一种基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法，其发明点在于设置了整治滩险航道水流需满足的两个控制条件，即单宽流量控制条件和比降控制条件，并根据该控制条件通过水利模拟试验获取潜坝规格数据来进行施工治理。所述控制条件中，充分考虑了河床的联动情况和比降原理，大幅减少了模型试验组数及提高了整治滩险成功的概率，并使得最终获取的潜坝数据实施后能够更好地提高航道尺度，改善水流流态，防止航槽内泥沙淤积；同时，本发明的潜坝，具有结构简单，实施方便快捷，实施成本低廉，强度和抗冲击性好，使用寿命长的优点，非常适合山区河流使用。
【专利说明】-种基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于河流治理领域，具体涉及一种基于比降原理的山区河流卵石滩群联动 整治方法。
【背景技术】
[0002] 山区河流主要流经山区和多数丘陵地区，具有水位暴涨暴落，河道坡陡流急等特 点。长江、黄河、珠江、岷江以及澜沧江等水系的干流上游和不少支流都是山区河流。在山区 河流中，存在急、浅、险等碍航滩险，对航运产生较大维护，需通过整治来满足航运需要。到 目前为止，水上运输任是最经济、最环保的交通运输方式。特别是在中国中西部地区，铁路 公路运输成本大，又有长江黄金水道，所以对长江上游等山区河流的航运开发越来越受到 政府的重视。
[0003] 从总体的河型分析，对于山区河流卵石滩群类型的大部分河段大致由顺直或微弯 的深槽河段与弯道卵石滩群构成，与之对应的河段比降缓陡相间。深槽河段的航道稳定， 比降较缓，长度较长，可以起到对上下游连接的卵石滩群的缓冲调节作用，当整治与之相连 的卵石滩群时，水流条件的改变和比降的调整可以通过该河段协调而不会传递到另一端的 卵石滩群河段。而当深槽较短，整治某一卵石险滩后，其影响将传递到相邻的卵石险滩，如 2006年长江上游斗笠子险滩整治后，由于其出口输沙路径的改变，致使下游东溪口的左边 滩加快淤积，挤占航道。导致下游航道变窄，影响船舶通航。在做航道整治设计时，为扩大 整治滩险航道尺度，改善船舶航行条件，传统的设计理念受到了冲击，如何设计一种新的考 虑河床联动性的河流整治方法，以满足工程建设的需要，成为本领域人员努力的方向。
[0004] 要开发山区河流航运潜力，必然会实施航道整治，航道整治需布置航道整治建筑 物。而潜坝为较为常见的航道整治建筑物，坝顶位于设计最低通航水位以下，常年淹没于水 中。建在急流滩中的潜坝，主要是用于抬高滩口下游水位，减缓滩上流速、比降。对于河床 横断面极不规则，深槽吸流形成的浅滩，潜坝用于调整河床断面形态，增大浅区流速，冲刷 深槽。在某些河床变动小的浅滩或浅滩下游修筑潜坝或潜坝群，也可以达到壅高浅滩或浅 滩水位，增加枯水水深的目的。筑于分汊河段的非通航汊道，以增加通航汊道的流量。
[0005] 另外，潜坝由于常年淹没于水下，所承受的水流冲击力较大，且山区河流泡多漩 大，流态极其紊乱，潜坝易发生水毁。普通的潜坝存在强度不足，整体稳定性较差和使用寿 命较短的缺陷。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种充分考 虑联动性，能更好地提高航道尺度，改善水流流态，防止航槽内泥沙淤积的基于比降原理的 山区河流卵石滩群联动整治方法；同时进一步使其能够提高航道整治建筑物的自身强度， 能抵抗更强的水流冲击力，延长建筑物整体寿命。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
[0008] -种基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法，包括以下步骤：
[0009] (1)先根据河床组成判断，如果河床以及滩段组成颗粒的中值粒径大于16mm，同 时，上下游两滩之间深槽长度小于下游滩险整治线宽度的3倍，则判断河床属于卵石型河 床，上下游滩段相互联动属于卵石型滩群，可以适用以下方法；
[0010] (2)确定需要整治的滩群后，然后先按照航道走势、规划线形并依据河流的水文特 征、河床物质组成、冲淤演变特征确定航道整治水位及航道整治线宽度；根据航道整治水位 及航道整治线宽度开挖航槽；
