河势与河势控制潘庆檠‘无论是山区性河道或冲积平原河道，都是因水流与河床的相互作用而处于调整与演变的过程中。冲积平原河道具有的顺直微弯型、蜿蜒型、分汊型和游荡型等基本河型，这是在不同的来水来沙条件和河床边界条件下水流与河床长期相互作用的结果，不同河型的河道呈现出不同的演变规律。河势是河道在其演变过程中水流与河床的相对态势，可以河段内主流线与河岸线的相对位置来表示。在河道演变过程中，主流线与河床边界无时不在调整的量变过程中，在一定条件下，也可能发生质的变化。例如蜿蜒性河段的撒弯现象(图1)和自然裁弯现象(图2)；以及分汊型河段的主支汉易图1图2位现象等(图3)。·．1·图3通常所说的有利河势包含着两层意思，一是指河势较平顺，即主流线与河岸线相对位置较为适应，不会出现重大调整；其次是指这种河势与两岸的工农业布局及城市建设要求相适应。人们往往采用工程措施将这种有利河势稳定下来，这就是所谓的河势控制工程。上述河势控制工程必须在正确的河势控制工程规划指导下有计划，分阶段地加以实施，才能取得预期的工程效果。因为河道本身无时不在变化过程之中，河势控制工程与其它水利工程项目不同，它具有更强的时机性和经验性，稍一不慎，就会失去有利时机甚至使工程失败。具体说来，在河道整治工程中提出进行河势控制规划的必要性是：’ l、随着国家经济建设的发展，以及为了水资源的综合利用，对各种河道的整治，都务求实现综合利用的目标。已往那些单纯为防洪护堤而进行的护岸工程，或者为改善航行条件而进行的枯水航道整治工程，不仅未能综合利用河道资源，且往往带来水利纠纷。制定河势控制规划，在规划指导下实施护岸工程，使护岸工程成为河势控制的主要工程组成部分，大大提高了护岸工程效果。河势的稳定，也为枯水航道整治创造了有利‘·2·条件。2、大江大河的河遭整治，工程量巨大，，往往不可能在短时期内全面完成。同时，两岸工农业生产、城市建设等方面对河道利用的要求也是逐步提高的。因此，河势控制是对河道采用工程措施加以宏观控制，稳定河道的有利河势，为以后随着经济建设的发展。进一步对河道进行局部整治打下基础。3、从具体实施河势控制工程来看，存在着有利的施工时机，抓住有利时机，工程得以事半功倍。否则，将大大增加工程的难度和工程量。例如下荆江沙滩子裁弯工程规划未能及时实施．以致1972年7月发生自然裁弯，上下游河势也因未及时控制而相应产生剧烈变化，至今尚未全部稳定(图2)。又如镇扬河段的整治，从整体来看应该控制和畅洲汉道的左汉的发展。1974年左汉分流比减少到25．2％(图4)，由于种种原因未能及时实施护岸等河势控制工程，以致左汉又复扩大，对右汉沿岸码头及取水口极为不利。因此，只有在河势控制规划指导下，才能掌握圈4有利时机，及时控制有利河势。4、对受水工建筑物影响的河道，锣!|如水库回水变动段，根据建库后河道发展趋势的预测，制定河势控制规划，有计划地在水库运用前或运用后实施河道整治，尤为必要，可以节省工程量，便于施工。例如丹江口水库汉江段的变动回水区，建库前有几个碍航浅滩段，其中的三朵花浅滩，地处急弯的下游开阔段，江心为卵石滩，右汉处于凹岸，．河床内有多处礁石耸立江中，称之为三朵花，左汉汛期淤积，枯期则因弯道右岸山咀挑流，左汉冲刷扩大而成航道(图5)。建库后，1983年左汉未冲开，航道被迫设在右汉险道。假若建库前预计到这种河势，事先整理右汉河床及岸咀，将航槽固定在右槽，则航道将大为改善。图55、治河工程与其它水利工程不同，具有很强的时机性和复杂性，制定河势规划，治河工程由粗到细，在实践中逐步细化，更利子提高河道整治工程的效果。综上所述，对于具有综合利用条件的河道，特别是大、中河流，制定河势控制规划，实施河势控制工程，为进一步对河道的整治打下基础，是非常必要的。=、天然河道的河势控制正如上述，河势控制工程就是利用护岸工程及其它工程措施，根据河段的演变规律，因势利导，将河道有利河势稳定下来。