CN116084338B - 大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，先将支流河道上游端水位壅高并扩宽水面，完成对水流的均布调整；再进行冲刷消能处理降低水流流速和动能；再进行缓流沉降，使得泥沙沉淀到支流河道和干流下游相接的一侧；再在支流河道和干流上游相接的一侧进行导流，减小支流河水汇入干流夹角。本发明能够更好地避免支流河道对运河干流的影响，更好地保证运河干流的水情稳定，以提高通航安全性和交汇处生态环境稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及运河航道通航安全维护技术领域，具体涉及一种大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法。
背景技术
运河，指人工开凿的通航河道。近年来我国交通运输部着力扩大水运基础设施投资，先后开启了引江济淮工程、西部陆海新通道骨干工程-平路运河等国家重大战略工程项目的建设。新开运河工程线路均较长，需要通过疏浚开挖穿越众多的中小型天然河流，运河内有纵多的干支流汇流口（引江济怀干支流汇流口达156个，平陆运河为27个），运河干支流处河道水情复杂，通常需要特别治理。
因为运河在设计时，需要考虑自身的河道顺畅，运河自身水位高差变化不能过大，导致汇入支流与运河干流的河床之间经常会出现高程相差较大的情况，目前平陆运河最大干支流河床高差可达14.7m。另外运河为人工挖掘，路径规划时常常需要主动去接入支流，又加上运河开挖用地红线的限制，这样使得干流河床在与支流交汇处容易存在急弯河道的现象，干流会以从运河弯道的凹岸侧接入干流河道；这样就使得各支流与运河干流的交汇角大多数较大，最大交汇角达90°。因此运河干支流汇合处常常存在大落差汇入和急弯汇入的现象。这样，在支流汇入后就会导致运河交汇处航道内水流横向流速较大，同时由于急弯河道的弯道环流，在干支流交汇口的水流结构非常复杂，流态紊乱。而且支流泥沙流入运河干流，也会严重减小航道尺度，造成汇流口水面波动较大，各种因素均会严重地对船舶通航造成不利影响。另一方面，河道交汇处由于水体氧气含量和有机物含量均非常丰富，本来是属于非常有利于河道水体生物繁衍生长的场所。运河属于人工开挖，河道生态环境本来就相对较差，正需要依靠支流交汇处的有益情况提高河道生态系统建设。但如果干支流交汇口的水流冲击过大，流态过于紊乱，泥沙冲刷淤积现象严重，就会极大地破坏运河汇流口的生态功能，不利于运河生态环境的提升。根据经验和实践，通常当交汇处支流落差超过5米，同时干流急弯导致支流和干流交汇处上游侧夹角超过30度时，就需要对支流进行特别治理，才能更好地保障通航稳定并维持运河汇流口的生态功能。
在目前正在施工的引江济淮工程中，如果支流口与运河干流的治理方法不当，就会对运河的航道尺度影响较大，严重影响新建大型运河航运工程的发挥，同时大大增加运河维护费用。目前，总长为135km的平陆运河正处于设计施工阶段，充分关注干支流汇流口的通航、拦沙及生态环境的综合治理问题，对达到运河建设的目的以及运河功能的充分发挥极为重要。因此，需针对各干支流入汇口提炼出一种集通航、拦沙和生态一体的治理方法，解决通航水流条件、泥沙淤积和河流生物生长的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地避免支流河道对运河干流的影响，更好地保证运河干流的水情稳定，以提高通航安全性和交汇处生态环境稳定性的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法。其中大落差是指（距离汇入口一两百米短距离内）落差超过5米的支流，大夹角是指（干流存在弯拐使得）从干流凹岸端接入的支流交汇角会大于30度的情况。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，先将支流河道上游端水位壅高并扩宽水面，完成对水流的均布调整；再进行冲刷消能处理降低水流流速和动能；再进行缓流沉降，使得泥沙沉淀到支流河道和干流下游相接的一侧；再在支流河道和干流上游相接的一侧进行导流，减小支流河水汇入干流夹角。
