（水利工程专业论文）黄河下游窄河段挖河减淤关键实施技术研究.pdf

西安理工走学工程硕士论更 黄河下游窄酒段挖溺减淤关键实施技术磅究 工程硕士：谈皓 导师：李守义教授 摘要 主溺槽避黄溺一f 游捧漤谗沙豹主要通道，逐年袋，囊予来承赫菇，季寺巍差汉勰 中、小浃东的颓辜辔多，餐f 游丽遵主溺攒淤羧魄霪秘淤积量帮强显凄夫，淫遂萎 簸，平滩流量减、，这是造成黄河防洪形势十分严竣静裰卒原因。黄河淀汐勰题， 需鬻采取“拦、排、放、调、挖”多种掩施，进行缝期的综合治理，才能逐步解 决。考虑剑在今后相当长的时间内黄河仍然鼹条多泥沙河流，进入下游河道的 水毽不会明显增多，单靠水流条件本身输送太凝混沙将更加困难，既使通过中游 千流骨干工程拦沙和调水调沙，可蛆减少f 游河道的淤积，但在河段上和时段上 都是肖跟的，特剖是山东弯曲性窄河道继续淤积难以避免。因此，利阁国内外的 先避技术，采甩先进的挖沙设备，在黄河下游主河撼中长期挖取相当数量的粗沙， 戆够鞠显躐缓f 游河道淤积，增大滔遵撼滋摊沙能力，有效改变黄河下游防洪的 不零l 萄蠢。 遵过对试验工程的蕊测稻研究，本文的主露嚣标莛撵出实施挖 霹l 雹埕t 程静 关键技术措施。成果内容包括：考虑规模、：e 期、二e = 程费用等因素，提出适台 于黄河下游挖河同堤的施工机械，主要是挖混船、组合泥浆泵和旱挖机械的类型 和参数；根据施工机械与河道纵横断两的位簧关系，提出施工机械沿河道纵向 布_ 置和沿横断面布置方案及配置方案。提出套离效的管理系统，为工程实施 撰 共管理保障。 西安璎蓉戈孝工程磋士 菪文 t h er e s e r c ho fk e yi m p l e m e n t i n gt e c h n o l o g yo f s e d i m e n t a t i o nr e d u c t i o nw i t hs e d i m e n t a t i o nd i g g i n gi n n a r r o wc h a n n e lo ft h el o w e ry e l l o wr i v e r p o s t g r a d u a t es t u d e n t ：t a nh a o a d v i s o r ：p r o f e s s o rl is h o ny i a b s t r a c t t h em a i nc h a n n e lo f r i v e ri st h em o s ti m p o r t m e n tw a yf o rt h el o w e ry e l l o wr i v e r t od r a i nf l o o da n ds a n d ，i nr e c e n ty e a r s ，t h ec h a n n e lh a sb e e nb e c o m i n gm o r en a l t o w a n dt h er u n o f fw h i c hh a v es a m eh e i g h tw i t hh i r s t i eh a sb e e nr e d u c i n g ，t h es p e e da n d a m o u n to ft h em a i nc h a n n e ls e n d i m e n t a t i o no ft h el o w e ry e l l o wr i v e rh a sr i s e d r a m a t i c a l l yb e c a u s eo ft h er e d u c i n gr u n o f fa n d ，e s p e c i a l l y ，i n c r e a s i n gf r e q u e n c yo f m i d d l ea n dl i t t l ef l o o di nf l o o ds e a s o n i ti st h ef u n d m e n t a lr e a s o no ft h ed a n g e r o u s s i t u a t i o no ff l o o d d e f e n d i n gf o rt h el o w e ry e n o wr i v e r t os o l v es e n d i m e n ts t e pb y s t e p ，w h i c hi sal o n gt i m et a s k ，w en e e dm a n ym e t h o d ss u c ha sh i n d e r i n g ，i r r i g a t i n g s e n d i m e n t a t i o n ，d r a i n i n g ，a d j u s t i n g ，d i g g i n g i nal o n gp e r i o d ，y e l l o wf i v e rw i l ls t i l lb e o fag r e a td e a lo f s e n d i m e n tb e c a u s en