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樁式丁順壩在石葵河道治理中的應用研究
樁式丁順壩相對于單一的丁壩形式，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(wèn)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，淤積嚴重，水災頻繁，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，阻水嚴重，每年因洪澇災害造成的經(jīng)濟損失巨大，給沿河兩岸的城鎮居民及農業(yè)發(fā)展帶來(lái)嚴重影響，防洪排澇形勢嚴峻。通過(guò)對石葵河的河道治理，使石葵河沿河兩岸的居民和基本農田防洪能力得到提高，免遭洪水侵襲，減少洪災損失，保障區域人民群眾的生命財產(chǎn)安全，降低洪澇災害風(fēng)險，為當地社會(huì )經(jīng)濟的和諧發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。
1治理問(wèn)題研究
1.1問(wèn)題分析
石葵河洪水災害發(fā)生頻繁，究其原因，可歸結為以下幾點(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(lái)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)，導致徑流的年內分配不均，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。據氣象站歷年實(shí)測資料統計，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26.8℃;最冷月為1月，平均氣溫為3.2℃，年無(wú)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，地形條件復雜，易造成洪澇災害。
(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，流域內洪水主要由暴雨產(chǎn)生，年最大暴雨多發(fā)生在6-9月。據流域內水文站點(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，一次洪水主要由24h暴雨形成，數天后又快速消逝，雨量集中、強度高、破壞力大，水位大漲大落。
(3)流域內自然植被及生態(tài)環(huán)境遭到破壞，水土流失嚴重。
(4)由于河道沿岸的農田灌溉完全依賴(lài)石葵河取水，村民在河段擅自修筑取水壩21座，汛期來(lái)臨時(shí)洪水攜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(jiàn)圖2。
(5)整個(gè)河道走勢曲折多彎，洪水來(lái)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、漫堤現象。
(6)石葵河流經(jīng)地段為山區，整個(gè)河道現狀仍屬于自然行洪狀態(tài)，且無(wú)防洪建設資金投入，未實(shí)施過(guò)河堤護岸設施，防洪基礎脆弱。
綜上所述，石葵河治理須解決防洪基礎薄弱、河床泥沙淤積以及沿岸農業(yè)生產(chǎn)的取水等突出問(wèn)題。
1.2解決方案
在分析了以上可控因素后，基于對石葵河具有山區河流特征的考慮，選擇鉛絲石籠井柱樁結合丁順壩亦即樁式丁順壩作為石葵河整治建筑物進(jìn)行設計。
樁式丁順壩除滿(mǎn)足基本的防洪導流、護岸固堤外，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，從而達到控制河勢、約束水流、穩定河道的目的。通過(guò)對其合理的設計，沿岸的農業(yè)生產(chǎn)用水可由壩前壅水提供。由此可見(jiàn)，樁式丁順壩可以較好地解決河道治理中存在的突出問(wèn)題，并滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要。
另一方面，水流對壩體的沖刷問(wèn)題，尤其壩頭的最大沖深問(wèn)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(wèn)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)，對壩后的水流具有一定的引導作用，但并未影響到主流的流態(tài)，對上下游水位影響也不明顯，改變了壩頭周?chē)鞯牧鲬B(tài)，這樣便減弱了壩頭挑流流線(xiàn)的急劇性變化，從而降低了沖刷程度。
(2)較長(cháng)勾頭段的存在，隔離了部分回流與主流的接觸邊界，切斷了主流區和回流區部分水流的交換，使壩下游的流速有所降低。
(3)無(wú)論是在淹沒(méi)條件或是非淹沒(méi)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(cháng)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，水土流失嚴重，沿岸農業(yè)生產(chǎn)的不合理取水加劇了河道沖刷并進(jìn)一步導致了泥沙淤積，故優(yōu)先解決農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，且具有結構簡(jiǎn)單、施工機械化程度高、運用安全可靠、可適應各種洪水標準、占挖耕地少等優(yōu)點(diǎn)，故可為沿岸的農田提供生產(chǎn)用水。
2.2防洪護岸
得益于樁式丁順壩布置的靈活性與適應性，可在河道沖刷嚴重的治理段、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岸的作用，且壩身具有透水性，對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(cháng)繁殖。
2.3沖淤問(wèn)題的解決
針對泥沙(推移質(zhì))淤積問(wèn)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(guò)攔河壩即樁式丁順壩建設及合理布置，束窄河床，增大流速，以達到輸沙的目的，解決泥沙淤積問(wèn)題。
鑒于以下兩方面的考慮，可有效削弱由“束水攻沙”引起的對于行洪的影響：
(1)由于石葵河河道一年內大部分時(shí)期處于枯水期，枯期內平均河寬21m，平均水深1.3m，河道相對寬淺。通過(guò)對于河道的清淤處理，經(jīng)計算比較，清淤后丁壩的斷面處的實(shí)際過(guò)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于行洪的影響。
(2)樁式丁順壩壩長(cháng)L設計為河寬B的1/3，短式丁壩、下挑、壩體本身透水，透水率30%，對主流及行洪影響不大。故由河工建筑物的合理設計也可一定程度的緩解行洪壓力。
3結語(yǔ)
樁式丁順壩相對于單一的丁壩形式，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用于石葵河的治理工程。關(guān)于樁式丁順壩具體的應用設計以及實(shí)際的運用效果尚需進(jìn)一步的分析、研究和檢驗。
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