这样，本方法将支流河道上游壅高并扩宽水面后，可以更好地进行消能处理，消除掉支流水流由于高落差造成的动能，然后对水流的缓流处理完成泥沙的沉降，最后对汇入干流的支流河水进行导流，减小支流河水汇入干流夹角。这样就既有效降低了支流交汇处流速，降低了支流对干流航道的冲击和影响，又能够很好地引导完成对泥沙的沉降，有效地维持了交汇处生态环境的稳定。
进一步地，利用对支流河道上端水位的壅高，在扩宽水面之前先完成对支流河道内推移质泥沙的沉降处理；后续对水流进行冲刷消能后再完成对支流河道内悬移质泥沙的沉降处理。
这样，将支流河道内泥沙按推移质和悬移质的区分。在支流上游端借助对水位的壅高，可以更好地完成对推移质部分泥沙的沉淀去除，然后在支流交汇处只需进行悬移质泥沙的沉降，一方面极大地降低了交汇处泥沙的沉淀处理难度，更加有利于交汇处生态环境的恢复和保持，另一方面消除了大量泥沙冲击对河道消能结构的影响，保障了河道消能结构的稳定。
进一步地，本方法依靠在支流河道内设置的一种支流河道消能沉沙导流水工建筑系统实现，所述支流河道消能沉沙导流水工建筑系统，包括从支流河道上游端到下游段依次衔接设置的高平台、消力池、低平台和导流堤，所述高平台上游端设置有拦沙溢流堰，高平台两侧河岸向下游方向呈八字形扩宽设计，高平台下游端和消力池的陡坡衔接，陡坡下端衔接消力池的池体，消力池的池体下游端衔接低平台，低平台上游端高出消力池的池体底部位置以形成池体，所述导流堤和交汇处干流的水流方向一致并固定设置在支流上游侧和干流相接位置处，使得导流堤和支流河道上游侧相交呈钝角，所述低平台下半部分位于导流堤和相对的支流下游侧边岸之间。
这样设置的支流河道消能沉沙导流水工建筑系统，依靠消力池完成对支流河道内水流的消能以减缓其流速，消除大落差引起的动能，使支流水流能够以平稳的流态汇入干流。这样方便后续泥沙的沉淀并消除对干流航道的冲击以及利于交汇处生态环境的修复。在消力池上游端采用一个高平台壅高水位，高平台和上游端的拦沙溢流堰一起构成支流水位壅高拦沙结构。抬高水位后不仅仅方便提高消力池的消能效果，而且可以降低支流上游端河道水面比降和流速，减小支流上游河床的冲刷，主动减小上游端的泥沙来源。支流水流在达到高平台位置后，在流速减缓的同时再受到拦沙溢流堰的拦截，水流下部的推移质泥沙被拦住，而水流上部的泥沙含量较少的水流（含有悬移质泥沙）能够越过拦沙溢流堰继续下流。这样使得水流中初步沉降下来的推移质部分泥沙能够被拦截沉淀在支流上游端。这样实现对泥沙沉降的分级处理，不仅仅极大地降低了后续泥沙的处理负担，而且避免水流夹杂大量推移质泥沙而导致消力池结构被冲刷破坏，极大地提高了消力池的使用寿命。水流越过拦沙溢流堰后到达高平台，高平台两侧的八字形外扩的结构为支流原河岸宽度的基础上向外扩展形成，河岸扩展范围一直向下衔接直至交汇处。这样高平台结构在壅高水位的同时形成充分的扩散断面，完成对支流水体的分化整流，使得水流能够均匀稳定地进入到消力池陡坡以更好地实现消能，保证消力池的稳定性并延长其使用寿命。同时扩宽支流河岸后，更加利于减缓交汇处水流流速，有利于交汇处水体生态环境的修复和养成。