a t u r a lr u n o f fe o u l d n l tt r a n s p o r ts ol a r g ea m o u n t o fs e n d i m e n t ，a n di ti sd i f f i c u l tt or e d u c es e n d i m e n t a t i o no ft h el o w e ry e l l o wr i v e rb y l a r g e s c a l er e s e r v o i ri nt i m ea n dr e a c h ，e s p e c i a l l yi ns h a n d o n gr e a c h s ow e s h o u l du s ea d v a n c e df o r e i g nt e c h n o l o g ya n dd i g g i n gm e c h i n et od i go u tag r e a td e a lo f t h i c ks a n dt or e d u c es e n d i m e n t a t i o na n d a d dt h e a b i l i t yo fd r a i n i n g f l o o da n d s e n d i m e n ti nm a i nc h a n n e l ，s ot oc h a n g et h ed l s a d v a n t a g e o u ss i t u a t i o no ft h el o w e r y e l l o wr i v e r t h r o u g ho b s e r v a t i o na n dr e s e a r c ho ft r i a lp r o j e c t ，t h em a i no b j e c t i v e so ft h i sp a p e r i st oa n a l y s et h ek e yt e c h n o l o g yo fp r o j e c to fd y k es o l i d i f i c a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n 西安理工走攀叠繇磺士论文 d i g g i n go u t ，w h i c hc o n t e n ti n c l u d e ： a n a l y s e tt h et y p ea n dp a r a m e t e ro fm e c h i n eo f d y k es o l i d i f i c a t i o na n ds e d i m e n t a t i o nd i g g i n gi nc o n s i d e r i n gs c a l e ，t i m el i m i t ，f e eo fa p 喇e c t ，s ot op r o p o s et h es u i t a b l em e c h i n e ，w h i c hi n c l u d e sd r e d g e r ，c o m p o u n d e d s l u r r yp u m p t h ea m o u n ta n da r r a n g e m e n to fm e c h i n ei sp u tf o r w a r da c c o r d i n gt o p o s i t i o nr e l a t i o n s h i po fm e c h i n ea n dc h a n n e ls e c t i o nml e n g t ha n db r e a d t h s u g g e s t a l le f f e c t i v em a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hw i l lp r o v i d eg o o dh e l pf o ri m p l e m e n tp r o j e c t 西安域工大学工程硕士论文 1 课题来源 漂鼹慕源予“丸五”国家黧点褥技攻关矮鹜“焚露中下游隶资源秀发 利用及河道减淤清淤关键技术研究”的9 8 9 2 8 一0 2 0 2 专题“黄河中下 游挖河固堤关键技术研究”所属三个子专题的第二子专题黄河下游窄河 段挖河减淤关键技术研究。 在荧簿下游主浮撞中长期臻敬指当数量豹黎沙，缝够鞠显减缓下游海 道淤袄，增大河道排 共搀涉熊力，有效改变黄潺下游防 共翡不剥局谣。特 别是能眵为小浪底水库投入运用后仍不能解决的山东窄河段的淤积问题 提供解决途径。 西警理工大学工程硕士论文 2 国内外研究现状及发展动态 楚灞筑浚在国癸霰霜寒邋行靛遂治理，并虽鸯不少辑究成果，藏涉技 术也相对成熟。早在6 0 年代初，国外主要河口拦门沙航道疏浚就已缀取 得了成功，吸扬式、耙吸式和绞吸式等类型的挖沙船均有广泛的应用。