山区性河道河床演变特点之一是：水流与河床相互作用过程中，河床往往起着主导作用。因此，河势是相对稳定的，或者说其变化极其缓慢，无须作大量的河势控制工程，可根据航道、港口或引水的需要，采用工程建筑物如丁坝、顺坝以及疏浚、爆破等措施，调整局部河段的河势。冲积平原河道的河势控制工程布置与河型及经济建设各部门的要求有关。以下分别加以叙述。顺直微弯型河道的河势控制工程主要是采取护岸工程措施，稳定河岸线。应该注意的是：控制的岸线应为合适曲率的平顺曲线。蜒蜿性河道的河势控制可以根据河段的演变趋势来决定。蜿蜒性河道的演变特点是弯道凹岸崩坍、凸岸淤积，在一定的来水来沙条件下，弯道发生撇弯切滩和自然裁弯现象。对于曲率适当的平顺弯道，可以采取护岸工程措施稳定弯道凹岸。对于弯道曲率已较大、有可能发生撤弯切滩的弯道，可采取削咀工程视佃岸护岸工程调整弯道曲率，使其成为曲率适中的平顺河湾；也可有计划的待其发生自然撇弯后再实施护岸工程控制河势。对于己发展成河环的弯道，宜采取人工裁弯工程措施，并待裁弯新河发展到预期的宽深尺度时，通过护岸工程稳定新河。而新河上下游的河势控制工程可区别不同河段，在人工裁弯实施过程中分期进行，务求最终控制整个裁弯河段的河势。长江中游中洲子裁弯工程调关至塔市驿河段和上车湾裁弯工程天字一号到洪水港河段的河势目前已得到基本控制(图6、7)．·3·图6圈．7关于在蜿蜒性河段实施人工裁弯工程的利弊，尽管本世纪以来，国内外色进行了大量裁弯工程，例如美国手1933年至1946年在密西西比河进行了16处裁弯工程，·取得了许多工程经验。日本于1931年至196,9年在北海道的石守川进行了29_处裁弯工程。。我c国在1958年对南运河进行过大规模的系统裁弯工程。1967至1969年在长汪中游的中洲子和上车湾实施了两处裁弯工程：。但对此仍有两种截然不同的意见．一种看法认为，裁弯工程是一种可行的工程措施，有乔iJ于稳定河势；另一种看法则认为，实施裁弯工程破坏了河道的平衡状态，重新稳定河道，要花费大量工程费用和较长时间，例如密西西比河1933年起裁弯，至今河道尚未全部稳定。根据长江的裁弯工程的实践，实施裁弯工程有利于长期控制有利河势，而且所耗的工程费用并不比维持蜿蜒曲折河道的护岸费用多。·4一分汊性河道的演变特点是：就单个汉道来看，具有弯道演变的特点；从整个河段来看；又具有主支汊兴衰交替、相互影响的特点。分汊性河道的河势控制，大体上有两种不同方式。第一种是对主支汊相对稳定的双汉河段，可通过汉道和江心洲的护岸工程控制河势，稳定两汊的分流比。例如马鞍山河段j小黄洲分河道为两汉，右汉为主汉，其右岸有多处工厂码头。小黄洲洲头崩退，影响到这些工厂码头的安全。1969年开始实施小黄洲头的护岸工程，配合其它段的护岸工。程，使该只段得以基本稳定(图8)。长江下游的南京河段，自1972年制定河势控制规划，稳定了长江大桥上游河段河势。1983年以来，又进行八卦洲汉道的河势控制工程，控制了左汊的萎缩趋势，保证左汉沿岸大型工厂区的正常生产和运输(图9)。第二种是对支汉变动频繁的分汉河段，例如长江中游的陆溪口河段、团风河段，主、支汉呈周期性变化，可以采取护岸工程措施，稳定主汉，保证河势稳定，方便航运。游荡性河道的演变特点是：宽、浅、多变，河床宽浅，、支汉多，主流变动频繁。。黄河下控加和图8图9游孟津至高村段是典型的游荡性河道。河势控触的目标是采取控导工程措施以控导主流，将河道逐步改造为相对稳定的弯曲性河道，为进一步整治打下基础。70年代以来，三、修建水利枢纽后河道的河势控制天然河道上修建水利枢纽工程后，河道的原有演变规律将部分或全部改变。为了充分发挥水利枢纽的工程效益，特别是枢纽上下游航运效益，在枢纽工程兴建的同时，或姚≈、吖，娥粉。