支流水体经消力池消能后进入低平台，低平台为消力池下游至导流堤堤头内形成一平底过渡段河段。水流通过该段河段调整后，水流紊动进一步减小，流速进一步减小，泥沙进一步落淤，完成对泥沙悬移质的沉降。导流堤调整支流入汇水流流向与运河内基本一致，避免了支流对干流航道的冲刷影响。同时低平台内水流放缓后，使得干流支流交汇处能够稳定地形成有利于水体生物繁衍的生态环境。导流堤设置和支流河道上游侧相交呈钝角实现导流，不仅仅有利于避免支流对干流航道的影响，而且会使得低平台区域内在靠导流堤一侧受一定程度的水流冲击，靠导流堤的反作用力能够带动泥沙更好地在支流河道下游侧实现稳定的二次沉淀，方便定期挖沙清淤处理。故支流水流经过上述水工建筑系统后，能够以较小角度、较小流速、较小水面波动、较小比降和较小含沙量汇入运河，达到干支流交汇口通航和拦沙治理的目的。
进一步地，干流河道在支流汇流口处上、下游一侧具有一列外扩挖宽形成的扩宽区域，支流和该扩宽区域相接且导流堤设置在扩宽区域内。
这样，可以扩大干流河道弯道转弯半径，更好地减缓支流对干流航道的冲击影响。
进一步地，高平台设计长度按能满足最大设计流量下水流在该河段内全部扩散要求设计。
这样高平台可以更好地完成对支流水体的分化整流，避免整流效果不够造成陡坡上产生空蚀空化现象而造成破坏。实施时，高平台下游出口宽度满足最大设计单宽流量优选按5000L/sm设计，可更好地保证效果。
进一步地，消力池陡坡的坡度为1:4。
这样能够保证较好的冲刷消能效果，同时也可以更好地使得水流从陡坡顶部能贴坡流向下游，不在坡面产生造成水流空蚀空化现象，否则容易对陡坡造成破坏。
进一步地，消力池池体长度为30～50m、深为1～2m。
这样，通过上游1:4陡坡的下泄高速水流能够在较短距离支流长度内进行充分紊动消能，过消力池后的水流流速大大减小，更好地实现上游拦沙溢流堰未拦截的部分推移质泥沙和悬移质泥沙的二次沉积。
进一步地，在干、支流交汇口下方衔接处的干流运河边岸扩挖一个加宽衔接段。
实施时，加宽衔接段可以进一步控制降低交汇处支流的单宽流量，更好地将导流堤堤头支流入汇河宽设计单宽流量控制在8000L/sm。这样在干、支流交汇口运河航道一侧形成一定长度和宽度范围的缓水区域，从支流出导流堤头的入汇的水流结构有空间得到进一步进行的调整，最终以更平稳的流态流入运河干流，使得干流航道内最大波幅能够小于0.3m，满足船舶通航的安全。同时支流汇入口处不会造成较大的水面比降，从而减小支流的突然入汇对运河干流船舶航行的影响。而且在运河支流入汇口加宽段缓流区内，可以为船舶临时停泊提供锚地条件。
进一步地，所述低平台和导流堤相对的一侧边岸设置有一个呈弧形内凹的下游沉砂区。
这样由于导流堤设置和支流河道上游侧相交呈钝角，进入低平台的水流会冲击导流堤并靠反作用将沉淀的泥沙往导流堤相对的一侧边岸推移，沉砂区内凹设置受水流冲击小，可以使得泥沙在此处集中沉降下来，方便挖沙清淤，减少低平台中间区域受淤泥堆积的影响，更好地维持此处水底生态环境的稳定性。实施时下游沉砂区底部低于低平台底部高度，可以更好地方便泥沙沉降且利于挖沙。
进一步地，所述拦沙溢流堰包括沿支流河道横断面设置的中堰，还包括间隔设置于中堰上游侧的上堰，所述上堰和中堰横断面均为上凸的弧形。
这样，支流河道上游流水经过两道溢流潜堰，能够更好地实现对推移质泥沙的拦截，上堰设置不仅仅提高泥沙拦截效果，而且可以更好地起到导沙功能，方便后续对泥沙的治理。同时潜堰为上凸的弧形结构，更加稳定，不易被上游水压力及水流冲刷产生溃坝破坏。
进一步地，所述上堰在支流的导流堤所在边岸的一端往支流上游方向倾斜设置。
