专利名称：一种治理江河入海口方法
技术领域：
本发明涉及江河入海口治理方法，尤其是一种入海口岸消能、促淤、护堤和人工冲积岛形成方法。属于环境保护和海岸工程技术。
背景技术：
自然状态的江河，由于长期受上游山水的自然冲刷，形成迂回曲折的河道。由于江河深浅宽窄不一，流速不同，河道两岸不断被冲蚀，洪水来时在江河下游的入海口附近形成大片的泄洪区。江河的入海口附近是人们喜欢居住的地方，于是人们总是筑堤围垦，压缩原来的泄洪区面积，形成繁华的三角洲。在江流河道中，由于水土流失，日积月累，渐渐地沉积起越来越厚的泥层，由于河床的提高，两岸的堤坝又要加固提高，造成恶性循环。不但使河 床提高，库容减少，污染环境，影响交通，而且在汛期会洪水泛滥，危及堤防，造成水灾。中国有I亿多的人口住在本应留给洪水的泄洪区里，海嘯台风，山洪暴发，水一涨起来，自然成了灾。所以随着人口的增加，土地资源的减少，居住环境的改善，沿海经济的发达，江河入海口岸的繁华，人们对江河的治理就提出了更高需求。在江河入海口附近由于长期受海潮的吐纳和上游洪水的冲刷，形成大喇叭口的平面外形。导致潮能聚集和潮波变形产生破坏力极大的涌潮，危及两岸的堤坝。入海口附近纵向隆起的沙坎，江宽水浅，主槽游荡不定，两岸边滩淤涨坍塌无常。潮流大进大出，咸潮长驱直入。冲积平原上的广阔的滩地资源和上游淡水资源不能充分利用。水浅潮猛，水下地貌，随时改变，航道难定，交通不便，船舶无法通行，而且事故频发。泥沙流动，地基板块多变，建筑物造价昂贵，难以立足生根。所以，如何解决潮能聚集，防洪御潮，稳定主槽，改善航运，稳定地基，充分利用淡水和土地资源，科学合理的开发入海口岸的黄金地带，是人们一直在着力研究的课题。关于江河治理国内外有大量的研究报道，自20世纪70年代以来，黄河委员会水科院赵文林、杨文海、钱意颖等进行了高含沙水流基本规律的试验，研究了浑水粘滞系数与宾哈姆体物理特性；清华大学钱宁、费祥俊,西北水科所张浩、任增海也对高含沙水流的流变特性进行了卓有成效的研究；特别是在国家85科技攻关项目中，武汉大学王明甫、陈立，清华大学费祥俊等又做了大量工作，对天然河流高浓度泥浆在不同流态、不同流区的阻力规律、流速分布特点又进行了比较系统、深入的研究，分析了清、浑水水力坡降的相互关系。林一山对长江流域规划和平原河流的治理方法作了有价值的研究。浙江水科院、钱塘江管理局、河口研究所对江河泥砂的运动变化规律，作了大量有价值的研究。所有这些研究成果为本发明奠定了基础。通过检索国内外专利文献及相关的数据库，从寻找到的资料可见，很多专家学者的研究在这一技术领域，做出了积极的贡献，这些研究试验成果都是本发明的基础和前提。但是，未发现利用自然能量因势利导，顺水推舟的方法，解决入海口问题。采用硬壳堤坝法和分流鼻子法的江河治理方法，也未发现采用消能促淤护堤的实现入海口岸综合治理方法。
发明内容
本发明针对这一问题，在大量前期研究的基础上提出的新的综合治理方案。目的在于满足江河的泄洪、压潮、灌溉、蓄水、交通航船的功能，增加土地资源，建成湿地公园。服务社会，造福人类。本发明的技术方案包括消能促淤、地基处理、分流聚沙、硬壳堤坝、引河开挖、闸门建造和种植固砂。