对拦河建筑物防洪影响分析思路的初步探讨 什么是建筑物.docx

对拦河建筑物防洪影响分析思路的初步探讨 什么是建筑物前言随着水资源供需冲突的日益突出，党和政府提出了水资源可持续利用的战略目标，充分合理地开发利用水资源，为全面建设小康社会供应有力支撑和保障。随着水利建设的不断发展，水利投资的重点也将由防洪工程转向水资源配置工程。根据传统水利思路，由于河道防洪任务的重要性，在山洪河道修建拦河建筑物蓄水开发水资源一般要求特别严格，因此山洪河道水资源开发利用程度很低，在肯定程度上造成水资源的巨大奢侈。随着传统水利向现代水利的转变，在山洪河道上修建拦河建筑物，拦蓄上游河道流域来水，开发河道丰富的水资源，使防洪工程转向水资源配置工程已成为水利建设的重点。但在河道水资源得到合理的开发利用的同时，河道的防洪任务更加艰难，这就要求水利工作者不仅要充分开发利用水资源，而且要充分预料到建筑物可能带来的负效应。由于河流的形成及发展条件各异，河床演化的特点及其衍生的问题是各种各样而且困难多变，因此探讨分析拦河建筑物对防洪的影响是一个多学科多因素的困难问题，特殊是河流泥沙动力学学问以及河床演化的规律。就其本身来讲，目前仍旧是一门不成熟的新兴学科，因此对于拦河建筑物防洪影响的分析就有了很大的难度。本人依据多年来的工作阅历以及驾驭的材料，从各人的相识角度动身，对建筑物防洪影响的分析思路供应一些建议。如有不当以及不足之处，希望同仁们赐予指正和补充，并在大家的共同努力之下，更好地完成项目，使每一个项目都能较好地反映出其对防洪的影响，从而使建筑物更好地为人们造福，而不是带来负面影响甚至灾难。1 概述拦河建筑物对防洪的影响有有利的一面也有不利的一面。有利的一面是可以充分利用建筑物与河床之间的相互关系，因势调整河道流向，变更不利河相关系，有目的的限制河床演化的发展方向，从而使河道有利于人类的经济活动。另外拦河建筑物作为水资源配置工程，可开发利用河道水资源，为工农业以及城镇生活用水供应水源，缓解地下水超采的危机。但在保证其主要功能的同时，须要充分相识到建筑物对于河道防洪不利的影响。对于建筑物防洪影响的分析思路，主要从河相关系的改变、工程设计以及工程措施之间的相互关系方面去考虑。在分析建筑物对防洪影响之前，首先要对建筑物所在河道进行分析。1）分析河道类型根据河道流经地区的不同，河道一般可分为山区河流和平原河流两大类，而对于同一条河流其上游常为山区河流，下游段为平原河流，位于上游段和下游段之间的中游段，则往往兼有山区河流和平原河流的特性。因此要首先依据流域特点，来水状况，地理特点、形成的过程等确定河道属于哪一种类型。2）分析河床的形态依据河床演化历史过程、河床总体走势，河床的结构等特点确定河道形态是弯曲型、顺直型、分汊型还是散乱型，从而确定河床演化的总趋势。3）分析河流的水文、地质条件依据河道来水来沙特性，来水时空分布，河床床沙组成等特点确定河道的边界条件，确定是推移质还是悬移质造床。只有分析确定了造床的主要因素，才能确定合理的阅历理论公式进行定量的分析计算。2 工程设计与河相关系的相互影响分析拦河建筑物的设计依托于河相关系，河相关系又因拦河建筑物的影响而发生巨大的改变，出现新的演化过程。假如建筑物设计不当，就会引起河相不稳定，造成行洪的担心全；而河相关系确定的不合理，则会从以下两方面影响建筑物的设计：假如河相关系确定的担心全，建筑物的造价抬高，造成奢侈；假如河相关系确定的偏于平安，则建筑物的设计会不满意要求，其损失更加严峻，因此拦河建筑物与河床的河相关系是相互影响相互补充的关系。本文主要从以下几个方面对两者关系进行分析：1）建筑物主要设计参数与河床演化之间的关系建筑物设计参数主要从底板高程，蓄水位的确定进行分析。底板高程的确定至关重要。底板高程定高了，则会出现上淤下冲的问题，坝前淤积严峻者会使建筑物难以正常运行，甚至处于瘫痪状态，而坝后冲刷则会使消能设施破坏，从而危及整个工程。相反，假如底板高程定低了，则上冲下淤，同样会影响建筑物的正常运行。因此合理的选择底板高程，才能保证上下游河段的演化过程渐渐趋向于平衡，趋向于防洪有利的一面。对于正常蓄水位的确定，从防洪角度动身，水位不宜漫滩。蓄水位长期漫滩，不仅影响滩地开发，而且来沙落淤抬高滩地，而建筑物进行蓄清排沙时，根据河床"死滩活槽"的发展规律，滩地只淤而不冲，必定影响河道的行洪平安。2）消能防冲设计与河床演化之间的关系消能防冲设计在工程设计过程中是不行缺少的重要组成部分，在有关规范中都有详细的规定，但河床演化对消能防冲计算的影响却没有明确的提出，从而使设计人员往往忽视了河床演化的影响，计算过程与河床演化脱节，造成设计结果的担心全。本文主要从下游的河床演化角度阐述对消能的影响。