但 这些多属于在含沙量较小的河流或海口海域，或具商可大幅度降低侵蚀基 准蟊款瘁嚣，蘸浚莛嚣缀小，熬多疆予靛道窝痒嚣治瑾，对于在类铹獒溪 水沙骛经的河流上进行挖渗疏浚研究的刚未觅蠢擐道。 历史上黄河使用水力帆械浚淤整治河道在我国已有几千年的历史， 相传从大禹治水开始即有“九川既疏，九泽既坡，诸夏艾安，功施於三代” 1 1 】有关疏浚效果的记载。宋朝誊公义在实践中，认识到利用水力，经过搅 荡霹叛魏大竣渗裁力，餐逶了铁楚承浚淤法。这逶秘鬻承力秘攘蘧淤懿舞 始。冁赢靖十四年( 1 5 3 5 年) ，总酒剐天和博采秣议，剑平底方痔长柄铗 耙浚河浪。清康熙十六年( 1 6 7 6 年) 二十九年( 1 6 8 9 ) ，靳辅创“浚 船铁扫带”，在引河下游及徐州至海口河段拖淤。后在乾隆、嘉庆及邋光 年间均推行过拖淤，并创设翻溅莩、锬船逼溜等。实践证明，由于这贱硫 浚疆藏筵馨，魂力不是，在释决爱聱短涎淤覆劳畜一定承力条停配台豹瀵 况下才会肖定的效果，特剐熄在疏浚含沙量小和淤积物颗粒较细的帮小 河段，易见劝效。在黄河来沙特多和河道、河口等密观自然条件以及工具 本身的效熊有限的情况下，利用人工浚淤措旋解决河口及长河段的淤积问 题，作翅投其有限。 7 0 零代裙，在黄河上游开始采雳篱要暖淀瓣静方式送幸亍蔽淀露凝淤 背，经过多年工作仅限于吸溅固堤而未考虑到对河道影响的问题。 到了8 0 年代，为开展黄河河口治理，曾进行了挖沙治河的可行性研 究，但由于种种原因，未能深入研究和实施。 在黄河支渡淫霹河口拦门沙戆治理中，6 0 霉伐翘螫采蘑绞吸式燕淀 船在弼蹦段挖沙疏浚；僵幽予技术、经济等蘸困，只进行了半年。1 9 8 1 西安理工夫学工程硕士论文 年又改用滚筒式挖泥船进行疏浚，也仅开展了几个月时间。1 9 8 6 年汛前， 在河口以下河段又试图用拖轮推进器冲刷方式拖泥，进行航道疏浚，但由 于疏浚技术不完善，对游荡性河道疏浚问题认识不够，缺乏前期科学研究， 虽然通过疏浚一时形成所谓航道，但很快全部淤死。总之尽管在渭河上前 后进行了三次挖沙疏浚，但均因一些关键技术问题没有解决，均未达到其 应有效果。 1 9 9 6 年、1 9 9 7 年三门峡枢纽管理局曾在三门峡库区潼关河段开展了 清淤试验，取得了一定的效果，但由于清淤机械简单、规模小、时间短， 对一些关键技术问题仍处于探索和研究阶段，还需开展深入的试验研究。 近来，水利部提出了“百船计划”，为了配合挖河启动工程的实施， 黄委会水科院开展了山东段和河南段的挖河疏浚模型试验。目前，黄河下 游段挖河疏浚技术仍处于探索阶段。 西安理工大学工程硕士论文 3黄河下游窄河段结合固堤进行挖河 减淤研究的必要性 黄河下游是一条强烈堆积性河道，近十几年黄河下游来水偏枯，主槽 淤积严重，过流能力急剧减少，尤其是山东窄河段的淤积更为严重，防洪 形势目趋严峻。据1 9 8 5 年1 9 9 5 年的资料分析，艾山以下河道的淤积量 绝大部分分布在主槽，主槽床面年平均抬升o 2 2 m ，使主槽过水断面大大 缩小，排洪能力降低，平滩流量不足3 0 0 0 m 3 s ，由此所造成的防洪压力 则越来越大。如1 9 9 6 年8 月花园口发生7 6 0 0 m 3 s 的中常洪水，艾山、利 滓两站的水位分别超出警戒水位1 2 5 m 和o 7 0 m ；3 0 0 0 m 3 s 的水位比1 9 5 8 年同流量下的水位高出3 1 2 m 和3 1 7 m 。1 9 9 9 年1 0 月2 5 目小浪底水库 下闸蓄水，下游河道发生冲刷，原型观测资料表明，2 0 0 0 年汛后黄河下 游河道冲刷发展至高村附近，对距坝4 0 0 k i n 的山东河段虽具有一定的减 淤作用，但河道仍表现为淤积，特别是对河口河段的减淤作用更不明显； 另一方面，在较长时期内河口的淤积延伸不可避免，由此还将使河口段的 河床继续淤积，河床纵比降变缓，影响上游来洪的排泄。因此，解决山东 河段特别是河口段的淤积问题，在较长时期内仍然是治理黄河的艰巨任 务。研究黄河下游窄河段挖河减淤关键技术，对解决河口地区乃至整个山 东河道的淤积，具有重要的意义。 3 1 河道及冲淤概况 3 1 1 河道概况 黄河下游窄河段一般是指陶城埠以下至河口三角洲轴点西河口附近、 由人工控制的弯曲( 微弯) 性河道。河道弯曲，堤距狭窄，纵比降较小， 河道排洪能力较其上游河段明显偏低，河道防洪任务十分艰巨。根据研究 工作的需要和现有资料情况，本项目研究中，窄河段界定为艾山至西河口 西安理王走学王馥磺士论文 瓣运的c s 6 潺段。c s 6 瑟瑟渣7 潺蔽为露舀蓬滔莰，函与己玺实蕤戆 绝澎试验溺段关系密切，硒究中也奄氍涉及。在研究酒段范围内，由于潺 邋平面形态的不同，不同小河段之间的冲淤演变特性及其对挖河固堤的影 响效果也存在一定的差别。河道平面形态的不同，一方面表现为滩地宽窄 的不同，两岸堤距较宽，滩区面积大，漫滩洪水期的淤积较大，滩区的宽 窄对于挖河固堤的运距也具有较大的影响。河道平面形态的不同，另一方 面袭现为主槽的平面形态的不同，隧礴较多、弯道距离短，主槽弯曲( 简 称以弯曲性为主的河段) ，则不同水沙条件下河道冲淤变化幅度较大；主 礴顺壹( 莓稼阻浅滩性为主的河段) ，则不嗣承沙条件下河道冲淤变化幅 菠较，j 、。