这样，能够使得被潜堰拦截的推移质泥沙能够顺上堰倾斜方向往支流上游背离导流体的一侧岸边移动堆积，方便进行挖沙清淤操作。实施时上堰倾斜5-15度即可。这样可以在不引发后续水位较大波动的同时实现较好的导沙效果。另外实施时中堰高度略高于上堰1-10cm，保证上堰导沙的作用效果不影响到对推移质泥沙的拦截。
进一步地，所述上堰上游侧在在背离导流堤方向的支流边岸上具有呈内凹弧形的上游沉砂区。
这样，方便被潜堰拦截的推移质泥沙能够被导入上游沉砂区，可以更好地实现沉淀和清淤。
进一步地，上游沉砂区底部安装有排沙管道，排沙管道下端斜向下连接至下游沉砂区边岸位置并形成排沙接口，排沙管道上端端口处安装有排沙阀，排沙阀外安装有搅拌装置。
这样，需要挖沙清淤时，只需打开排沙阀和搅拌装置，即可通过搅拌以及水流压力的共同作用，使得泥沙直接从排沙管道排出至下端排沙接口，极大地提高了排沙清淤的便捷程度。
进一步地，所述所述拦沙溢流堰还包括间隔设置于中堰下游侧的下堰，下堰横断面为上凸的弧形。
这样，支流上游端经三道潜堰可以更好地实现对推移质泥沙的拦截效果。实施时，下堰高度可和上堰一致。
进一步地，所述下堰在支流的导流堤所在边岸的一端往支流下游方向倾斜设置。
这样下堰和上堰的倾斜方向相反，实现反向导流，可以很好地抵消上堰倾斜设置后对越过潜堰的水流产生的导向影响，以恢复水流平衡，避免下游沉砂区受过大水流干扰而影响沉砂效果。实施时下堰倾斜角度可以和上堰相同或者略大于上堰，保证上述导流效果。
进一步地，在高平台表面还设置有半排间隔斜向排布的消能桩，消能桩从高平台上游端背离导流堤方向的一侧边岸往内下方斜向延伸至高平台中部位置，消能桩为圆柱桩且从上到下直径逐渐减小设置。
这样设置的特殊结构的消能桩，能够在最大程度不影响水流波动的情况下，能够有效地先行消除掉水流在背离导流堤方向一侧的一部分动能，使得低平台位置处背离导流堤方向一侧的水流逐渐变得更加平稳，更加有利于导流堤的反作用力将沉降的泥沙推动至该侧的下游沉砂区位置实现沉降，避免泥沙大量沉降到下平台中部而影响该区域的水体生态环境。同时消能桩安装在高平台上，不会造成自身前方的泥沙淤积。
故上述方案存在以下五种益处：第一，调整支流汇入口水流入汇角度，使得汇流口干流相对于运河航道中心线横向流速满足规范规定的横向流速通航限值要求；第二，能有效消除干支流地形开挖后大落差引起的强大水流动能，使支流水流以平稳的流态汇入干流，运河内水位波动满足规范规定的波高限值通航参数要求；第三，将支流水流中携带的大部分泥沙拦截在支流汇流口内，便于运河航道维护，延长运河使用寿命，也节省了大量的运河维护费用，同时不会引起工程前后支流内大范围的河床冲刷；第四，建成后的运河干支流汇流口水流平缓，河宽富裕，同时具备船舶锚地的功能，为运河建设节省了费用；第五，支流汇流口内下段消力池至导流堤堤头段的低流速区域可作为生态栖息地，为河流内生物提供生长空间。
综上所述，本发明能够更好地避免支流河道对运河干流的影响，更好地保证运河干流的水情稳定，以提高通航安全性和交汇处生态环境稳定性。
附图说明
图1为具体实施时本发明中的支流河道消能沉沙导流水工建筑系统的示意图。图中箭头表示支流水流方向。
图2为图1中单独支流河床底部的纵向断面示意图。
实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
一种大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特点在于，先将支流河道上游端水位壅高并扩宽水面，完成对水流的均布调整；再进行冲刷消能处理降低水流流速和动能；再进行缓流沉降，使得泥沙沉淀到支流河道和干流下游相接的一侧；再在支流河道和干流上游相接的一侧进行导流，减小支流河水汇入干流夹角。