[0011] 所述步骤（1)、步骤（2)为公知技术手段的集合，具体过程不在此详述；
[0012] 本发明的特点在于，还包括以下步骤，
[0013] (3)整治滩险单宽流量调控：
[0014] 卵石滩群航槽开挖后，河床会自动调整，形成新的稳定航槽，稳定航槽的床沙处于 临界起动，即应满足：
[0015]
【权利要求】
1. 一种基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法，包括W下步骤： (1) 先根据河床组成判断，如果河床W及滩段组成颗粒的中值粒径大于16mm，同时，上 下游两滩之间深槽长度小于下游滩险整治线宽度的3倍，则判断河床属于卵石型河床，上 下游滩段相互联动属于卵石型滩群，可W适用W下方法； (2) 确定需要整治的滩群后，然后先按照航道走势、规划线形并依据河流的水文特征、 河床物质组成、冲齡演变特征确定航道整治水位及航道整治线宽度；根据航道整治水位及 航道整治线宽度开挖航槽； 其特征在于，还包括W下步骤， (3) 整治滩险单宽流量调控： 卵石滩群航槽开挖后，河床会自动调整，形成新的稳定航槽，稳定航槽的床沙处于临界 起动，即应满足：
式中：q为单宽流量，单位为mVs巧为整治水位时水深，一般为航道设计水深+整治水 位高度，单位为m ;g为重力加速度，一般取9. 8m/s2 ;d为河床床砂中值粒径，单位为m ; Y S 为床沙重度，一般取2. 65 ; Y为水重度，一般取1. O ; (4) 整治滩险比降控制： 纵向调控关键在于滩群河段比降协同调整，可W通过布置整治建筑物，合理分配滩群 河段的比降实现滩群河段纵向调控，即滩群整治后水面比降应满足W下两式
式中J为滩段整治后比降；C为谢才系数，C二; H为整治水位时水深，单位为 n m ;g为重力加速度，一般取9. 8m/s2 ;d为河床床砂中值粒径，单位为m ; n为平整床面与沙 垄临界参数，一般取0. 3 ;q为单宽流量，mVs ; (5) 根据待整治滩险的水文、地形等实测资料，采用物理模型或数值模拟的方法进行研 究试验，试验时在上下游滩险之间的河床上设置模拟潜巧和其他整治建筑物，试验过程中， 根据步骤（3)和步骤（4)中的控制条件，对潜巧进行调节试验，根据试验确定出潜巧规格 (主要指潜巧的位置W及长度规格和高度规格），使其试验过程中的滩险单宽流量和滩险 比降能够满足步骤（3)和步骤（4)的公式要求； (6) 根据步骤（5)获取的潜巧数据，设置实体潜巧。
2. 如权利要求1所述的基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法，其特征在 于，所述步骤化）中，实体潜巧设置具体包括W下步骤： a、先获取若干边长为1. 2-1. 4m的正四面体，正四面体一般采用水泥拾结构预制得到，
正四面体的一个单面中部或者一个尖端上方向外固定设置有用于起吊的钢筋支耳； b、在潜巧设置位置，将正四面体按照层状分布吊抛入河床内，最底层的正四面体尖端 向上相邻排布抛设，从下到上每层正四面体尖端方向依次相反，使其堆积形成横截面整体 呈梯形的巧体； C、巧体背水坡铺设一层预制的扭王字块； d、所述巧体高度超过4m时，巧体背水坡底部向外延伸形成有背水坡镇脚，背水坡镇脚 宽度为5m左右，背水坡镇脚采用500kg左右的石块堆积得到，背水坡镇脚的表面和背水侧 均铺设有一层扭王字块。
3. 如权利要求2所述的基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法，其特征在 于，所述巧体巧顶宽5m左右，迎水坡坡度为1 ;2左右，背水坡坡度为1 ;3左右。
4. 如权利要求2所述的基于比降原理的山区河流卵石滩群联动整治方法，其特征在 于，所述正四面体，每条边长长度为1. 2-1. 4m，钢筋支耳由直径为22mm的钢筋得到。
【文档编号】E02B3/00GK104264625SQ201410491955
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】刘怀汉, 刘兴年, 唐诚, 胡小庆, 刘勇, 杨克君, 解中柱, 张毅, 张帅帅 申请人:长江航道局, 四川大学, 长江重庆航运工程勘察设计院