隰图 lO盂津以下游荡性河段韧高村以下的过渡性河段采用以湾导流、以坝护湾的方法，逐步按已定的工程规划进行施工。目前部分河段主流流路已得到初步控制(图10)。者在工程投入运转后，宜有计划地实施河势控制工程。下面分别讨论受水利枢纽工程影响程度不同的水库回水变动河段、坝区河段和坝下游河段的河势控制问题。(一)水库回水变动河段-坝上游库区可划分为常年回水区和回水变动区。前者全年处在回水影响范围内，原有天然河道的演变规律E基本改变，河段内自建库后出现累积性淤积，淤积体呈三角洲锥体或带状等形式。待淤积达到相对平衡后，淤积床面形成平衡纵断面，以后就出现冲淤交替的状态。一般说来，常年回水区河段水面比降较小，河道冲淤变化幅度也不大，有利于实施河势控制工程。河段内全年水深均较大，一般能满足通航要求。回水变动区与此不同，由于受坝前水位升降的影响，河段年内回水影响程度变化较大，河段具有水库和天然河道两重特性。当进库流量较小时，河段呈水库状态；而当汛期入库流量增大时，则又呈河道状态。水库回水变动段河势变化趋势主要表现为：1、弯道段的各河弯朝稳定河弯发展建库后回水变动段水流情况变化较天然情况略为减缓，主流线移动幅度也相应减’小，弯道内主流顶冲部位变动也较小，有利·5·于各河弯朝稳定河弯方向发展。2、分汉河段朝单一河槽方向发展建库后回水变动段同流量的水位较建库前有不同程度的抬高，水面比降相应有所减小；另一方面，河床边界对水流的约束作用也相应发生变化，从而导致了分汉河段内各支汉间关系的调整，表现为主汊和支汉易位，主汉扩大而支汉萎缩甚至淤塞等现象。影响汉道段发生这些变化的因素主要是：第一、回水水位壅高程度；第二、主、支汉河底高差；第三、主、支汉进口迎流情况；第四、主、支汉长度的比值：第五、汉道段上游河势有无变化；第六、主、支汉在建库前是否经常易位等。汉江丹江口水库回水变动区的7个汉道段，有5段的主、支汉易位后，支汉已淤堵或完全淤死，1段主、支汉无易位但支汉淤死。为了研究三峡水库回水变动区的航道问题，1983年以来，有关单位进行了大量物理模型试验研究工作。各个模型段都有分汉河段如广阳坝，中坝。王家滩，金川碛、平绥坝、丝瓜碛、兰竹坝等段，这些河段建库后的河势变化如表l所列。-由表可见，建库后主、支汉易位的汉遭均是壅水高度大、主支汉河底高差较小，尤裹l其是天然情况下经常发生主支汊易位的汉道。相反壅水高度小、主支汉长度比小、主支汉河底高差大，支汉进口迎流的汉道段，其主、支汉无易位，但支汊淤高或者不淤。根据建库后壅水程度及其它条件，可以借助计算分析及物理模型试验，预测汊道的变化趋势，制定稳定生、支汉或者促使主、支汉易位并最终加以稳定的河势控制方案，以便在建库前或建库后有计划的实施．(=)坝区河段坝区河段指紧靠水利枢纽上下游的河段。兴建水利枢纽后，河段的演变规律有不同程度的改变。一般说来，其改变的程度首先取决于枢纽的壅水程度，高水头枢纽对河道的改变较大，河道的天然特性转化为水库特性，因泥沙淤积而使上游河段达到冲淤平衡的时间很长。低水头枢纽对河道的天然特性改变较小，淤积平衡的历时较短。另一方面，还取决于坝轴线的位置和枢纽各建筑物的布置，特别是泄水建筑物和水电站的位置。水利枢纽布置与河势控制规划是统一的，相互关联的，两者应在设计过程中同时进行。坝轴线位置和枢纽布置的选定，要考虑16．·河势的特点，避免坝区泥沙冲淤变化影响航道及水电站的正常运行。河势控制规划则根据河道自然变化规律和建坝后河势的可能变化，提出具体的河势控制方案，以利枢纽工程效益的充分发挥。．．我国近30多年来工程建设的实践．+为正确制定坝区河势控制规划提供了宝贵的经验。例如广东鉴江的江边村枢纽，位于平缓弯道的下半段，通航建筑物修建在凸岸一侧，也没有安排河势控制工程，以致建坝后·在凸岸形成稳定的边滩，使上下游引航道形成倒钩形航道(图11)。长江葛洲坝枢纽位于三峡出口南津关下游2．