这样，本方法将支流河道上游壅高并扩宽水面后，可以更好地进行消能处理，消除掉支流水流由于高落差造成的动能，然后对水流的缓流处理完成泥沙的沉降，最后对汇入干流的支流河水进行导流，减小支流河水汇入干流夹角。这样就既有效降低了支流交汇处流速，降低了支流对干流航道的冲击和影响，又能够很好地引导完成对泥沙的沉降，有效地维持了交汇处生态环境的稳定。
其中，利用对支流河道上端水位的壅高，在扩宽水面之前先完成对支流河道内推移质泥沙的沉降处理；后续对水流进行冲刷消能后再完成对支流河道内悬移质泥沙的沉降处理。
这样，将支流河道内泥沙按推移质和悬移质的区分。在支流上游端借助对水位的壅高，可以更好地完成对推移质部分泥沙的沉淀去除，然后在支流交汇处只需进行悬移质泥沙的沉降，一方面极大地降低了交汇处泥沙的沉淀处理难度，更加有利于交汇处生态环境的恢复和保持，另一方面消除了大量泥沙冲击对河道消能结构的影响，保障了河道消能结构的稳定。另外，实施时，在施工支流河道内水工建筑之前，还可以进一步开挖扩宽干流河道在支流汇流口处上、下游一侧河宽，同时扩大干流河道弯道转弯半径，可以更好地减缓支流对干流航道的冲击影响。
其中，本方法依靠在支流河道内设置的一种支流河道消能沉沙导流水工建筑系统实现，所述支流河道消能沉沙导流水工建筑系统，参见图1和图2，包括从支流河道上游端到下游段依次衔接设置的高平台1、消力池2、低平台3和导流堤4，所述高平台1上游端设置有拦沙溢流堰，高平台1两侧河岸向下游方向呈八字形扩宽设计，高平台1下游端和消力池的陡坡5衔接，陡坡5下端衔接消力池的池体6，消力池的池体下游端衔接低平,3，低平台3上游端高出消力池的池体底部位置以形成池体，所述导流堤4和交汇处干流的水流方向一致并固定设置在支流上游侧和干流相接位置处，使得导流堤4和支流河道上游侧相交呈钝角，所述低平台3下半部分位于导流堤4和相对的支流下游侧边岸之间。
这样设置的支流河道消能沉沙导流水工建筑系统，依靠消力池完成对支流河道内水流的消能以减缓其流速，消除大落差引起的动能，使支流水流能够以平稳的流态汇入干流。这样方便后续泥沙的沉淀并消除对干流航道的冲击以及利于交汇处生态环境的修复。在消力池上游端采用一个高平台壅高水位，高平台和上游端的拦沙溢流堰一起构成支流水位壅高拦沙结构。抬高水位后不仅仅方便提高消力池的消能效果，而且可以降低支流上游端河道水面比降和流速，减小支流上游河床的冲刷，主动减小上游端的泥沙来源。支流水流在达到高平台位置后，在流速减缓的同时再受到拦沙溢流堰的拦截，水流下部的推移质泥沙被拦住，而水流上部的泥沙含量较少的水流（含有悬移质泥沙）能够越过拦沙溢流堰继续下流。这样使得水流中初步沉降下来的推移质部分泥沙能够被拦截沉淀在支流上游端。这样实现对泥沙沉降的分级处理，不仅仅极大地降低了后续泥沙的处理负担，而且避免水流夹杂大量推移质泥沙而导致消力池结构被冲刷破坏，极大地提高了消力池的使用寿命。水流越过拦沙溢流堰后到达高平台，高平台两侧的八字形外扩的结构为支流原河岸宽度的基础上向外扩展形成，河岸扩展范围一直向下衔接直至交汇处。这样高平台结构在壅高水位的同时形成充分的扩散断面，完成对支流水体的分化整流，使得水流能够均匀稳定地进入到消力池陡坡以更好地实现消能，保证消力池的稳定性并延长其使用寿命。同时扩宽支流河岸后，更加利于减缓交汇处水流流速，有利于交汇处水体生态环境的修复和养成。支流水体经消力池消能后进入低平台，低平台为消力池下游至导流堤堤头内形成一平底过渡段河段。水流通过该段河段调整后，水流紊动进一步减小，流速进一步减小，泥沙进一步落淤，完成对泥沙悬移质的沉降。导流堤调整支流入汇水流流向与运河内基本一致，避免了支流对干流航道的冲刷影响。