为夔，主要蔹搀琵囊大堤阉鞭鞠主穗手嚣形态、弯夔系鼗、弯道 爨离等特征将艾由以下窄；霉段划分为9 个小游段进行较为详爨懿冲淤演 变分柝。 首先，将艾山清7 河段按全断面宽度( 堤距) 分为宽窄相间的6 个 河段。又依据主河槽的平面形态、弯曲系数、河段平均弯道长度，同时参 考各河段的横断面特征，进一步将6 个河段划分为“宽弯”( 堤距较宽， 以弯曲性为主的河段) 、“宽浅”、“窄弯”、“窄浅”4 种类型共计9 个小 的河段。其中河弯较多、弯道长度较娩、弯曲系数较大的以弯曲挂为主的 河段( 以下萄称弯道性河段) 有6 个，分别为艾山娄集( 简称l 河段) 、 黉袋营家霆( 2 嚣段) 、曹家圈霉客溪( 3i 毒段) 、蓑家园齐羁( 5 溽蔽) 、莠泻富家( 6 河段) 鞠富家东强潺段( 7 海段) ；溺弯鞍蠢、， 耷稳系数较小的以浅滩特性为主的溺段( 以下简称浅滩性河段) 有3 个， 分别为霍家溜刘家园( 4 河段) 、东张c s 6 ( 8 河段) 和c s 6 清7 河段( 9 河段) ，3 个河段的弯曲系数分别为1 0 6 、11 0 和l0 5 。各河段基 本情况见表3 1 。 总体上着，艾l u 曹家圈( 1 、2 河段) 河段河长8 4 3 k m ，左岸为大 堤，右岸为山岭，均为明显的弯曲性河段，河弯较多，平均弯道长度仅分 剃为4 t 3 0 和3 5 1 k i n ，弯曲系数分别为1 1 5 和1 3 2 ，其问布设的大断面弯 西安理工大学工程硕士论文 曲性特点也较为突出。艾山娄集河段断面狭窄，特别是艾山朱圈河段 左岸大堤至右岸山岭间距离仅1 0 0 0 m 左右，滩面不足5 0 0 m 。娄集曹家 圈河段滩地平均宽4 0 0 0 多米。 表3 - 1艾山以下窄河道各予河段河道基本情况 起点艾山娄集曹家圈霍家溜刘家园齐冯宫家东张 c s6 河段 终点 娄集曹家圈霍家溜刘家园齐冯 宫家东张c s6清7 序号i234 ( 浅)5 67 8 ( 浅) 9 ( 浅) 分类窄弯宽弯窄弯窄浅宽弯宽弯窄弯宽浅宽浅 河长( k m )3 8 74 5 63 1 82 4 56 8 04 7 02 9 23 l _ 14 2 0 主槽宽 范围 4 9 44 4 13 1 74 4 34 5 0 4 6 5 5 2 56 8 i1 3 1 5 度( m ) 9 3 09 3 07 8 28 8 08 0 08 0 01 0 0 01 5 3 02 5 5 0 平均 6 3 46 3 75 0 57 2 06 0 l6 0 87 1 41 0 4 21 7 9 5 滩地宽 范围 3 8 72 3 7 17 3 07 3 01 1 2 l 1 2 6 85 1 9 6 5 06 3 6 度( m ) 4 8 9 36 3 5 61 0 7 91 5 6 73 5 2 33 7 0 41 1 3 74 0 5 91 0 7 0 1 平均 1 5 8 i4 2 2 55 8 91 0 4 31 9 8 42 1 5 l5 2 22 4 9 06 4 0 0 堤距宽 范围 右岸右岸7 0 01 2 8 01 8 0 07 5 07 5 02 2 5 05 5 0 0 度( m ) 无堤无堤1 5 0 02 l o o4 2 0 0 4 3 0 02 2 5 06 0 0 0 1 3 0 0 0 平均 1 2 0 41 7 6 72 6 7 22 8 0 91 3 7 03 9 0 59 4 0 0 弯道数目( 个) 91 31 041 2935 弯道长度( m ) 4 3 0 。3 5 1 03 1 8 04 9 0 05 6 7 05 2 2 09 6 7 01 5 5 0 07 3 4 0 弯曲系数1 1 51 3 211 41 0 6li 7 1 _ 1 111 01 1 010 5 曹家圈刘家园属窄河段，河长5 6 3 k m 。其中曹家圈霍家溜河段属 窄弯河道，主槽和滩地平均宽度分别为5 0 5 m 和5 8 9 m ，两岸堤距7 0 0 1 5 0 0 m ，平均1 2 0 4 m ，河道弯曲系数为1 1 4 ，平均河弯长度4 9 k i n ；霍家溜 刘家园河段属窄浅河段，其主槽、滩地和两岸堤距均比上段宽，弯曲系数 小，河道横断面也具有较明显的浅滩性特征。 刘家园宫家属宽弯河段，主槽和滩地平均宽度分别为6 0 5 m 和 1 9 0 0 m ，两岸平均堤距为2 7 4 0 m 。因河段较长划分为两段，其中刘家园 齐冯弯曲系数较大，齐冯宫家河段弯曲系数较小，两河段横断面均具有 明显的弯曲性河道的特征。 富家东张河段具有窄浅河段的平面特征，河道主槽和滩地平均宽度 6 西安理工大学工程硕士论文 分别为7 1 4 m 和4 1 8 m ，主槽比滩地宽。两岸堤距7 5 0 2 2 5 0 m ，平均堤距 宽1 3 7 0 m , 弯曲系数为1 1 0 。但其间的河道横断面具有明显的弯道性特征。 河道演变分析过程中，作为弯道河段处理。 东张清7 河口段河长7 3 1 k m ，属典型的以浅滩为主的河段，其中东 张c s 6 两岸堤距2 2 6 o k m ，主槽宽o 7 1 5 k m ，平均比降为0 1 0 1 ， 滩槽高差1 8 2 6 m 。