其特征是第一步，首先对入海口岸进行勘测，找到江中礁或江边突出的山嘴、矶头，摸清地质地貌和的水文状况，了解相对稳定的纵向隆起的沙坎，及 变迁规律；第二步，在喇叭口临海段的中部打设排桩和抛填石笼，实施促淤消能和地基处理措施，建成防波堤；第三步，在河道渐宽段的江中礁或江边突出的山嘴、矶头上设置分流鼻子堤坝，并在分流鼻子堤坝的一侧建造闸门，开挖引河；第四步，沿着分流鼻子堤坝的两侧至少筑一道硬壳堤坝，并顺着自然流线形状逐渐向下游伸展，形成两条河道；第五步，一边逐渐向下游建造硬壳堤坝，一边对河道进行疏浚，并将疏浚清淤的泥沙就近堆放于硬壳堤坝圈闭的范围内，形成人工岛；第六步，在人工岛上设置岛中湖，取湖中的泥沙加高周边堤坝的高程；第七步，在人工岛和岛中湖的周边种植固砂，并沿边护坡。为了便于叙述，我们把未进入喇叭口状的江河称为上游，进入喇叭口状的江河称为下游。喇叭口状的入海口分成三段靠江河上游的一段称为渐宽段，靠海的一段称为临海段，介于渐宽段与临海段之间的一段称为扩展段。所述的对入海口岸地貌进行勘测，是为了摸清水文汛情和地质地貌。在渐宽段找到并确定设置分流鼻子堤坝和闸门引河的位置。在扩展段探明纵向隆起的沙坎和相对稳定的主槽。在临海段确定利于促淤消能的打桩抛石的位置。掌握一手的水文地质资料，了解丰水期和涸水期的流量，常年平均流量。所述的打设排桩和抛填石笼是促淤消能措施，在临海段的中部打设连续板桩和抛石，板桩之间联成一起，互相支撑，抛石选用大块石，或用钢丝笼把块石联成一体，以能抵御海浪为度。在临海段的中部打设排桩和抛填石笼，建成防波堤，改变临海段江面宽广，水深不大，泥沙无规则堆积，河床多变的状况；在防波堤的两端形成急流区，越来越深，中部形成缓流区，越来越浅，利用自然潮能的力量，使泥沙不断沉积于此，逐渐冲积形成人工岛。世界上许多大河入海的地方，都会自然形成一些冲积岛。我国共有400多个冲积岛，长江入海口的崇明岛，就是一个很大的冲击岛。但是有些江河虽然又有大量泥沙且没有形成冲积岛。本发明效法自然，在入海口创造形成冲积岛的条件，促使冲积岛的形成，被称为人工冲积岛。所述的分流鼻子堤坝，是做一个鼻子形状的高出历史高水位的堤坝，可在河道渐宽段开端的山嘴、矶头改造成分流鼻子堤坝，在分流鼻子堤坝的一侧建造闸门，开挖分流引河，并将开挖闸基和引河的土石方堆筑于分流鼻子堤坝的内侧。所述的沿着分流鼻子堤坝两侧的硬壳堤坝，可采用硬壳板桩，沿着分流鼻子堤坝的两侧插设呈S型的硬壳板桩，在S型硬壳板桩的两端设有互锁扣槽，以使板桩之间联成一体，互为支撑。硬壳堤坝按照自然流线形状逐渐向下游伸展，形成一主一副两条河道，在没有支流加入的情况下，主河道的截面积是上游江河平均截面积的60-80%，副河道的截面积是上游江河截面积的50-70%。以保证无论是丰水还是涸水期间的船舶的航行。根据伯努利能量方程，这样才能保持河道流速均衡，减少泥沙沉积。
所述的引河用于闸门与上下游河道的沟通。闸门用于控制调节两条河道的水位和流量，有计划的分步把河床中的泥沙冲入人工岛。副河道有上下游通航需求的可增加船闸。所述的沿着分流鼻子堤坝的两侧一边逐渐向下游打设硬壳板桩，一边采用环保型清淤输泥设备、软粘土管道输送设备或绞吸式挖泥船，把河心航道上的泥土进行疏浚，堆放于硬壳板桩圈置的范围内。所述的渐宽段建成鼻子堤坝，临海段建成防波堤，在江河喇叭口上下段分别形成两个人工岛，从而消除了潮能和潮波的能量，不再产生破坏力极大的涌潮，危及两岸的堤坝。由于河流和潮能的长期作用，介于渐 宽段与临海段之间的扩展段不断被淤积，加上人为的促淤措施，最终两个人工岛自然联成一体，两边的航道也自然形成。所述的加高人工岛周边堤坝的高程，是因为冲积形成人工岛的高程不足以抵御风浪的袭击，在人工岛上泥沙又很有限。设置岛中湖，取湖中的泥沙到周边，加高周边堤坝高程。在重点建筑物部位做好地基处理，在需要做湖河、码头、桥梁和道路的位置作好规划预留。规划人工岛，是用好人工岛上有限的泥沙到最需要的地方，在尽量短的时间内，做出经济高质量的人工岛。