同时低平台内水流放缓后，使得干流支流交汇处能够稳定地形成有利于水体生物繁衍的生态环境。导流堤设置和支流河道上游侧相交呈钝角实现导流，不仅仅有利于避免支流对干流航道的影响，而且会使得低平台区域内在靠导流堤一侧受一定程度的水流冲击，靠导流堤的反作用力能够带动泥沙更好地在支流河道下游侧实现稳定的二次沉淀，方便定期挖沙清淤处理。故支流水流经过上述水工建筑系统后，能够以较小角度、较小流速、较小水面波动、较小比降和较小含沙量汇入运河，达到干支流交汇口通航和拦沙治理的目的。具体实施时，上述支流河道消能沉沙导流水工建筑系统特别适用于干流急弯河道，但也同样适用于交汇处干流为直流河道的情况。
其中，干流河道在支流汇流口处上、下游一侧具有一列外扩挖宽形成的扩宽区域7，支流和该扩宽区域7相接且导流堤4设置在扩宽区域7内。
这样，可以扩大干流河道弯道转弯半径，更好地减缓支流对干流航道的冲击影响。
其中，高平台1设计长度按能满足最大设计流量下水流在该河段内全部扩散要求设计。
这样高平台可以更好地完成对支流水体的分化整流，避免整流效果不够造成陡坡上产生空蚀空化现象而造成破坏。实施时，高平台下游出口宽度满足最大设计单宽流量优选按5000L/sm设计，可更好地保证效果。
其中，消力池陡坡5的坡度为1:4。
这样能够保证较好的冲刷消能效果，同时也可以更好地使得水流从陡坡顶部能贴坡流向下游，不在坡面产生造成水流空蚀空化现象，否则容易对陡坡造成破坏。
其中，消力池池体6长度为30～50m、深为1～2m。
这样，通过上游1:4陡坡的下泄高速水流能够在较短距离支流长度内进行充分紊动消能，过消力池后的水流流速大大减小，更好地实现上游拦沙溢流堰未拦截的部分推移质泥沙和悬移质泥沙的二次沉积。
其中，在干、支流交汇口下方衔接处的干流运河边岸扩挖一个加宽衔接段8。
实施时，加宽衔接段可以进一步控制降低交汇处支流的单宽流量，更好地将导流堤堤头支流入汇河宽设计单宽流量控制在8000L/sm。这样在干、支流交汇口运河航道一侧形成一定长度和宽度范围的缓水区域，从支流出导流堤头的入汇的水流结构有空间得到进一步进行的调整，最终以更平稳的流态流入运河干流，使得干流航道内最大波幅能够小于0.3m，满足船舶通航的安全。同时支流汇入口处不会造成较大的水面比降，从而减小支流的突然入汇对运河干流船舶航行的影响。而且在运河支流入汇口加宽段缓流区内，可以为船舶临时停泊提供锚地条件。
其中，所述低平台3和导流堤4相对的一侧边岸设置有一个呈弧形内凹的下游沉砂区9。
这样由于导流堤设置和支流河道上游侧相交呈钝角，进入低平台的水流会冲击导流堤并靠反作用将沉淀的泥沙往导流堤相对的一侧边岸推移，沉砂区内凹设置受水流冲击小，可以使得泥沙在此处集中沉降下来，方便挖沙清淤，减少低平台中间区域受淤泥堆积的影响，更好地维持此处水底生态环境的稳定性。实施时下游沉砂区底部低于低平台底部高度，可以更好地方便泥沙沉降且利于挖沙。
其中，所述拦沙溢流堰包括沿支流河道横断面设置的中堰10，还包括间隔设置于中堰上游侧的上堰11，所述上堰11和中堰10横断面均为上凸的弧形。
这样，支流河道上游流水经过两道溢流潜堰，能够更好地实现对推移质泥沙的拦截，上堰设置不仅仅提高泥沙拦截效果，而且可以更好地起到导沙功能，方便后续对泥沙的治理。同时潜堰为上凸的弧形结构，更加稳定，不易被上游水压力及水流冲刷产生溃坝破坏。
其中，所述上堰11在支流的导流堤所在边岸的一端往支流上游方向倾斜设置。
这样，能够使得被潜堰拦截的推移质泥沙能够顺上堰倾斜方向往支流上游背离导流体的一侧岸边移动堆积，方便进行挖沙清淤操作。实施时上堰倾斜5-15度即可。这样可以在不引发后续水位较大波动的同时实现较好的导沙效果。另外实施时拦沙溢流堰高度按2年一遇洪水条件潜坝上游水位齐平设计，具体中堰高度可为2米左右，保证较好的拦沙沉淀效果，中堰高度略高于上堰1-10cm，保证上堰导沙的作用效果不影响到对推移质泥沙的拦截。