4kin处，坝区河段河宽由300m展宽至2 lOOm，河道为主泓靠凸岸的90。急弯，河底由吴淞基面下一46 m以 l：7反坡上升为基面以上30m(图12)。坝址附近有大量的悬移质、沙质推移质和卵石推移质运移，河段设计泄洪流量高达8'6000 m3Js，校核洪水流量m3／s。在如此复杂的河段兴建工程，其泄洪、航运、排沙问题十分突出。经过大量的勘测、设计和科学试验工作，选定了枢纽坝轴线和枢纽布置方案，．提出了坝区河势规划。枢纽中部设27孔泄水闸面迎主流，大江和二江电厂分别位于泄水闸的左右侧，三江和大江船闸分别位于左岸和右岸，并各有防淤堤，形成独立的大江和三江航道(图13)。根据规划，为确保长江航运的畅通，在枢纽截流前实施了南津关河段的整治工程。目前，枢纽第一期工程已正常运行了6年，实际运行情况比预图11图12图13计的还好。三江航道的通航控制流量由原设计的m3Js提高到m3／s。(三)坝下游河段建坝后下游河段的来水来沙条件将发生不同程度的变化，主要是：洪峰流量削减，枯期流量增大，年内较长时段流量变化过程较为平稳，悬移质和推移质泥沙大部或部分被拦截在水库内，水库下泄水流的含沙量有不同程度的减少。坝下游河段河床演变也发生相应的变化，主要是：河床发生长距离冲刷，冲刷最强部位逐步下移，河床通过床沙粗化和床面比降调整来达到新的平衡；河床演变出现新的调整趋势，顺直微弯型河段和蜿蜒性河段河型不变，但水流顶冲部位和弯道间过渡直段的部位有所调整，甚至会发生撇弯切滩现象(图14)。分汉性河段则可能因支汉口门淤塞而逐步变为较稳定的分汉型河段。但仍可能因上游河势变化或遇大洪水年而发生主、支汉易位的现象(图15)。黄河三门峡水库下游游荡性河段建库后的河床演变情况表明：下切为主的河段，如黄河三门·7，峡水库下游的铁谢至裴峪，有向单一河槽发展的趋向；而下切与展宽同时发生的河段，如花园口至高村河段，则仍保持游荡特性。由此可见，对游荡性河段有可能通过河势控导工程逐步改造成单一河槽的微弯性河段。河床演变的基本理论和国内外长期治河工程的实践说明：修建水库后，坝下游河段将朝着有利于河床稳定的方向发展，并为进一步的河道整治以满足沿岸工农业发展创造了有利条件。关键在于及时的实施河势控制工；程，因势利导，逐步改造原来的河势，以发挥水利枢纽的防洪、航运等方面的经济效益。永定河官厅水库1956年建成后，由于对下游"’…一一～～图14·8·图15河道的演变没有全面的估计和进行河势控制工程，以致在一段时间内河势变化剧烈，甚至出现枯期堤防抢险的被动局面。汉江丹江口水库下游泽口至武汉段属稳定性较强的婉蜒性河段，建库后不断进行护岸工程，以稳定河势。十多年来河势稳定，位于该河段的汉江分洪区进洪闸一一杜家台分洪闸。曾多次运用，情况良好(见图16)。仙栈一19钳一I钾7图16四、河势控制规划的一般原则河势控制规划是一项复杂的综合性规划。规划工作不仅要分析不断变化的河道演变过程，并掌握河道的变化规律，还要在此基础上处理好使用该河段水资源的各部门之间的关系。总结长期以来有关部门河势控制规划工作和河势控制工程的经验，河势控制规划的一般原则可以概括为：全面规划、综合利用。因势利导、因地制宜，远近结合、分期实施。全面规划、综合利用是统筹考虑国民经济各部门的要求，妥善处理上下游、左右岸、各地区、各部门之间的关系，明确重点，兼顾一般以达到综合利用水资源的目的。因势利导、因地制宜是运用野外观测与调查、数学模型计算、物理模型试验等分析研究手段，具体分析本河段的特性及其演变规律，预测其发展趋势，还应总结本河段已往整治的经验教训，提出适合本河段的整治工程措施。远近结合、分期实施是指规划中应包括整治的远景目标和近期要求，分清轻重缓急，有计划地分期实施河势控制工程。

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