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樁式丁順壩在石葵河道治理中的應(yīng)用研究
樁式丁順壩相對(duì)于單一的丁壩形式，優(yōu)化和改進(jìn)了其作為河工建筑物的功能性，下面是小編搜集整理的一篇探究樁式丁順壩治理問題的論文范文，歡迎閱讀參考。
引言
石葵河位于云南丘北縣境內(nèi)東北部，屬珠江流域西江水系清水江支流。石葵河流域西高東低，河道上、下游河床平緩，淤積嚴(yán)重，水災(zāi)頻繁，中游段河床坡降大。石葵河河道彎曲，河堤低矮，外加河道上取水、跨河建筑物較多，阻水嚴(yán)重，每年因洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，給沿河兩岸的城鎮(zhèn)居民及農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來嚴(yán)重影響，防洪排澇形勢嚴(yán)峻。通過對(duì)石葵河的河道治理，使石葵河沿河兩岸的居民和基本農(nóng)田防洪能力得到提高，免遭洪水侵襲，減少洪災(zāi)損失，保障區(qū)域人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，降低洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。
1治理問題研究
1.1問題分析
石葵河洪水災(zāi)害發(fā)生頻繁，究其原因，可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)。
(1)丘北縣屬低緯度亞熱帶高原氣候，降水量具有明顯的季節(jié)性，多集中于5-10月份，占全年降水量的84.2%，11-4月為旱季，受來自西北的干冷氣流控制，空氣干燥，降水稀少，降水僅占年降水的20%以下。干濕兩季分明的特點(diǎn)，導(dǎo)致徑流的年內(nèi)分配不均，春旱突出。石葵河流域多年平均降水量為1 050mm。由于受地形影響，降水量在全縣分布隨地形升高而增大規(guī)律明顯，紅旗水庫壩址以上流域多年平均降水量為1 274.0mm，普者黑以上為1 203.8mm，下游清水江段為1 000mm。據(jù)氣象站歷年實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫16.3℃，極端最高氣溫35.7℃;極端最低氣溫-7.6℃;多年平均日照2 046h。最熱月為7月，平均氣溫達(dá)26.8℃;最冷月為1月，平均氣溫為3.2℃，年無霜期275d，年降水變化為670.9～1 467.5mm，多年平均降水量為1 178.2mm。其水文氣象條件變化幅度大，地形條件復(fù)雜，易造成洪澇災(zāi)害。
(2)石葵河徑流面積283.07km2，徑流量1.512億m3，河段集水面積2 743.6km2，流域內(nèi)洪水主要由暴雨產(chǎn)生，年最大暴雨多發(fā)生在6-9月。據(jù)流域內(nèi)水文站點(diǎn)資料分析，洪水多發(fā)生在6-9月份，其中60%以上發(fā)生在7-8月份。一次暴雨多集中在3d內(nèi)，一次洪水主要由24h暴雨形成，數(shù)天后又快速消逝，雨量集中、強(qiáng)度高、破壞力大，水位大漲大落。
(3)流域內(nèi)自然植被及生態(tài)環(huán)境遭到破壞，水土流失嚴(yán)重。
(4)由于河道沿岸的農(nóng)田灌溉完全依賴石葵河取水，村民在河段擅自修筑取水壩21座，汛期來臨時(shí)洪水?dāng)y帶大量泥沙沖向河道，造成泥沙在取水壩上游淤積、河床抬高，有效行洪斷面變窄。石葵河治理段河流縱斷面和各控制斷面所處位置見圖2。
(5)整個(gè)河道走勢曲折多彎，洪水來時(shí)沖向河流彎曲段的凹岸，與岸坡相互頂托，易發(fā)生決堤、漫堤現(xiàn)象。
(6)石葵河流經(jīng)地段為山區(qū)，整個(gè)河道現(xiàn)狀仍屬于自然行洪狀態(tài)，且無防洪建設(shè)資金投入，未實(shí)施過河堤護(hù)岸設(shè)施，防洪基礎(chǔ)脆弱。
綜上所述，石葵河治理須解決防洪基礎(chǔ)薄弱、河床泥沙淤積以及沿岸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的取水等突出問題。
1.2解決方案
在分析了以上可控因素后，基于對(duì)石葵河具有山區(qū)河流特征的考慮，選擇鉛絲石籠井柱樁結(jié)合丁順壩亦即樁式丁順壩作為石葵河整治建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。