所述的种植固砂和沿边护坡。人工岛由泥沙组成，结构松散，因而在外形轮廓上很不稳定，河口地区的冲积岛，每逢遇到强潮倒灌或洪水倾泻，强烈的冲蚀会使冲积岛四周形态发生改变。因此在人工岛上种植红树林、互花米草，用于消浪、促淤、固砂和护坡。从而河道得到较好治理，建成江心岛和湿地公园。同时做好环境保护和生态平衡。本发明的积极效果由于采用江河接近喇叭口位置设置一个分流鼻子堤坝的方法，使河道分流成两条位置稳定的河道，河道积淤减少，航道稳定，交通方便，大吨位船舶可以安全通行。由于在喇叭口临海段的中部打设排桩和抛填石笼，实施促淤消能和地基处理措施，人为造成形成缓流区，使泥沙不断沉积于此，利用自然能量形成人工冲积岛。由于建成鼻子堤坝和防波堤，在江河喇叭口上下段分别形成两个人工岛，从而消除了潮能和潮波的能量，不再产生破坏力极大的涌潮，危及两岸的堤坝。泥沙聚集稳固，建筑跨海大桥的投资得到节省。沿江两岸的居民更加安全放心，人民得以安居乐业。由于设置闸门和引河，可以控制调剂下游河流的流量，从此消除潮流大进大出，咸潮长驱直入现象，上游淡水资源得到充分利用。由于采用在人工岛上种植红树林、互花米草。促使海潮能量在人工岛边消减，同时利用海潮自然能量将泥沙推送到人工岛处淤积，获得大片土地资源。由于江河入海口得到了综合治理，建成湿地公园，平衡生态，美化环境。解决入海口的治理问题。潮汐发电站、绿色海湾、游艇乐园才可能在海湾得以发展。所以，本发明具有固沙护堤，泄洪压潮、蓄水灌溉、稳定航道，增加土地资源，建成绿色海湾的特点，使江河得到综合治理，充分利用，服务人类，造福社会。
图I为实施例I江河入海口治理方法示意图。图2为实施例2钱塘江入海口杭州湾的治理示意图。图3为杭州湾综合治理方法示意图。包括江河上游(I)、山嘴(2)、闸门
(3)、分流鼻子堤坝(4)、硬壳板桩(5)、海岸线￠)、大块石(7)、人工岛(8)、新河面(9)、分流引河(10)、桥梁(11)、公路(12)、岛中湖(13)、江河支流(14)、主流河道(15)、码头(16)、江湖通道(17)、湖间通道(18)、跨杭州湾大桥(19)、防波堤(20)、潮汐发电站(21)。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例I如图I所示，江河上游(I)河面基本等宽，河床基本等深，没有支流加入，到了下游出现了大喇叭口的平面外形，在海岸线(6)附近的喇叭口门没有河口冲积岛。水下地貌，随时改变，航道多变，无法通船。水浅潮猛，潮流大进大出，咸潮长驱直入，淡水资源不能充分利用。潮能聚集，潮波变形，涌潮极大，毁坏堤坝，海水倒灌，水患严重。长期以来，对江河的治理，对堤坝的修修补补，头疼医头，脚痛治脚，总是不能解决问题。本发明提出综合治理方案首先，把上下游的交接处的山嘴(2)做成高出水面的分流鼻子堤坝(4)，在山嘴(2) —侧建造闸门(3)，开挖分流引河(10);与此同时，在喇叭口临海段的中部打设多道连排钢板桩，在板桩的两边用开底驳抛以大块石(7)。其次，沿着分 流鼻子堤坝(4)的两侧，插设2道硬壳板桩(5);硬壳板桩(5)互相联成一体，顺着自然流线形状逐渐向下游伸展，形成两条新河面(9);一边逐渐向下游打设硬壳板桩(5)，一边对河道进行疏浚，并将疏浚清淤的泥沙就近堆放于2道硬壳板桩(5)内；渐宽段的分流鼻子堤坝和两侧的硬壳板桩形成后，使大量高含沙水流经过突然变宽的河道时，根据伯努利能量方程可知，流速降低，大量泥沙在此沉积，并进入硬壳板桩(5)圈闭的范围内。