河道整治水土保持北京林大

北京林业大学精品课程讲义12020年2月3日第三部分河道治理工程各种类型的河段，在自然情况或受人工控制的条件下，由于水流与河床的相互作用，常造成河岸崩塌而改变河势，危及农田及城镇村庄的安全，破坏水利工程的正常运用，给国民经济带来不利影响。修筑护岸与治河工程的目的，就是为了抵抗水流冲刷，变水害为水利，为农业生产服务。北京林业大学精品课程讲义22020年2月3日1.1河道横向侵蚀横向侵蚀一般是指在河（沟）道中与流向垂直的向两侧方向的侵蚀，如河（沟）岸崩塌，沟道被冲刷而变宽等现象。发生横向侵蚀原因：一是河（沟）床纵向侵蚀影响，由于河床下切而使河床失去稳定；二是山洪、泥石流流动时水流弯起引起横向冲刷所造成的。影响水流弯曲的因素很多，如河（沟）床上的突出岩石、沉积的泥沙堆、两岸的不对称地形等等，都可能引起水流的弯曲。北京林业大学精品课程讲义32020年2月3日（一）基本原理河道的演变形式，可分为两种：其一是河道沿流程纵深方向上发生的变形，称为纵向变形。其二是河道与流向垂直的两侧方向上之变形，称为横向变形。河道的纵向变形，反映在河床的抬高和刷深，而横向变形的总趋势是：河道不断向右岸冲刷发展，而左岸则不断淤积。河道演变的原因极其复杂，千差万别，但其根本的原因是输沙的不平衡。1.1.1河道演变的机理北京林业大学精品课程讲义42020年2月3日（二）影响河道演变的因素1.河段的来水量及其变化过程；2.河段来沙量、来沙组成及其变化过程；3.河段比降；4.河段的河床形态及地质情况。其中，第1、3两个因素决定河段水流挟带泥沙的能力；第2个因素决定河段的来沙数量及其泥沙组成，在一定的水流条件下，如果河段的来沙量大，泥沙组成粗，则有利于使河道产生淤积；如果来沙量小，泥沙组成细，则将有利于使河道产生冲刷。北京林业大学精品课程讲义52020年2月3日1.1.2横向侵蚀的防治一般说来，在山洪流经的途径上，可有以下几种防治方法：（1）将沟槽部分裁弯取直，控制凹岸发展。但在沟道裁弯取直后，由于比降增大，可能使山洪的流速增大，使纵向侵蚀加剧，因而必须考虑沟（沟）床的稳定性问题。（2）沉积泥沙堆山洪流经障碍物时，必然要改变方向，从而发生弯曲导致横向侵蚀，清除障碍物后并辅以适当的导流工程则可防止横向冲刷。（3）设置护岸工程与整治建筑物，以控制河岸发展和改善弯道，这是防止横向侵蚀的主要办法。北京林业大学精品课程讲义62020年2月3日2.1.1护岸工程的目的及种类（一）护岸工程的目的沟道中设置护岸工程，主要用于下列情况：1．由于山洪、泥石流冲击使山脚遭受冲刷而有山坡崩坍危险的地方。2．在有滑坡的山脚下，设置护岸工程兼起挡土墙的作用，以防止滑坡及横向侵蚀。3．用于保护谷坊、拦沙坝等建筑物。4．沟道纵坡陡急，两岸土质不佳的地段，除修谷坊防止下切外，还应修护岸工程。2.1护岸工程北京林业大学精品课程讲义72020年2月3日（二）护岸工程的种类护岸工程一般可分为护坡与护基（或护脚）两种工程。枯水位以下称为护基工程，枯水位以上称为护坡工程。根据其所用材料的不同，又可分为：干砌片石、浆砌片石、混凝土板、铁丝石笼等几类。2.1.2护岸工程的设计与施工（一）护岸工程的设计原则1．在进行护岸工程设计之前，应对上下游沟道情况进行调查研究，分析在修建护岸工程之后，下游或对岸是否会发生新的冲刷，确保沟道安全。2．为减少水流冲毁基础，护岸工程应大致按地形设置，并力求形状没有急剧的弯曲。北京林业大学精品课程讲义82020年2月3日3．护岸工程的设计高度，一方面要保证山洪不致漫过护岸工程，另一方面应考虑护岸工程之背后有无崩塌之可能。4．在弯道段凹岸水位较凸岸水位高，因此，凹岸护岸工程的高度应更高一些。（二）护基（脚）工程1．抛石护脚工程设计抛石护脚工程应考虑块石规格，稳定坡度，抛护范围和厚度等几个方面的问题。2．石笼护脚工程石笼护脚多用于流速大，边坡陡的地区。石笼系用铅丝、铁丝、荆条等材料做成各种网格的笼状物体，内填块石、砾石或卵石。