樁式丁順壩除滿足基本的防洪導(dǎo)流、護(hù)岸固堤外，尤其要在河道的彎曲段進(jìn)行布置，以避免彎曲段遭受洪水的淘刷以及泥沙在凸岸的淤積，從而達(dá)到控制河勢、約束水流、穩(wěn)定河道的目的。通過對(duì)其合理的設(shè)計(jì)，沿岸的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水可由壩前壅水提供。由此可見，樁式丁順壩可以較好地解決河道治理中存在的突出問題，并滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
另一方面，水流對(duì)壩體的沖刷問題，尤其壩頭的最大沖深問題，一直都是不容忽視的。而丁順壩的順壩部分可以使水流平順，所以它同時(shí)兼有丁壩和順壩的作用，將有助于上述問題的解決。
由丁順壩的相關(guān)理論分析得出：
(1)因丁順壩的順壩(勾頭段)與水流方向的夾角很小(甚至可為零)，對(duì)壩后的水流具有一定的引導(dǎo)作用，但并未影響到主流的流態(tài)，對(duì)上下游水位影響也不明顯，改變了壩頭周圍水流的流態(tài)，這樣便減弱了壩頭挑流流線的急劇性變化，從而降低了沖刷程度。
(2)較長勾頭段的存在，隔離了部分回流與主流的接觸邊界，切斷了主流區(qū)和回流區(qū)部分水流的交換，使壩下游的流速有所降低。
(3)無論是在淹沒條件或是非淹沒條件下壩頭的流速都有一定程度的降低，有利于解決壩頭沖刷這個(gè)長期存在的難題。
2技術(shù)可行性研究
2.1生產(chǎn)取水
因植被遭到破壞，水土流失嚴(yán)重，沿岸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不合理取水加劇了河道沖刷并進(jìn)一步導(dǎo)致了泥沙淤積，故優(yōu)先解決農(nóng)田的灌溉需求迫在眉睫。作為攔河建筑物，樁式丁順壩顯然具有壅高壩前水位的作用，且具有結(jié)構(gòu)簡單、施工機(jī)械化程度高、運(yùn)用安全可靠、可適應(yīng)各種洪水標(biāo)準(zhǔn)、占挖耕地少等優(yōu)點(diǎn)，故可為沿岸的農(nóng)田提供生產(chǎn)用水。
2.2防洪護(hù)岸
得益于樁式丁順壩布置的靈活性與適應(yīng)性，可在河道沖刷嚴(yán)重的治理段、水流與河岸夾角較大的彎曲段、支流與河道的交叉口處等控制點(diǎn)布置該壩。樁式丁順壩本身具有挑流護(hù)岸的作用，且壩身具有透水性，對(duì)主流及行洪影響較小，抗沖性較好，其壩后水流平緩，有利于保灘促淤以及某些水生動(dòng)物的生長繁殖。
2.3沖淤問題的解決
針對(duì)泥沙(推移質(zhì))淤積問題，這里從推移質(zhì)輸沙率的角度分析。采用以流速為主要參數(shù)的方法，由沙莫夫提出的非均勻沙公式：
上式表明推移質(zhì)輸沙率gs與斷面流速v4成正比，水流流速有微小的改變就會(huì)極大地影響推移質(zhì)的輸沙率。河流橫斷面上的流速分布是不均勻的，主流帶流速大，泥沙(指推移質(zhì))集中在這一帶上運(yùn)動(dòng)。石葵河河床平均坡降1.218%，平均落差12.13m/km，寬淺河道，而輸沙率與流速的高次方成正比，故考慮采用“束水攻沙”的方法：通過攔河壩即樁式丁順壩建設(shè)及合理布置，束窄河床，增大流速，以達(dá)到輸沙的目的，解決泥沙淤積問題。
鑒于以下兩方面的考慮，可有效削弱由“束水攻沙”引起的對(duì)于行洪的影響：
(1)由于石葵河河道一年內(nèi)大部分時(shí)期處于枯水期，枯期內(nèi)平均河寬21m，平均水深1.3m，河道相對(duì)寬淺。通過對(duì)于河道的清淤處理，經(jīng)計(jì)算比較，清淤后丁壩的斷面處的實(shí)際過流能力較之原河道反而略有提高。如此可消除丁順壩的修建對(duì)于行洪的影響。
(2)樁式丁順壩壩長L設(shè)計(jì)為河寬B的1/3，短式丁壩、下挑、壩體本身透水，透水率30%，對(duì)主流及行洪影響不大。故由河工建筑物的合理設(shè)計(jì)也可一定程度的緩解行洪壓力。
3結(jié)語
樁式丁順壩相對(duì)于單一的丁壩形式，不僅保留了普通丁壩本身所具有的特點(diǎn)，并且優(yōu)化和改進(jìn)了其作為河工建筑物的功能性，使得它可以兼顧多方面的要求并應(yīng)用于石葵河的治理工程。關(guān)于樁式丁順壩具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)以及實(shí)際的運(yùn)用效果尚需進(jìn)一步的分析、研究和檢驗(yàn)。
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