科研与管理 水利规划与设计 ２０１１年第６期 沭河王庄闸下河道治理方案研究 苏崇峰 （徐州市水利建筑设计研究院 徐州 ２２１０１８） 【摘要】 沭河是沂沭泗河洪水东调南下工程中的骨干工程之一，王庄闸以下至新沂河１６．５ ｋｍ的河道，比 降陡，流速大，弯道多，出口处与新沂河水面线不衔接，河道抗冲能力差，冲刷下切趋势严重，造成河势不稳， 已严重威胁堤防、跨河建筑物和河道的防洪安全。本文在分析该河段的特性和冲刷下切原因的基础上，通过治 理方案比较，选用兴建壅水坝方案，以达到规划治理的目标。 【关键词】 沭河王庄闸下河段治理方案 壅水坝 【中图分类号】ＴＶ８５ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １６７２—２４６９（２０１１）０６—００３７—０３ 【Ｄ０Ｉ编码】 １Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—２４６９．２０１１．０６．０１０ １ 河道概况 ２ 河道特性及河床演变趋势分析 沐河是沂沭泗河洪水东调南下工程中的骨干工 沭河王庄闸下至新沂河河道长１６．５ｋｍ，弯道 程之一。沐河源于沂蒙山区的沂山南麓，南经莒 众多，河滩地随河道形式而变化，急弯内侧滩地较 县、临沭、新沂，于口头人新沂河，河道全长 宽，外侧狭窄，河岸十分陡峻。河床平均比降为 ３００ｋｍ，流域面积６４００ｋｍ ，其中徐州市境内沭河 １／１４ｏｏ。河流地质作用沉积物以砂质为主，河流地 长４４．７ｋｉｎ。 质作用以冲刷为主，部分堤段冲刷严重，形成崩 根据《沂沭泗河洪水东调南下续建工程实施规 岸，河床边界稳定性差，河道抗冲刷能力低。 划》，沭河防洪标准由２ｏ年一遇提高到５０年一遇， ２．１沭河出口处与新沂河水面线和河底高程不衔接 设计流量为塔山闸以上２５００ｍ。／ｓ，塔山闸以下 新沂河是南下工程的人海通道，汇集南下的来 ３０００ｍ。／ｓ。 水，其中骆马湖以上流域面积５１２００ｋｍ。，嶂山闸 根据新安镇水文站１９５０～２００５年的历年最大 以上来水有骆马湖调蓄，泄洪几率相对总沭河较 流量统计分析，多年平均流量８６５ｍ。／ｓ，５年一遇 小，特别是中小流量时，嶂山闸不泄洪或泄洪流量 流量１３００ｍ。／ｓ，２年一遇流量５５０ｍ。／ｓ，最小流量 较小，新沂河口头以西的区间排水面积又很少，造 １６３ｍ。／ｓ。非汛期最大多年平均流量８０ｍ。／ｓ，５年 成新沂河常处于低水位状态。水位统计资料显示， 一遇１５０ｍ。／ｓ，１０年一遇２５０ｍ。／ｓ。 １９８２年以前口头汛期多年平均最低水位为 根据新安镇水文站泥沙统计分析，输沙率 １０．８９ｍ，１９８２￣１９９９年为８．７７ｍ，１９９９～２００３年 （ｋｇ／ｓ）：多年平均１２．４，年平均最大６５．２；多年 为７．７９ｍ；１９９０～２００３年汛期月平均水位为 平均输沙量３９．１万ｔ；含沙量（ｋｇ／ｍ。）：多年平 ９．０５ｍ。沭河出口处新沂河设计洪水位为１６．５２ｍ， 均０．７６，年平均最大１．４７。 当骆马湖嶂山闸不泄洪时，新沂河水位常处在 沭河地处郯庐断裂带，河槽为天然河道，河 ９．