该河段位于黄河尾闯段。c s 6 以下河段，堤距增大 为5 5 1 3 k m ，弯曲系数为1 0 5 。 河口流路自1 9 5 3 年经历了三次大的改道：神仙沟流路、钓口河流路 和清水沟流路。1 9 5 3 年以前入海流路由甜水沟、宋春荣沟和神仙沟分流 入海。实际行水己近十年，南股甜水沟原为主流，但流程长，河道多弯， 河床较高，行水不畅，为改善防洪条件，变分流入海为独流入海，神仙沟 单股流路入海后，尾闾河道水位降低，上游河道发生强烈的冲刷，改道效 果较好。由于5 0 年代来沙量较大，至1 9 6 0 年尾间河段的水位有淤积抬升 的趋势，1 9 6 3 年即拟人工改道钓口河流路，1 9 6 4 年1 月1 日于罗家屋子 附近爆破堤防，河水由神仙沟北侧漫流入海，本次改道并未造成溯源冲刷， 而且上游河道的水位反而抬升，其原因为：改道点以下的一段新河河床比 神仙沟原河道高，而且地面芦苇丛生，植被茂密下水不畅。1 9 7 5 年汛 期6 5 0 0 m 3 s 流量时，西河v i 水位己到达预定计划改道的水位，决定改走 清水沟流路，这次吸取了钓口河改道的教训，在实施前作好了充分的准备， 预先修筑了两岸的堤防，开挖了引河，因此改道比较成功，经历了淤滩成 槽、溯源冲刷和逐渐回淤的演变过程，至1 9 9 5 年西河口以下河长已达 6 5 k r n 。在1 9 8 5 年1 9 9 5 年期间，进入尾阊河段的水量较少，河口段发 生了严重的淤积，防洪形势十分严峻，结合油田变海上采油为陆上采油的 要求，在1 9 9 6 年汛前在清8 断面以上o 9 5 k m 处实施了改汉工程，河长 缩短了1 4 k m ，当年河口地区同流量水位明显降低，流路比较稳定。 3 1 2 冲淤概况 自1 9 7 6 年清水沟流路改道至1 9 9 9 年l o 月小浪底水库下闸蓄水，艾 西安理工赶学工程硕士论文 山利津和利津清7 年平均淤襁爨分别为0 1 5 l 亿m 3 和o 1 1 2 亿m 3 ( 见 表3 2 ) 。 1 9 7 6 年1 9 7 9 年为清水沟流路的淤滩成槽阶段，西河口以下无定槽， 利滓以上河段由于下段不畅，加上1 9 7 7 年的高含沙洪水，使艾利河段淤 积严重，年平均淤积量达o2 9 5 亿m 3 ，主要淤积在主槽；西河口以下经 过三年走河，滩地淤高1 8 4 m ，主槽淤商1 3 m ，在原来三角洲陆面上淤 积出平均滩槽毫差o 5 4 m 的宽浅溺禳。利津、一号袈、西河日3 0 0 0 m 3 s 隶位分鬟箍高了0 。2 7 m 、0 1 4 m 鞠0 5 7 m 。 1 9 7 9 年1 9 8 4 年为渍承沟渡黪灏滚冲捌鹩发震验段，巅津、一号袈、 西河口3 0 0 0 m 3 , i s ，的承位分澍辫低了1 0 7 m 、1 0 9 m 和1 1 5 m ，酉河口 ；彗 3 河段滩槽高差增大到3 m 左右，河宽5 0 0 0 0 0 m ，形成了平滩流量 5 0 0 0 m 3 s 左右的大槽，为清水沟流路的使用年限的延长，打下了一个良 好的基础。 表3 - 2 艾山以下河道窜平均冲淤量统计表单位：亿m 3 艾山洛口洛口莉津 苴山利沣 时段 主橹滩地仝断面主糟滩地全斯面主椿滩地全断面 1 9 7 6 1 0 o 】l so l l 。 0 。_ 暾l s 30 。5o i 拣 0 3 叭一o0 0 602 9 5 9 7 9 1 0 1 9 7 9 0 - 1 9 辐1 0 0 盼e一0 0 1 0- 0 t ) 3 0- 0 l 鞠00 0 7- 0 笛一e 1 4 90 嗽- 0 1 5 3 1 9 8 1 珀 e0 7 6一e0 0 60 潞90 1 2 30 髓3 e 1 5 6 袋挣90 国踅# 立2 5 9 9 9 1 0 9 7 6 1 0 0 粥j一s 疆0 5 40 0 7 50 0 2 30 0 9 78 1 3 600 1 5 0 毡 i 9 9 9 埒 j 9 9 9 j 0 2 0 1 0 o d 8 2o00 9 20 0 5 100e 5 10 1 3 30o ，1 3 3 利津西河口 西河口清7 利津霜7 时段 主槽滩地圭断面主槽滩地垒断面主槽滩地垒断面 1 9 7 6 1 0 00 9 100 0 4o0 9 00 1 1 305 】906 3 20 2 0 7o5 1 5o7 2 2 1 9 7 9 1 0 】9 7 9 1 0 1 9 n 1 0 00 8 400 0 300 8 5。00 6 4- 00 3 7一o l o o0 1 4 so0 40 l8 5 1 9 8 4 1 0 o0 3 30 0 0 40 0 4 200 4 3o0 雌 0 0 4 7 0 0 s 00 0 8o o 辨 1 9 9 9 l e | 1 鬻罾 0 。l se 0 0 10 0 2 n t 2 9e 蹴8 0 9 20 雅70 0 6 40 l j 2 1 裂譬 e 0 2 60 00 2 6 e 游3e0 瓣3 ( 1 2 9ee e 嚣 西安理工走学工程硕士论文 1 9 8 4 年清水沟流路开始溯源淤积。