北京林业大学精品课程讲义92020年2月3日（三）护坡工程1.干砌块石护坡干砌块石护坡主要由脚槽、坡面、封顶三部分组成其中脚槽主要用于阻止砌石坡面下滑，起到稳定坡面之作用，其形式有矩形和梯形两种，其下端与护脚工程衔接。2．浆砌石护坡浆砌石护岸堤可用75号水泥砂浆砌筑，在严寒地区使用100号水泥，其结构形式，基本上与干砌石护坡相同一般也设垫层。3．护岸堤修筑时，需注意的几个问题（1）基础要挖深，慎重处理，防止掏空。（2）沟岸必须事先平整，达到规定坡度后再进行砌石。（3）护岸片石必须全部丁砌，并垂直于坡面。北京林业大学精品课程讲义102020年2月3日3.1整治建筑物整治建筑物按其性能和外形，可分为丁坝、顺坝等几种。3.1.1丁坝（一）丁坝的作用种类1．丁坝的作用丁坝的主要作用如下：（1）改变山洪流向，防止横向侵蚀。（2）缓和山洪流势，使泥沙沉积，并能将水流挑向对岸，保护下游的护岸工程和堤岸。（3）调整沟宽，防止山洪乱流和偏流，阻止沟道宽度发展。北京林业大学精品课程讲义112020年2月3日2．丁坝的种类丁坝可按建筑材料、高度、长度、透水性能及与流水所形成的角度进行分类。(1)按建筑材料不同，可分为：石笼丁坝、梢捆丁坝、砌石丁坝、混凝土丁坝、木框丁坝、石柳坝及柳盘头等。(2)按高度不同，即山洪是否能漫过丁坝，可分为淹没和非淹没两种。(3)按长度不同，丁坝分为短丁坝与长丁坝。(4)按丁坝与水流所成角度不同，可分为：垂直布置形式（即正交丁坝）、下挑布置形式（即下挑丁坝）、上挑布置形式（即上挑丁坝）。(5)按透水性能不同，可分为不透水与透水丁坝。北京林业大学精品课程讲义122020年2月3日（二）丁坝的设计与施工由于荒溪纵坡陡，山洪流速大，挟带泥沙多，丁坝的作用比较复杂，建筑不当不仅不能发挥作用，有时还会引起一些危害，因此在丁坝的设计与施工中应注意以下几问题。1．丁坝的布置（1）丁坝的间距丁坝的间距与淤积效果有密切的关系。间距过大，丁坝群就和单个丁坝一样，不能起到互相掩护的作用，间距过小，丁坝的数量就多，造成浪费。北京林业大学精品课程讲义132020年2月3日（2）丁坝的布置形式对崩塌延续很长范围的地段，为促使泥沙淤积，多做成上挑丁坝组，以加速淤沙保护崩塌段的坡脚；在崩塌段的上游起点附近，则修筑非淹没丁坝。丁坝的高度，在靠山一面宜高，缓缓向下游倾斜到丁坝头部。2．丁坝的结构（1）石丁坝：其坝心用乱抛堆或用块石砌筑。表面用干砌、浆砌石修平或用较大的块石抛护，其范围是上游伸出坝脚4m，下游伸出8m，坝头伸出12m。其断面较小，顶宽一般为1.5—2.0m。北京林业大学精品课程讲义142020年2月3日（2）土心丁坝：此丁坝采用沙土或粘性土料作坝体，用块石护脚护坡。（3）石柳坝和柳盘头：在石料较少的地区，可采用石柳坝和柳盘头等结构形式。3．丁坝的高度和长度丁坝坝顶高程视整治的目的而定。在山洪沟道中，以修筑不漫流丁坝为宜，坝顶高程一般高出设计水位1m左右。丁坝坝身长度和坝顶高程有一定的联系，淹没丁坝，可采用较长的坝身，而非淹没丁坝，坝身都是短的。北京林业大学精品课程讲义152020年2月3日4．丁坝坝头冲刷坑深度的估算影响丁坝坝头冲刷深度的主要因素有：（1）丁坝坝头附近的流速及水流与坝轴线的交角。流速大，折向沟底的水流速度也大；交角愈接近90°，冲击坝身的水流愈强，壅水愈高，折向沟底的水流冲刷力也愈强。（2）坝身的长度。坝身愈长，束窄沟床的能力愈强，坝头的流速也愈大，冲刷坑愈深。（3）沟床的土质组成和来沙情况。粘性土愈多，抗冲能力愈强，冲刷坑就愈浅，上游来沙愈多，遭冲刷的可能性也愈小。（4）坝头的边坡。坝坡愈陡，环流向下之切应力愈大，冲刷坑也愈深。北京林业大学精品课程讲义162020年2月3日5．丁坝的防护在河床组成较好的情况下，可用抛石护脚，它的宽度应不小于由漫流和绕流而引起的坝头和坝身附近河床的掏刷范围，在黄河流域，一般向上游延护12—20m，向下游延护15—25m。