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裁弯工程

2020-04-09 21:00

依据蜿蜒型河道河弯发展的自然规律,借助水流的冲刷力,将过分弯曲的河道进行人工裁直的措施,又称人工裁弯工程、裁弯取直。裁弯工程的作用是降低弯道上游河段的洪水位;消除弯道崩岸给堤防、城镇、农业生产、交通线等造成的威胁;缩短航程,改善航运条件等。

蜿蜒型河道是冲积平原河流中常见的河型,中国的长江下荆江、渭河下游、汉水下游等河段,美国的密西西比河下游,发源于土耳其、流经格鲁吉亚和阿塞拜疆的国际河流库拉河及其主要支流阿拉克斯河下游等,都是典型的蜿蜒型河段。蜿蜒型河段的河弯在自然演变过程中,由于凹岸的不断冲刷和凸岸的不断淤积,同一岸相邻两个弯道之间的距离逐渐缩短,形成河环,河环的两端相距很近,称为狭颈。狭颈两边水位高差较大,一遇漫滩水流,容易形成串沟并逐渐扩大发展成为新河,这就是自然裁弯。裁弯工程则是利用河流的这种自然规律,在河环狭颈附近,开挖断面较小的引河,然后利用水流力量,冲刷扩大发展成为新河。

沿革

裁弯工程同其他河道整治工程一样,是人们在改造自然的实践中不断发展、逐步完善起来的。18世纪末,人们在裁弯取直时,曾把新河设计成直线形式,一次挖成最终断面,并在老河上修筑相当于中水位高程的堵坝,使新河很快通过全部流量,结果造成下游河势急剧变化,险工段的防守极为被动;新河内,边滩移动剧烈,反而对航行不利;整个工程的土石方量亦较大。实践证明,这样的设计,效果不好而投资大。19世纪到20世纪初,人们从河流自然裁弯、新河发展中得到启示,在设计引河断面时,先开挖一较小断面,利用水流冲刷,把引河扩大成新河,摒弃了把新河设计成直线和在老河筑坝堵流的措施,实施效果良好,为后来的裁弯工程普遍采用。不少国家在裁弯工程方面积累了较丰富的实践资料,形成了一套较完整的规划设计程序、理论计算及实施方法。人工裁弯能按照人们的要求,有计划地整治河道,投资少,工期短,避免自然裁弯带来的不利影响。德国1817~1842年在莱茵河沙港至老头河口的河段内进行了18处裁弯工程;美国1933~1942年在密西西比河下游孟菲斯到巴吞鲁日之间进行了16处人工裁弯;原苏联(今格鲁吉亚和阿塞拜疆)自1922年起在库拉河及阿拉克斯河上进行了19处裁弯。中国1901~1923年在海河葛沽以上6处河段进行了人工裁弯;1966~1971年在长江下荆江河段实施了中洲子和上车湾两处裁弯工程(参见彩图ⅩⅣ—26)。

ⅩⅣ—26 下荆江裁弯工程

王璋摄

规划与设计

裁弯工程是一项重要的治河工程,应当纳入河道整治的整体规划,做好规划设计和模型试验。进行裁弯工程规划时,要研究裁弯河段的演变规律、水文泥沙特性和新河地区的工程地质情况,进行多种方案比较,选择最优方案。

裁弯工程设计主要包含下列内容:①引河设计。包括引河平面形式、引河进出口位置、引河长度和引河线路的选定,以及引河开挖断面的设计等。②引河开挖施工设计。包括施工方式的选定;确定机械设备与劳力安排;施工场地布置;编制施工计划等。③新河控制工程、新河护岸工程和上下游河势控制工程的设计。

引河设计直接关系裁弯工程的成败,设计时要考虑引河能顺利冲开,有航运要求的保证枯水期通航;裁弯后形成的新河能与上下游河段平顺衔接;力求工程量最小等。引河的平面形式不宜设计成直线或曲率半径过大的曲线,一般多采用由复合圆弧与切线组成的曲线形式。引河进出口位置,要求符合进口迎流、出口顺畅的原则,进口宜布置在上一弯道顶点下游一定距离。引河长度一般以裁弯比(裁弯段老河轴线长度与引河轴线长度的比值)作指标。裁弯比视引河地区的土质情况选定。在满足裁弯后能形成平顺微弯河道的条件下,尽可能选择较大的裁弯比,以便充分利用水流的冲刷力,将引河扩大至设计断面,减少引河的开挖量。但裁弯比过大会造成引河发展太快,变形急剧,不易控制,还可能使下游河势变化过于剧烈,险工防守被动。一些河流的裁弯比如下:中国长江下荆江中洲子裁弯工程,裁弯比为7.8;上车湾裁弯工程,裁弯比为9.3(参见长江下荆江裁弯工程);美国密西西比河16处裁弯,裁弯比为2.2~10.3。地质条件是引河选线的关键因素,引河线路宜选在黏性土层厚度适当的地区。引河断面设计包括引河开挖断面设计和引河发展成新河的最终断面设计。拟定引河河底开挖高程时,以能保证枯水期通航为原则,一般须挖至通航标准高程。若砂层顶板高于枯水期通航所需要的高程时,可只挖至砂层顶板。引河的开挖宽度要满足施工要求。新河控制工程参见护岸工程。

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