1 9 8 6 年以来，由于龙羊峡、刘家 峡水库的调节，沿黄大量引水，进入艾山的水沙条件发生了较大的变化， 主要表现为来水大幅度减少，洪峰流量减小，枯水历时增长，艾山站除 1 9 8 8 年、1 9 8 9 年两年洪峰流量达5 0 0 0 6 0 0 0 m 3 s 外，其余各年的洪峰流 量仅3 0 0 0 m 3 s ，大于3 0 0 0 m 3 s 的流量持续时间每年只有4 天。期间除1 9 9 6 年清8 改汉使1 9 9 6 年汛前至1 9 9 8 年汛前河道发生冲刷外，其余年份淤积 严重，致使河槽逐渐萎缩，过洪能力逐渐减小，至1 9 9 9 年艾山利津河 段年平均淤积o 2 2 5 亿m 3 ，9 0 的泥沙淤积在主槽；利津以下同样也有 9 0 的泥沙淤积在主槽。 1 9 9 9 年1 0 小浪底水库下闸蓄水，1 9 9 9 年1 0 月至2 0 0 0 年1 0 月艾山 至利津河段淤积量为01 3 3 亿m 3 ：利津清7 河段的淤积量为o 0 4 9 亿 m 3 ，占多年平均淤积量的2 6 。小浪底水库招标设计及小浪底水库初 期运用方式研究报告研究表明，小浪底水库运用后对山东河道是减淤的， 但并不是说山东河道不淤积，遇不利水沙年份，山东河道和河口地区仍会 发生淤积。 3 2 堤防工程现状及存在问题 3 2 1 堤防工程现状 黄河下游大堤历史悠久，随着河道变迁经历代不断修建而成。现行河 道两岸的大堤，东坝头以下是1 8 5 5 年铜瓦厢决口改道后修筑的，有1 5 0 年的历史。现堤防对保护两岸人民的生命财产安全起到了巨大的作用。但 是因受当时生产力和科学技术水平的限制，修筑的大堤存在标准低、堤身 单薄、隐患多等弱点。黄河下游的大堤虽然进行了三次加固培厚，但由于 黄河下游河道逐年淤积抬高，个别堤段的高度和宽度仍然不能满足要求， 因此，根据下游河道的防洪标准个别堤段仍需加高培厚。 陶城铺渔洼河段，左岸大堤自阳谷陶城铺( 3 + 0 0 ) 利津四段( 3 5 5 + 2 6 4 ) ，长3 5 0 k m ；右岸大堤起于济南槐荫宋家庄( 负1 + 4 3 0 ) 至垦利 西安理工大学工程硕士论文 二十一户( 2 5 5 + 1 6 0 ) ，长2 5 6 k m 。临黄大堤一般高7 l o m ，最高达1 4 m ， 临河地面高差4 6 m ，最高达l o m 以上；堤防断面顶宽7 1 2 m ；i 缶河坡 1 ：2 5 ，背河坡1 ：3 。 渔洼断面以下共有各类堤防长2 0 8 3 3 k i n ，其中设防地段的北大堤、 南防洪堤段长7 9 4 6 k i n ；另有南大堤、东大堤及其它堤防长8 4 8 k r n 。堤 防高度一般为5 7 m ，堤顶宽度一般6 8 m ，边坡一般1 ：2 5 1 ：30 。 3 2 2 堤防工程存在问题 按照2 0 0 0 年水平的设计洪水位，陶城铺渔洼河段临黄大堤堤顶欠 高o 5 m 以上的堤段不足1 5 k m ，因此，堤防高度不足己不是现阶段存在 的主要问题，目前陶城铺以下河段主要存在以下问题：( 1 ) 堤防宽度不足， 根据设计要求，黄河下游1 级堤防的堤顶宽度为1 2 m ，现状设防堤段中 堤顶宽度小于8 m 、1 0 m 、1l m 的分别有3 8 4 k m 、5 1 6 k m 和5 5 4 k r n ，分别 占堤防长度的6 3 4 、8 5 i 和9 1 5 。( 2 ) 土质不良、填筑不实、堤身裂 缝多。现有堤防大多是在民埝的基础上逐步加高培厚而成的，受当时技术、 设备和社会环境等条件的限制，普遍存在用料不当，压实度不够等问题。 ( 3 ) 獾狐洞穴及空洞较多。由于獾狐、鼠类等动物在堤防上打洞造成堤防 上洞穴众多，每年堤防检查都发现几十处獾洞，鼠洞更是到处可见。( 4 ) 堤 基复杂，威胁堤防安全。黄河下游为冲积平原，加之历史决口改道，形成 了黄河下游堤基复杂，多种堤基并存。 自清8 改汉工程实施后，渔洼以下河口段防洪形势暂时出现了一定的 好转，但由于新河道淤积延伸，加之河口段的防洪工程遗留问题较多，根 据2 0 0 0 年水平的设计洪水位分析，现阶段存在的问题主要是高度、断面 不足。在西河口1 2 m 的设计洪水位的条件下，河口左岸5 1 7 k m 的大堤有 4 4 7 k i n 堤段的堤顶高程达不到设计标准，占北岸大堤总长的8 6 ，其中， 低于设计堤顶高程o 5 m 以上的堤段有3 3 7 k m ，占北岸大堤总长的6 5 。 河口大堤现状堤顶宽度一般6 8 m ，按照左岸顶宽l o m ，右岸顶宽7 m 的 设计标准，左岸北大堤有4 7 7 k i n 的堤顶宽达不到设计标准，占北岸大堤 西安理工大学工程硕士论文 总长的9 6 ；右岸南防洪堤有5 k m 的堤顶宽达不到设计标准，占南防洪 堤总长的1 8 。此外，按照险工段l ：1 0 ，平工段1 ：8 的经验标准，两岸堤 防尚有部分堤段的浸润线出逸点在地面以上。 由于陶城铺以下河段，临黄大堤堤身质量差，险点隐患多，再加之堤 基复杂，影响堤防稳定，造成每遇洪水，险情叠出。因此，急需对陶城铺 以下的黄河大堤堤身及堤基进行加固处理。 3 - 3 防洪形势 陶城铺渔洼河段，为弯曲性河道，断面较窄。长期以来经过上段宽 河段的水沙调整，其冲淤变幅较小，淤积主要发生在非汛期，汛期则多发 生冲刷。