坝头水流紊乱，应特别加固，可采用加大头部护底工程面积或加大边坡系数两种方式进行。6．丁坝的施工丁坝施工中须注意的几个问题。（1）施工顺序：选择流势较缓和的地点先行施工，然后再推向流势较急之地点，以保证工程安全。（2）在施工中应注意观测研究已修丁坝对上、下游及对岸之影响。北京林业大学精品课程讲义172020年2月3日（3）应考虑按照现有沟道之冲淤变化，不能简单地将丁坝基础按照现有沟底一律向下挖一定深度。（4）在丁坝开挖坑内回填大石，以抵抗冲刷。3.1.2顺坝顺坝是一种纵向整治建筑物，由坝头、坝身和坝根三部分组成，坝身一般较长，与水流方向接近平行或略有微小交角，直接布置在整治线上，具有导引水流、调整河岸等作用。顺坝有淹没与非淹没两种，淹没顺坝用于整治枯水河槽，顺坝高程由整治水位而定，自坝根到坝头，沿水流方向略有倾斜；非淹没顺坝在河道整治中采用较少。北京林业大学精品课程讲义182020年2月3日4.1治滩造田工程治滩造田就是通过工程措施，将河床缩窄、改道、裁弯取直，在治好的河滩上，用引洪放淤的办法，淤垫出能耕种的土地，以防止河道冲刷，变滩地为良田。治滩造田是小流域综合治理的一个组成部分，而流域治理的好坏，又直接影响治滩造田工程的标准和效益，因此，治滩造田工程不能脱离流域治理规划单独进行。北京林业大学精品课程讲义192020年2月3日4.1.1治滩造田的类型（一）束河造田：在宽阔的河滩上，修建顺河堤等治河工程束窄河床，将腾出来的河滩改造成耕地。（二）改河造田：在条件适宜的地方开挖新河道，将原河改道，在老河床上造田。北京林业大学精品课程讲义202020年2月3日（三）裁弯造田：过分弯曲的河道往往形成河环，在河环狭劲处开挖新河道，将河道裁弯取直，在老河弯内造田。（四）堵叉造田：在河道分叉处，选留一叉，堵塞某条支叉，并将其改造为农田。（五）箍洞造田：在小流域的支沟内顺着河道方向砌筑涵洞，渲泄地面来水，在涵洞上填土造田。北京林业大学精品课程讲义212020年2月3日4.1.2整治线的规划整治线（又称治导线）是指河道经过整治以后，在设计流量下的平面轮廓，它是布置整治建筑物的重要依据，因此，整治线规划设计得是否合理，往往决定着工程量和工程效益的大小，甚至决定工程的成败。（一）整治线的布置原则1．多造地和造好地，新河应力求不占耕地或少占耕地，造出的地耕种条件应较好。2．因势利导。充分研究水流，泥沙运动的规律及河床演变的趋势，顺其势、尽其利。3．应照顾原有的渠口、桥梁等建筑物，不要危及村镇、厂矿、公路等安全。北京林业大学精品课程讲义222020年2月3日（二）整治线的形式1．蜿蜒式。整治线一般都是圆滑的曲线。2．直线式：这种整治线基本上把新河槽设计成直线，根据河势和地形，自上游到下游分段取直。3．“绕山转”式，这种整治线是将新河槽挤向山脚一侧，河道环绕山脚走向流动。北京林业大学精品课程讲义232020年2月3日4.1.3整治建筑物设计在整治线确定之后，根据不同类型的整治线的要求，可采用不同类型的整治建筑物，以保证整治线的实施，整治建筑物的类型很多，治滩造地工程中常用的有丁坝，顺河坝等。值得提出的是，修筑了某些治河造田工程以后，束窄了天然河道，改变了原来的水流状态，使流速增大，一般能引起河床纵深方向的冲刷，因此，在修筑治河工程的同时，还应根据建筑物和河道的情况，设置护底工程。北京林业大学精品课程讲义242020年2月3日（一）修筑格坝根据滩地园田化的规划，首先应当在河滩上用砂卵石或土料修成与顺河坝相垂直的，把滩地分成若干条块的横坝，叫做格坝，它是河滩造地中的一项重要工程。格坝的主要作用是：由于格坝地与原有滩地分划若干小块，形成许多造田单元，可以使平整土地及垫土之工程量大大减小，当顺河坝局部被冲毁时，格坝可发挥减轻洪灾之作用。4.1.4河滩造田的方法北京林业大学精品课程讲义252020年2月3日（二）引洪漫淤造地在洪水季节，把河流中含有大量泥沙的洪水引进河滩，使泥沙沉积下来后再排走清水，这种造地方法叫做引洪漫淤造地或引洪淤灌。1．引洪