的是工程布设的方位。“八五”期间,系统研究了河道整治对输水输沙的影响,通过花园口至东坝头河段模型、小浪底水库温孟滩移民安置区河段整治模型、黄河山东十八户控导工程平面布置模型等模型的试验,对治导线进行了检验和修正,并研究了河道整治工程对游荡性河型的影响。为探索游荡型河段的河型转化规律,采用不同材料的模型沙制作了一系列模型小河,连续观测试验表明,通过加密控导工程并采用合理的平面布局,使最后的模型小河具有弯曲的平面形态。就黄河游荡型河段而言,要转化为限制性弯曲河型,两岸有效的控导工程总长度尚需占河道长度的88% 以上,丰沙洪水会使限制性弯曲河道转化为非稳定的河型,特别是再遇大洪水时,漫滩后又会转化为游荡性河型。“九五”期间着重研究了河道整治工程的适应性问题。近期,围绕河道整治问题进行了多种整治方案的模型试验。在大力推行“网罩护根”这一防护根石走失途径的同时,为寻求新的工程结构型式,通过试验研究了铅丝笼土工布沉排和土工织物护联坝两种新型坝体结构。在研究南水北调中线穿黄工程导治建筑物防护试验基础上,同时考虑到几乎所有的不同于传统工程的新结构在黄河上都难以奏效这一现实,提出了能适应大水漫顶需要的工程新结构。其坝体由土工织物防护土胎,由块石进行两面裹护,由网罩护块石(网边沿系有网坠)。模型检验结果表明,即使漫顶后工程仍具有较好的控导效果。(www.xing528.com)

随着胜利油田的发展和黄河三角洲的开发,黄河河口的治理已成为新的热点。根据“八五”攻关“黄河口演变规律及整治研究”专题成果(胡春宏,1999),利用河流动力学和海洋动力学的基本理论以及黄河口的工程实践经验,采用资料分析、数学模型及卫星遥感等先进技术相结合,对多沙的黄河河口冲淤演变规律进行了全面、系统、定性与定量相结合的研究,在前人提出的黄河三角洲“大循环”、“小循环”的传统演变模式基础上,进一步论证了清水沟流路可以使用50 年以上;根据径流、潮流、风成流、波浪、多个分潮、絮凝及动床阻力等诸多因素,建立了适用于多沙的黄河河口的平面二维数模;提出了西河口水位抬高原因的新见解;肯定了疏浚在河口治理中的作用;系统研究了海洋动力和河口淤积延伸互相影响的机理;阐明了黄河口拦门沙发生的部位、形成过程、演变特性及对上游河道的影响,建立了黄河口拦门沙演变模式。

珠江是我国南方最大的河流,分经8 个口门流入南海,其中东部4 个口门分别为虎门、蕉门、洪奇沥门和横门,同注入伶仃洋。伶仃洋是珠江最大的喇叭形河口湾,属弱潮河口,潮型为不规则半日混合潮。伶仃洋由于泥沙淤积以及未及时控制人为围垦,造成口门淤浅萎缩,浅滩发育迅速,以致口门泄洪不畅,洪涝灾害加剧,通航受阻,影响经济迅速发展,迫切要求治理。为研究治理方案的可行性和合理性,珠江水利委员会采用实测水文泥沙资料分析、物理模型、数学模型和遥感技术应用等多种途径进行工作,认清复杂网河的水沙运行规律,达到防洪、河道治理等目的。珠江口治理研究的技术进步在于较早建立了河口整体模型,包括河道和海区两部分。整体模型规模较大,面积超过4万m2。模型较好地解决了潮流模拟技术难题。通过模型试验论证了治导线、跨海大桥、通航等问题(陈文彪,1999)。除了整体模型外,还建立起珠江口复杂河网的水沙数学模型。

内河航道整治也属于治河工程的内容。南科院进行了大量内河航道整治工程研究(窦希萍,1999),先后进行了长江、西江、汉江、湘江、黔江、郁江、红水河等等河流航道整治工程的试验研究,为这些河道上的滩险整治工程方案提供了科学依据,涉及到的问题及取得的相应成果也是多种多样,如汉江航道整治研究,提出了游荡性河道上航道整治的理论和工程方案;湘江航道整治研究提出了兼顾两岸航运及满足河道防洪要求的人工分汊工程方案。对西江等西南航道,则主要进行了分汊石质急滩和变动回水区复杂滩治理的试验研究,此外还针对有关桥渡区航道的流态问题、船舶安全航行问题进行了河工模型试验研究或数值计算分析,以及船舶模型试验研究和内河航道船行波及堤防保护工程措施方面的研究工作。