其中，所述上堰11上游侧在在背离导流堤方向的支流边岸上具有呈内凹弧形的上游沉砂区15。
这样，方便被潜堰拦截的推移质泥沙能够被导入上游沉砂区，可以更好地实现沉淀和清淤。
其中，上游沉砂区15底部安装有排沙管道12，排沙管道12下端斜向下连接至下游沉砂区9边岸位置并形成排沙接口，排沙管道上端端口处安装有排沙阀，排沙阀外安装有搅拌装置。
这样，需要挖沙清淤时，只需打开排沙阀和搅拌装置，即可通过搅拌以及水流压力的共同作用，使得泥沙直接从排沙管道排出至下端排沙接口，极大地提高了排沙清淤的便捷程度。
其中，所述所述拦沙溢流堰还包括间隔设置于中堰下游侧的下堰13，下堰13横断面为上凸的弧形。
这样，支流上游端经三道潜堰可以更好地实现对推移质泥沙的拦截效果。实施时，下堰高度可和上堰一致。
其中，所述下堰13在支流的导流堤4所在边岸的一端往支流下游方向倾斜设置。
这样下堰和上堰的倾斜方向相反，实现反向导流，可以很好地抵消上堰倾斜设置后对越过潜堰的水流产生的导向影响，以恢复水流平衡，避免下游沉砂区受过大水流干扰而影响沉砂效果。实施时下堰倾斜角度可以和上堰相同或者略大于上堰，保证上述导流效果。
其中，在高平台表面还设置有半排间隔斜向排布的消能桩14，消能桩14从高平台上游端背离导流堤方向的一侧边岸往内下方斜向延伸至高平台中部位置，消能桩为圆柱桩且从上到下直径逐渐减小设置。
这样设置的特殊结构的消能桩，能够在最大程度不影响水流波动的情况下，能够有效地先行消除掉水流在背离导流堤方向一侧的一部分动能，使得低平台位置处背离导流堤方向一侧的水流逐渐变得更加平稳，更加有利于导流堤的反作用力将沉降的泥沙推动至该侧的下游沉砂区位置实现沉降，避免泥沙大量沉降到下平台中部而影响该区域的水体生态环境。同时消能桩安装在高平台上，不会造成自身前方的泥沙淤积。
故上述方案存在以下五种益处：第一，调整支流汇入口水流入汇角度，使得汇流口干流相对于运河航道中心线横向流速满足规范规定的横向流速通航限值要求；第二，能有效消除干支流地形开挖后大落差引起的强大水流动能，使支流水流以平稳的流态汇入干流，运河内水位波动满足规范规定的波高限值通航参数要求；第三，将支流水流中携带的大部分泥沙拦截在支流汇流口内，便于运河航道维护，延长运河使用寿命，也节省了大量的运河维护费用，同时不会引起工程前后支流内大范围的河床冲刷；第四，建成后的运河干支流汇流口水流平缓，河宽富裕，同时具备船舶锚地的功能，为运河建设节省了费用；第五，支流汇流口内下段消力池至导流堤堤头段的低流速区域可作为生态栖息地，为河流内生物提供生长空间。
Claims (10)
1.一种大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，先将支流河道上游端水位壅高并扩宽水面，完成对水流的均布调整；再进行冲刷消能处理降低水流流速和动能；再进行缓流沉降，使得泥沙沉淀到支流河道和干流下游相接的一侧；再在支流河道和干流上游相接的一侧进行导流，减小支流河水汇入干流夹角。
2.如权利要求1所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，利用对支流河道上端水位的壅高，在扩宽水面之前先完成对支流河道内推移质泥沙的沉降处理；后续对水流进行冲刷消能后再完成对支流河道内悬移质泥沙的沉降处理。