近十几年，由于汛期大流量减少，中枯水历时增长，造成汛期也 发生淤积。小浪底水库投入运用后，水库运用初期对下游河道的减淤作用 主要是在艾山以上河段，艾利河段发生冲刷的机率很小，该河段仍有淤高 的趋势。从陶城铺渔洼的现状堤防工程分析，部分堤段的高度和宽度难 以满足防洪的要求，且泥沙问题在相当长时期内难以解决，河床仍会不断 地淤积抬高，因此，防洪问题仍不可忽视。 黄河河口地区是我国重要的石油生产基地，也是山东黄河治理和防汛 的重点防守河段之一，现行河道自1 9 7 6 年5 月改走清水沟流路以来，己 行河二十余年。河口段的冲淤变化主要与来水来沙及河口侵蚀基准条件有 关，一般汛期冲刷、非汛期淤积。近十几年由于来水来沙偏枯，河道淤积 迅速，汛期河口段也发生淤积。1 9 8 4 年以来利津以下河道平均每年淤积 8 5 3 万m 3 ，其中9 1 的泥沙淤积在主槽，河槽过水面积由2 5 0 0 m 2 减小 到1 0 0 0 m 2 左右，平滩流量由5 0 0 0 m 3 s 减小到2 0 0 0 m 3 s 。由于主河槽淤 积严重，河道萎缩，排洪能力降低，漫滩机遇增多，滩面横比降加大，导 流堤的修建控制了中水河槽，使导流堤内外滩地的i 缶背差增大，一遇较大 洪水，易发生横河项冲和顺堤行洪的危险。清4 清7 河段一带，滩面横 比降已达4 1 0 。，若遇5 0 0 0r n 3 s 的洪水，南北两岸均存在自然出汉摆 西安理工大学工程硕士论文 动的可能，甚至会发生堤防冲决，给当地工农业生产尤其是胜利油田的安 全带来很大的威胁，同时现有整治工程跟不上，南防洪堤标准低，且较北 岸堤防短1 0 多k m ，已建工程抗御洪水的能力较差。总的来看，由于河 口段主槽的严重淤积，河口段的防洪形势也很严峻。 3 4 黄河下游挖河固堤实施现状 3 4 1 机淤固堤实施现状 黄河下游机淤筑堤工程大致可分为两类：一是利用引黄泥沙淤填潭坑 加固大堤，淤填沙洼碱地改良土壤；挖沉沙池和输沙渠淤沉的泥沙淤高周 边地面。二是挖取河道和滩地泥沙淤临淤背加固大堤。截至到1 9 9 3 年底， 共完成土方5 0 7 亿m 3 。下游不同淤筑堤防工程的淤筑土方量见表3 3 。 表3 - 3河下游不同淤筑类型堤防淤筑量统计表单位：亿m 引黄泥沙固堤 河段机淤同堤合计 自流扬水 河南04 70 l o0 2 8o8 5 山东10 50 1 929 842 2 合计15 202 932 650 7 固堤是把黄河水引到或提扬到大堤背河一侧，使泥沙在划定的淤区沉 淀下来加固大堤，清水退出灌溉农田或城镇供水。自黄河下游机淤固堤工 程于1 9 7 4 年被国务院f 式列为防洪基建工程以后，放淤固堤经历了自流 引黄放淤固堤、扬水放淤固堤和吸泥船、泥浆泵等机械挖淤固堤的过程。 机淤固堤已使临黄大堤6 7 0 k m 的薄弱堤段得到了淤宽加固，利用泥沙3 亿m 3 之多，增加了堤身的稳定性，解决大堤的渗漏、管涌等问题，特别 是经过几次大洪水的考验，其防洪、社会和经济效益非常显著。 西安理工大学王锻硕士论文 3 4 2 挖溪嚣堤工程熬实藏瑗狄 3 4 2 ，l 挖河固堤工程最模 黄河下游启动工程始于1 9 9 7 年1 1 月2 3 目，完工于1 9 9 8 年6 月2 日。 挖河固堤启动工程分两个阶段实施：第阶段开挖河长1 4 0 0 m ，采用旱 挖方式施工；第二阶段开挖河长9 6 0 0 m ，主要采用组合泥浆泵开挖。挖 河段位于山东省河口地区的垦利县朱象腱子清2 河段，其中朱家屋子 6 断面河长1 0 8 9 k m ，为主开挖河段，开挖断面底宽2 0 0 m ，平均挖深2 5 m ， 开挖设计断面边坡l ：3 ，开挖量为5 3 2 万一；为增加减淤效果，在6 断面 清2 懑长1 26 1 k m 静河段内还避行了河道筑遂，开挖断面底宽2 0 m ，挖沙 爨1 6 万矗。主方开楚惑量5 4 8 万寂。熬令嚣挖澎段设诗河底葛疆霓袤 3 4 。 袭3 - 4设计开挖断面河戚篱疆统计表 断面 设计河底高程( m )断面名称设计河底高程( m ) 来家屋子55 96 断面46 0 + 八户52 77 断面44 6 渔洼50 8 清 14 1 8 五七闸48 3 清 235 9 3 + 4 2 2 挖河对固堤的作用 鑫动工程开挖土方堆( 摊) 医位嚣，发嚣巍处，堤防桩号：北大堤 6 + 9 0 0 9 + 8 0 0 及1 0 + 0 0 0 1 0 + 7 5 0 ，淤嚣长3 7 k m ；考岸臻黄疆一楚，堤防 援号：2 4 6 + 9 9 6 2 5 3 + 7 6 0 ，淤区长6 8 m 。嚣蓐淤筑长度共l0 5 k m 。上述 提段主要存在的问题为：浸润线曹河出逸，不能满足防渗要求。堤 防隐患较多，现状堤防土质复杂，筑堤时多为就近取土，粘性土经长时问 固结形成千缩裂缝；受有害动物破坏严感，堤身内洞穴较多。另外，北大 堤长6 9 5 k m 堤段，背河堤脚低洼，常年积水，堤基常年受水浸泡，基础 稳定性差，急需填土加固。挖河固堤的作用主要表现在如下几个方面： ( 1 ) 提高了大堤的整体稳定性。挖河段的原堤防宽度平均为l o m 左 西安理工大学工程硕士论文 右，加上后戗也仅约2 0 m ，整体稳定性差，防洪能力低。