拦河建筑物建成后，由于水位壅高，上游淤积，下泄水流含沙量降低，使下游河床将发生两种不同类型的冲刷，一种是在枢纽下游较长段上普遍产生的一般冲刷；另一种是在枢纽下游旁边较短的河段内产生的局部冲刷。局部冲刷在有关规范及教材中均有较具体的计算方法和处理措施，本文只对一般冲刷做进一步说明。一般冲刷是一种使下游河道自上而下发生的长距离冲刷现象，但随着冲刷的不断发展，河床床沙粒径渐渐粗化，形成抗冲爱护层限制冲刷发展，并将很快趋于稳定，因此其发展改变总是向稳定的方向进展。随着一般冲刷的发展，下游水位流量关系发生改变，势必影响建筑物的泄流实力以及消能防冲，这就须要对一般冲刷进行分析计算。目前对于一般冲刷的定量计算仍处于不成熟阶段，虽说现阶段也有很多的阅历或理论公式可以运用，但大多繁琐难用，作者认为下面两种方法比较适合与工程设计人员运用。方法一 谢鉴衡所建议的冲刷极限状态法。只要合理确定造床流量，河床粗化后的糙率以及床沙粒径值，即可估算冲刷后的河道比降、平均水深以及河宽。方法二 王世夏教授提出的静平衡计算公式。床沙特性参数K通常可取4.0212m1/2/s，粒径可取中值粒径为计算粒径。对于无因次待定系数C的确定需依据王世夏教授提出的河相关系补充方程计算。依据实测的河床断面形态、床沙组成等资料，计算多组数据，由上式反推出C值。以上两种方法的基本原理是一样的，均是水流连续公式、匀称流阻力公式以及水力因素和泥沙因素之间的关系公式，并与试验数据结合联解推求所得。依据以上方法可以推求出冲刷后的河相关系为依据进行消能防冲计算是比较合理的。同时要充分考虑到一般冲刷对下游两岸滩地以及堤防的冲刷，要刚好实行措施护砌两岸，防止冲刷对河床的不利影响。3）河道主要参数的取定与河床演化之间的关系从长期角度来看，河相的改变具有周期性，随着多次冲刷淤积之后，河道总是趋向于某一平衡状态，最终达到一个相对稳定的河相关系。比如，弯曲的河道弯曲到肯定程度，水流为寻求阻力较小的新流路，通过撇弯取直或裁弯取直来遏止凹岸冲刷的进一步发展。对于拦河建筑物同样有此规律，在人为因素的影响之下，河床要发生改变，但其改变也是向着停止的方向发展。如何才能知道设计参数符合河床演化的自然规律，使建筑物与自然协调共存呢？谢鉴衡和王世夏教授同样提出了河道冲淤平衡计算方法。下面简洁介绍王世夏教授提出的推移质造床河流的动平衡计算方法。公式中河床推移质输沙率，由于水文观测技术及条件的限制，该参数的确定比较困难。可收集河床悬移质输沙率与流量的关系，并参照类似河道悬推比，来确定推移质输沙率值。其他参数的确定同一般冲刷计算方法。依据以上计算结果，来分析确定设计参数值是否合理。比如，计算比降值陡于设计值，则说明河道不需淤缓至设计值就可以平衡，因此设计值是偏于平安的；相反，计算值缓于设计值，则说明设计值偏陡，上游的河沙要接着向下游推移，直到相对平衡。3 防洪措施与河床演化之间的相互影响分析从以上关系的分析中可以看出，建筑物的修建会使河床发生较大的改变，但随着河床的自我调整作用，河床最终会达到一个新的动平衡点。这不仅仅要求建筑物的设计满意河床演化的要求，同时要实行肯定防洪措施才能保证影响限制在平安或有利的一面。防洪措施与河床演化之间也是相辅相成的关系。1）合理的限制运用充分利用拦河建筑物的优势，合理的限制运用，调整河道固体径流。在取水时期，上游水位抬高，使来沙短暂沉积在坝前，之后就需实行合理的限制运用措施冲刷淤积，保证取水库容以及行洪的平安。2）规范的管理结构由于人类的需求，使得河床演化不仅仅受自然因素的影响，而且人为因素也随着社会的发展对河道的影响也越来越严峻，特殊是人为采沙因素，这就须要规范的管理结构和管理制度来规范管理人为因素对河道的影响。3）完善的观测系统建筑物的设计以及河床演化计算原理是建立在实践到理论、理论到实践的基础之上，具有肯定的阅历性和试验性，它不行能完全代替自然规律，而河道的边界条件却千差万别，在时间与空间上也是改变万千的，不行能有哪一种理论公式能精确的界定河道发展改变。因此，工程的正常运用，还要依靠完善的观测系统来补充改进工程。要刚好开展原型观测，积累有关数据，保证工程正常运行的有效，进一步验证工程设计的合理性。同时，完善的观测系统还对河道以及建筑物的科学探讨具有指导意义。4 结论总上分析，主要从分析探讨自然河道的实测资料、泥沙运动和河床演化的基本原理两方面对防洪影响进行分析。对于重要河流，有条件时尽可能运用各种方法进行分析探讨，比如进行模型试验，通过河工模型试验，对河床演化进行预料，对防洪措施进行合理的规划；也可利用条件相像河段的实测资料进行类比分析等方法。 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页