3.如权利要求1所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，本方法依靠在支流河道内设置的一种支流河道消能沉沙导流水工建筑系统实现，所述支流河道消能沉沙导流水工建筑系统，包括从支流河道上游端到下游段依次衔接设置的高平台、消力池、低平台和导流堤，所述高平台上游端设置有拦沙溢流堰，高平台两侧河岸向下游方向呈八字形扩宽设计，高平台下游端和消力池的陡坡衔接，陡坡下端衔接消力池的池体，消力池的池体下游端衔接低平台，低平台上游端高出消力池的池体底部位置以形成池体，所述导流堤和交汇处干流的水流方向一致并固定设置在支流上游侧和干流相接位置处，使得导流堤和支流河道上游侧相交呈钝角，所述低平台下半部分位于导流堤和相对的支流下游侧边岸之间。
4.如权利要求3所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，干流河道在支流汇流口处上、下游一侧具有一列外扩挖宽形成的扩宽区域，支流和该扩宽区域相接且导流堤设置在扩宽区域内。
5.如权利要求3所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，消力池陡坡的坡度为1:4；消力池池体长度为30～50m、深为1～2m。
6.如权利要求3所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，在干、支流交汇口下方衔接处的干流运河边岸扩挖一个加宽衔接段。
7.如权利要求3所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，所述低平台和导流堤相对的一侧边岸设置有一个呈弧形内凹的下游沉砂区。
8.如权利要求3所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，所述拦沙溢流堰包括沿支流河道横断面设置的中堰，还包括间隔设置于中堰上游侧的上堰，所述上堰和中堰横断面均为上凸的弧形。
9.如权利要求8所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，所述上堰在支流的导流堤所在边岸的一端往支流上游方向倾斜设置。
10.如权利要求9所述的大落差大夹角运河支流汇入干流的治理方法，其特征在于，所述上堰上游侧在在背离导流堤方向的支流边岸上具有呈内凹弧形的上游沉砂区；
上游沉砂区底部安装有排沙管道，排沙管道下端斜向下连接至下游沉砂区边岸位置并形成排沙接口，排沙管道上端端口处安装有排沙阀，排沙阀外安装有搅拌装置；
所述所述拦沙溢流堰还包括间隔设置于中堰下游侧的下堰，下堰横断面为上凸的弧形。
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| 改善泄洪放空洞挑流消能效果的试验研究;孙东坡等;《华北水利水电学院学报》;20131231;第34卷(第6期);8-11 * |
| 杭埠河干流及其支流丰乐河防洪治理方案分析;王君;《江淮水利科技》;20190228(第2期);35-36+42 * |
| 溃坝洪水演进及溃坝水流对下游坝体冲击研究;周昔东等;《中国水利水电科学研究院学报》;20230131;第21卷(第1期);74-82 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118186978A (zh) | 2024-06-14 |
| CN116084338A (zh) | 2023-05-09 |
| CN118186979A (zh) | 2024-06-14 |
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