挖河后将长约 1 0 5 m 的大堤淤背宽达l o o m ，从而大大加固了堤防。 ( 2 ) 提高了大堤的防渗能力。现状大堤单薄，不能满足浸润线背河不 出逸的要求，大堤加厚以后，减少了管涌和流土发生的机遇，减轻了渗流 出险的威胁。 ( 3 ) 可以减轻地震导致的决堤威胁，据计算，在发生6 7 度地震烈度 时，大堤会因液化产生2 0 m 左右宽的滑塌区。淤背l o o m 后，即使原大 堤滑塌，仍有淤背可挡洪水，可以为抢险赢得时间。 ( 4 ) 背河堆沙区高3 5 m ，包边盖顶后可将原来的荒地改造为能够开 发利用的淤背区。 d 西安理工大学工程硕士论文 4 主要技术途径研究 4 1 挖沙时机研究 4 1 1 气象条件 根据第二章的研究，陶城铺以下近期开挖河段应优先选择东张6 断 面。该河段位于黄河下游尾部段。东张6 断面河段多年平均气温1 4 2 ； 极端最高气温4 2 5 ，出现于7 月份：极端最低气温一1 9 7 ，出现于元 月份。全年平均风速3 2 m s ，月最大平均风速4 3 m j s ，出现于四月份，最 大日风速为3 3 3 m s 。平均年降水量5 3 8 m m 。 河口河段多年平均气温1 2 6 c ：极端最高气温4 1 - 3 ，出现于7 月 份；极端最低气温- 2 0 8 。c ，出现于元月份。全年平均风速4 o m s ，最大 日风速4 5 r r d s 。 4 1 2 冰凌条件 黄河下游窄河段的封冻特点为封冻早、解冻晚封河最早为1 2 月下 旬最晚为2 月上旬，平均封河时间为1 2 月底：解冻最早为元月上旬， 最晚为3 月初，平均解冻时间为2 月初。根据1 9 7 4 年1 9 8 8 年的实测资 料统计，在1 5 年中有9 年发生封河现象，年平均封河天数为3 4 天。河段 冰厚一般为o 3 o 5 m ，该河段受冰凌影响较大，年平均约6 0 天左右， 冰凌发生时间一般为1 2 月下旬至翌年2 月中旬。 4 1 3 径流条件 根据1 9 9 0 年1 9 9 5 年艾山和利津各水文站的实测流量资料，按5 0 5 0 0 、5 0 0 - - 1 0 0 0 、1 0 0 0 1 5 0 0 m 3 s 统计其各流量级的天数，并分析其相 应的水深、流速等水力要素见表4 1 。挖泥船旌工时，要求流速小于或等 于1 5 m s ，水深大于1 2 m ，因此分析流量级时仅分析流速在1 5 m s 左右相 应的流量级。 西安理工是学3 - 程硕士论文 当流量大于5 0 m 3 s 和小于1 0 0 0 m 3 s 时，其相应的水深大于1 2 m ，流 速小于1 5 m s ，符合挖泥船的施工要求。由于近期来水较少，流量级大于 5 0 m 3 s 和小于1 0 0 0 m 3 s 的天数居多，各水文站该流量级的天数约占年总 数的6 0 7 0 ，且该流量级的天数基本上分布在非汛期的11 月至翌年 的5 月。该流量级的天数是沿程增大的。 当流量级在1 0 0 0 1 5 0 0 m 3 i s 时，其相应的平均流速为1 5 1 6 m s ， 挖河段平均流速略大于1 5 m s ，若在靠近岸边的地方挖，流速也能满足挖 泥船的施工要求。各站1 0 0 0 1 5 0 0 m 3 s 的天数见表4 1 。 表4 1旋工天数分析表 站 项目 天数 流速水深系列 名 i 67 1 01 i 1 2】1 2 ( m ：s )( r n ) 5 0 5 0 08 22 372 031 2 6d3 5 08 507 8 l7 流 1 9 9 0 9 5 掣 5 0 0 1 0 0 06 433 333 371 3 1308 9 l4 717 2 里 级 1 0 0 0 1 5 0 0 】61 6874 9 814 7 】6 32 23 艾， 小计】6 23 8 386 l3 0 7 l03 5 l6 3o7 8 23 凌汛停t3 38 4 l1 9 7 4 8 8 汛期停工5 39 5 39 计算时间 】1 932 995 32 i ! 1 采用时问 1 0 6l2 995 3】8 9减i - 6 月2 3 灭 5 0 5 0 09 262 422 22】3 9) 4 2 09 31 】2 2 流 1 9 9 0 9 5 已 5 0 0 i o o o4 673 673 55l l8909 3 i5 222 2 4 里 级 1 0 0 0 i5 0 01 1 _ 32 3533 7815 2 l6 52 4 26 洛口 小计1 5 068 446 072 9 57) 4 2 16 51l 26 凌汛停工 4 01 05 0修正】9 7 4 8 8 汛期停工5 46 5 46 计算时间 1 】o62 985 071 9 ii 采用时间9 052 98 5 0717 】 减】6 月2 0 天 5 0 5 0 0 7 022 632 61 2 25 流 1 9 9 0 9 5 旦 5 0 0 1o o o3 632 733 l3 9 49 里 级 1 0 0 0 1 5 0 0732 62 3 5 3 剽蔼 小计 】1387 965 932 5 2 7 凌汛停工4 62 1 il5 73】9 7 4 8 8 汛期停工