０ｍ以下。而沭河为经常性来水河道，特别是沭 床、堤防土质基本上为砂性土，两岸堤防质量差， 河中小流量时，使得沭河口头处与新沂河水面线不 部分堤段为砂堤砂基，河道比降陡，流速大，弯道 衔接。根据１９８２年测量资料，沭河口头处河底高 多，形成险工险段较多，特别是沭河下游王庄闸至 程为１０．７ｍ，新沂河口头处河底高程９．６４ｍ，河底 新沂河河道长１６．５ｋｍ，成为沭河防洪工程治理的 重点。 作者简介：苏崇峰（１９６３年一），男，高级工程师。 ・ ３７ ・ 科研与管理 水利规划与设计 ２０１１年第６期 相差１．０６ｍ，２００５年沭河口头处河底高程为 排水工程设计规范》，计算不同水深不同河段允许 不冲流速情况如下：①小流量时（２００ｍ。／ｓ）河道 ５．Ｏｍ，新沂河口头处河底高程３．５ｍ，河底相差 １．５ｍ。因此沭河出口处与新沂河水面线和河底高 程均不衔接，导致河床冲刷下切严重。 ２．２沭河河道弯曲。比降陡 允许不冲流速为０．２０ｍ／ｓ￣０．７７ｍ／ｓ，现状河道流 速为０．５８ｍ／ｓ～２．４１ｍ／ｓ；②１．５年一遇时 （５００ｍ。／ｓ）河道允许不冲流速为０．３２ｍ／ｓ～ ０．８２ｍ／ｓ，现状河道流速为０．８２ｍ／ｓ～２．６７ｍ／ｓ； 沭河王庄闸下至新沂河段河床滩地自西北向东 南倾斜，滩面宽度１２５ｍ￣１０３９ｍ，河口宽度１４１ｍ ￣③中等流量时（８００ｍ。／ｓ）河道允许不冲流速为 ０．３４ｍ／ｓ￣Ｏ．８４ｍ／ｓ，现状河道流速为１．１４ｍ／ｓ～ ５１８ｍ。左右大堤堤距为４３０ｍ￣１２５０ｍ，地面高 程由２０．Ｏｍ至１６．Ｏｍ，河底高程由１４．０至３．５ｍ。 河道边坡大多在１：２以下，河岸十分陡峻。该河 ３．２０ｍ／ｓ。计算结果表明，中小流量时现状河道流 速均要大于河床允许的不冲流速，造成河床有冲刷 段弯道较多，９Ｏ。弯道达７处，曲折系数在１．１４～ １．２６之间，曲率半径在０．４５～０．９６ｋｍ之间，摆 幅在０．５２～１．２ｋｍ之间。该段河床纵向比降达 １／１４００，中小流量常处于急流状态，大流量时流速 大于允许不冲流速，现状河道纵向比降较之１９８２ 年及１９９９年的河道纵向比降相比，没有改观，在 现状及以后的年份中，河床比降陡、流速大依然是 引发河床继续冲刷下切的主要因素之一。 ２．３ 上游来水含沙量不断减少 河流泥沙的主要来源是自然力对流域表面的地 表侵蚀和因重力失衡引起的重力侵蚀，影响河流输 沙量的主要因素为气候因素、下垫面因素和人类活 动等三个方面。上个世纪６０年代初沭河上游兴建 了沙沟、青峰岭、小仕阳、陡山４座大型水库和石 泉湖等４座中型水库，水库控制流域面积占沭河总 流域面积约３Ｏ ，河道上多道闸坝等拦河建筑物 的兴建，上游山区水土保持措施的加强，以及人工 采砂等，上个世纪８Ｏ年代以前和以后，年累计输 沙量与年累计径流量曲线的斜率有明显变化，前后 时段平均含沙量减少约５Ｏ％，近年来含沙量呈进 一步减少趋势。特别是中小流量时，上游水库和拦 河建筑物的拦水拦沙，下游河道含沙量减少，亦造 成下游河道的冲刷下切。 ２．