在喇叭口临海段人为创造形成河口冲积岛的条件，不但挡住了涌潮，同时在此沉积大量泥沙，利用河道的自然力量搬运泥沙，节省大量泥沙搬运的工作量。即可利用江河的能量搬运集中泥砂，又可减少河床泥层的沉积，稳定航道。在渐宽段的中部形成人工岛并不断向下游扩大，同时临海段的人工岛也不断在扩大，最终上下两个人工岛连成一体。因为冲积形成人工岛的高程不足以抵御风浪的袭击，在人工岛上泥沙又很有限。所以设置岛中湖，取湖中的泥沙到周边，加高周边堤坝高程。形成人工岛(8)和岛中湖(13)。然后在重点建筑物部位做好地基处理，在需要做湖河、码头(16)、桥梁(11)的位置作好规划预留。建造桥梁(11)公路(12)，并在人工岛(8)上种植护岛固沙的红树林、绿草和庄稼。红树林具有防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、净化海水和空气的功能。盘根错节的发达根系能有效地滞留来沙，减少近岸海域的含沙量；茂密高大的枝体宛如一道道绿色长城，有效抵御风浪袭击。实施例2是钱塘江的人海口杭州湾，是一个非常典型的喇叭状海湾。是一个世界上最厉害的涌潮的海湾。它外宽内窄，外深内浅，出海口江面宽达100公里，往西到澉浦，江面骤缩到20公里。到海宁盐官镇一带时，江面只有3公里宽。起潮时，宽深的湾口，一下子吞进大量海水，由于江面迅速收缩变窄变浅，夺路上涌的潮水来不及均匀上升，便都后浪推前浪，一浪更比一浪高。到大夹山附近，又遇水下巨大拦门沙坝，潮水一拥而上，掀起高耸惊人的巨涛，形成陡立的水墙，酿成初起的潮峰。钱塘江涌潮我国最大最壮观的潮汐，潮头高达8米左右，潮头推进速度每秒达近10米，其壮观景象，汹涌澎湃，气势雄伟，犹如千军万马齐头并进，发出雷鸣般的响声，实为天下奇观。已广为人知，为旅游业带来一点效益。然而，涌潮也确实给沿江人民带来过深重的灾难。每当台风来临，又值大潮汛，便会出现强烈的风暴潮。冲击两岸堤防，一旦海塘溃决，便会洪流遍野，扫荡田禾、庐舍，甚至人畜溺死。有幸脱逃而保住性命者，也难免流离失所。潮水即便退却，已是田土皆咸，数年不能耕种，荒田残垣，哀鸿遍地，惨不忍睹。千余年来，钱塘江两岸潮灾的损失已无法统计。近年来，日本、印尼海嘯，澳大利亚洪水，巴基斯坦水灾，心惊肉跳，惨不忍睹，居安思危，非常必要。钱塘江两岸虽未发生过主塘溃决的现象，沿江一幢幢楼房如雨后春笋，拔地而起，居住人口越来越密。然而，要防范于未然，彻底驯服涌潮，让它造福于人类，亟需进一步的治理。本发明提出综合治理方案与实施例I基本相同，如图3所示。在喇叭口的渐宽段做分流鼻子堤坝(4)，在喇叭口临海段的中部促淤消能，在杭州湾的两端形成两个人工岛⑶。所不同的是在喇叭口上要建造跨杭州湾的陆上通道，及其水上通道，如图2所示。在临海段到渐宽段，建造3条跨湾高速汽车通道，其做法是首先，在要建高速公路(12)的部位铺设土工布，抛粒径小于10的碎石层，插设塑料排水板，做好地基处理；其次，分层抛石，堆筑堤坝，然后，在堤坝临海面和两头压载大吨位的混凝土块体，砌筑防浪墙。做成既是防波堤(20)，又是公路(12)的路基。每条通道要建两座桥梁(11)与公路(12)联接。在渐宽段、中间段和临海段建成三条防波堤(20)，随着时间的推移，防波堤(20)边，泥沙停滞，不断淤涨成人工岛(8)，人工岛(8)不断在扩大，最终上下两个人工岛连成一体。本发明提 出的这种方案与全长36千米的跨杭州湾大桥(19)相比较，具有投资省，造价低，效益高，综合利用，安全可靠的特点。水上通道的做法是在主流河道(15)和加入的江河支流(14)的沿岸边建造码头
