山区性河道整治工程冲刷深度分析与计算初探

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1、中国农村水利水电·２０１５年第７期８３文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０７－００８３－０２山区性河道整治工程冲刷深度分析与计算初探汤丽慧１，章哲恺２（１．浙江省水利水电勘测设计院，杭州３１０００２；２．浙江省水利发展规划研究中心，杭州３１００１２）摘要：河道堤岸建设与人民群众生命财产安全息息相关，堤岸设计是否合理显得尤为重要。在河道整治工程尤其是山区性河道整治工程的设计中，河流冲刷深度的确定，对堤岸设计起关键的指导作用。通常，河流的冲刷深度与流速、水深、泥沙粒径等多种因素有关，并主要受水流流速控制。为了确定冲刷深度的计算方法，自１９世纪以来，国内外专家学者通过研究及理论推导

2、，提出了很多用于计算河道冲刷深度的公式，但这些公式大多为经验公式，且各有侧重，计算值差别较大。因此在具体的河道整治工程中，对各种冲刷深度计算方法进行比较分析十分必要。以西苕溪上游的山区性河道护岸设计为例，研究探讨如何结合工程实际和相关设计规范，合理计算冲刷深度，指导堤岸设计，保障防汛安全。关键词：山区性河道；河道整治；冲刷深度；护岸中图分类号：ＴＶ８７１文献标识码：Ａ防护工程冲刷深度的确定，是护岸坡脚设计的重要依据，径条件下，流速越大则颗粒的翻滚移动速度越快。因此，河流与河道堤防防护稳定和防汛安全息息相关。目前国内外研究的冲刷深度主要受水流流速控制。提出的堤岸防护工程冲刷深度计算的

3、公式繁多，且公式各有侧根据《堤防设计规范》（ＧＢ５０２８６－２０１３），平顺护岸冲刷深度重、计算差值明显，新的堤防设计规范也对冲刷深度的计算公可按下列公式计算：式进行了修改。本文以西苕溪上游的山区性河道为例，研究探Ｕｃｐｎｈｓ＝Ｈ０－１讨如何结合工程具体情况选用合理的公式计算冲刷深度，并以［（Ｕｃ）］此指导工程护岸坡脚设计。式中：ｈｓ为局部冲刷深度；Ｈ０为冲刷处的水深；Ｕｃｐ为近岸垂线平均流速，ｍ／ｓ；Ｕｃ为泥沙起动流速，ｍ／ｓ。１河道概况对天然河流，人们无法直接判断其床沙的运动状态，因此西苕溪发源于天目山北麓，属山溪性河流。其上游为山区很难确定泥沙的起动流速。早在２００多年前，就

4、有人开始对泥性河道，源短流急、水位暴涨暴落、洪峰流量大、历时短、流速沙起动流速进行研究。２０世纪２０年代前后，希尔兹（Ｓｈｉｅｌｄｓ）大、破坏性强，河道蜿蜒曲折、坡降大。两侧河岸为不连续土曲线问世，泥沙起动拖曳力公式的推导，使泥沙起动条件的研［１］。随后，越来越多的半理论、半经验堤，且未经护砌，加上人类活动的破坏，河岸冲刷严重。在地质究得到了开创性的发展上，河岸多为砂砾土，河床一般以砾石、块石或砂砾卵石等为公式被提出。主，两岸地面高程普遍高于设计洪水位，不存在地质隐患及防前苏联的沙莫夫提出对于粒径Ｄ＞０．１５ｍｍ的黏结力较［２－４］：渗问题。但沿河村庄密集，部分房屋临河而建，如对边

5、坡进行小的散粒体泥沙，给出了如下起动流速公式开挖势必产生大量的拆迁。为提高河道的防洪能力，减少堤岸ｈ１／６ρｓ－ρｖｃ＝１．１４Ｄ（Ｄ）冲刷减轻水土流失，如何更符合实际地确定河道的冲刷深度，槡ρ进行合理地护岸坡脚设计就显得尤为重要。式中：ｖｃ为起动流速；Ｄ为粒径；ｈ为水深；ρ、ρｓ分别为水流及泥沙密度；ｇ为重力加速度。２冲刷深度分析计算冈恰洛夫采用对数形式的流速分布公式，推出了适用于散河流的冲刷深度受河流水深的影响，但是当卵砾的淹没水粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式：深达到一定的数值后，水深的增加对河底冲刷深度的增大不明ρｓ－ρ８．８ｈｖｃ＝１．０７槡ｇＤｌｇ（Ｄ）显。在其他

6、条件相同的情况下，河底的水流流速越大，搬运的ρ颗粒粒径越大（即粒径越大的颗粒对应起动流速越大）。同粒张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，得到了同时适收稿日期：２０１４－０７－０１用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公式［５］：作者简介：汤丽慧（１９８３－），女，硕士，工程师，主要从事水利水电工０．１４ｈγｓ－γ１０＋ｈ程设计与研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔａｎｇ３２３６００＠１６３．ｃｏｍ。ｖｃ＝（Ｄ）（１７．６γＤ＋０．００００００６０５Ｄ０．７２）８４山区性河道整治工程冲刷深度分析与计算初探汤丽慧章哲恺式中：γ、γｓ分别为

7、水流及泥沙密度。的生态网箱及生态网垫。生态网箱外侧抛石回填，抛石表面以唐存本在考虑具有稳定干密度的起动流速资料的基础上，合金钢网兜护面。为达到固土的目的，５年一遇水位高程以上，得出同时适用于散粒体及黏性细颗粒泥沙的统一起动流速公采用框格草皮护坡。结构形式见图１。［６］：式ｍ′０．５１ｈγｓ－γγＣｖｃ＝１．７９１＋ｍ（Ｄ）γｇＤ＋γ′［ｃρＤ］式中：Ｃ为综合黏结力参数，根据淤泥起动流速资料，Ｃ＝０．９０６－４′为淤积物的干容重；γ′为淤积物的稳定干容重，×１０ｃｍ／ｓ