(16)。在江湖之间建造江湖通道(17)，在湖湖之间建造湖间通道(18)。沟成四通八达的水上通道。大型轮船可以安全航行。在临海段的防波堤(20)的两边还可以建造大型的潮汐发电站(21)，如图3所示。使岛中湖(13)具有蓄水、缓冲、调节作用，还可以建成世界一流的绿色海湾、游艇乐园。海水永不停息地一涨一落，蕴藏着巨大的能量，彻底驯服涌潮，让它造福于人类，服务于社会。本发明一种利用自然能量因势利导，顺水推舟的方法，在入海口创造冲积岛形成的条件，解决江河入海口的治理问题。适用于各种江河入海口的治理。
权利要求
1.一种治理江河入海口方法，包括消能促淤、地基处理、分流聚沙、硬壳堤坝、引河开挖、闸门建造和种植固砂。其特征是第一步，首先对入海口岸进行勘测，找到江中礁或江边突出的山嘴、矶头，摸清地质地貌和的水文状况，了解相对稳定的纵向隆起的沙坎，及变迁规律；第二步，在喇叭口临海段的中部打设排桩和抛填石笼，实施促淤消能和地基处理措施，建成防波堤；第三步，在河道渐宽段的江中礁或江边突出的山嘴、矶头上设置分流鼻子堤坝，并在分流鼻子堤坝的一侧建造闸门，开挖引河；第四步，沿着分流鼻子堤坝的两侧至少筑一道硬壳堤坝，并顺着自然流线形状逐渐向下游伸展，形成两条河道；第五步，一边逐渐向下游建造硬壳堤坝，一边对河道进行疏浚，并将疏浚清淤的泥沙就近堆放于硬壳堤坝圈闭的范围内，形成人工岛；第六步，在人工岛上设置岛中湖，取湖中的泥沙加高周边堤坝的高程；第七步，在人工岛和岛中湖的周边种植固砂，并沿边护坡。
2.如权利要求I所述的一种治理江河入海口方法，其特征是在临海段的中部打设排桩和抛填石笼，建成防波堤，改变临海段江面宽广，水深不大，泥沙无规则堆积，河床多变的状况；在防波堤的两端形成急流区，越来越深，临海段的中部形成缓流区，越来越浅，利用自然潮能的力量，使泥沙不断沉积于此，逐渐冲积形成人工岛。
3.如权利要求I所述的一种治理江河入海口方法，其特征是分流鼻子堤坝是做一个鼻子形状的高出历史高水位的堤坝，并将开挖闸基和引河的土石方堆筑于分流鼻子堤坝的内侧。
4.如权利要求I所述的一种治理江河入海口方法，其特征是沿着分流鼻子堤坝的两侧插设呈S型的硬壳板桩，在S型硬壳板桩的两端设有互锁扣槽，以使板桩之间联成一体，互为支撑。
5.如权利要求I所述的一种治理江河入海口方法，其特征是硬壳堤坝按照自然流线形状逐渐向下游伸展，形成一主一副两条河道，在没有支流加入的情况下，主河道的截面积是上游江河平均截面积的60-80%，副河道的截面积是上游江河截面积的50-70%。
6.如权利要求I所述的一种治理江河入海口方法，其特征是在人工岛上种植红树林、互花米草，用于消浪、促淤、固砂和护坡。
全文摘要
一种治理江河入海口方法，尤其是一种入海口岸消能促淤和人工冲积岛形成方法。包括消能促淤、地基处理、分流聚沙、硬壳堤坝、引河开挖、闸门建造和种植固砂。采用在江河接近喇叭口位置设置一个鼻子分流堤坝，在喇叭口临海段人为创造形成河口冲积岛的条件，利用自然能量搬运入海口泥沙形成人工岛。因势利导，顺水推舟，使江河得到综合治理，服务社会，造福人类。具有固沙护堤，泄洪压潮、蓄水灌溉、稳定航道，增加土地资源的特点。适用于多种江河入海口治理。
文档编号E02B3/04GK102733351SQ201110089110
公开日2012年10月17日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者应林江, 沈波, 滕一峰, 赵志方, 陈丽君, 陈国仙, 陶松垒, 魏博闻 申请人:浙江科技学院