４河道抗冲能力分析 计算流量的选择，通常利用某一频率洪水作为 造床流量，根据国内研究，造床流量接近略小于２ 年一遇洪水，较多使用的是１．５年一遇洪水作为造 床流量，也有取多年平均洪峰流量即常年洪水作为 造床流量。根据沭河历年最大流量统计分析成果， 主要针对河道行洪５００ｍ。／ｓ和８００ｍ。／ｓ进行分析 计算。 根据沭河王庄闸以下河道地质勘探资料，河道 以砂性土为主，最大厚度达到２０ｍ以上，层底高 程达到一２．Ｏｍ以下，抗冲能力弱。按照《灌溉与 ・ ３８ ・ 下切趋势。 综合以上分析，因该段河道出口处与新沂河河 底高程和水面线均不衔接，河道纵向比降大，河床 土质基本上为砂性土，中小流量常处于急流状态， 大流量时流速大于允许不冲流速，加之河道弯道较 多，导致河床下切滩面冲刷趋势严重，造成河势不 稳，河坡不断坍塌，大量的险工不断出现，跨河及 穿堤建筑物出现不断冲毁，已严重威胁堤防、跨河 建筑物和河道的防洪安全，而且滩面上群众赖以生 存的良田、桑园、果园等不断塌入河中，水土流失 严重。为确保王庄闸下河道稳定，达到规划治理的 目标，保证行洪安全，避免土地资源流失等问题， 必须解决王庄闸下河道持续冲刷下切趋势。 ３王庄闸下河道治理方案 针对王庄闸下河道不断冲刷下切的趋势，为达 到防洪规划治理的目标，我院在《沂沭泗河洪水东 调南下续建工程实施规划》阶段，进行了建设壅水 坝与河道裁弯取直两个方案的比选，由于裁弯取直 方案占地较多，投资超过３亿元，效果也难以估 计，因此仍采用对原河道的治理方案。在可研和设 计阶段，我院又进一步对险工护砌与建设壅水坝两 个方案进行了技术经济比较。 ３．１险工护砌方案 沭河王庄闸下险工众多，河道现状边坡大多在 １；２以下，最陡处几乎为１：０，河道滩面至河底 深度一般都在ｌＯｍ以上，堤顶至河底深度一般在 １４ｍ左右，最大达到１７ｍ以上，河岸十分陡峻。 因河道不断冲刷下切，该段河道老险工坡面不断坍 塌，底脚墙冲毁，新险工逐年出现，王庄闸以下河 道护砌长度累计达７．３５ｋｍ，修筑丁坝１０余处， 治理效果依然很差，旧险工修复时间不久，新的险 工又不断出现。目前从王庄闸至口头１６．５ｋｍ范围 内，两岸险工段长度达２６．４ｋｉｎ，其中处于弯道、 科研与管理 水利规划与设计 ２０１１年第６期 没有滩面或滩面狭窄的险工段长度为１４．３ｋｍ。 采用传统的浆砌块石对险工进行护砌，该方案 施工工艺简单，工程投资约为８０００万元，可以暂 时解决防洪安全问题，但不能解决河床持续冲刷下 切问题，随着河床不断冲刷下切，新的险工会不断 出现，且护坡需不断向下接长，维修养护费用高， 管理难度大，不能从根本上解决该河段的防洪问 题。 ３．２壅水坝方案 根据总沭河王庄闸下河道比降陡，中小流量行 洪时，流速大，对河床冲刷严重，而且设计流量最 大值达到３０００ｍ。／ｓ的特点，建设壅水坝主要是中 小流量时分段抬高水位，减缓水面比降，降低河床 流速，大流量时不阻碍行洪，通过多年运行，可使 中小流量时河床淤积，抬高河床，最终减缓河床比 降，改变沭河河床冲刷下切，达到稳定河床的目 的。 壅水坝数量的比选：经过对Ｉ～４道坝的计算 分析，主要选取３道坝和４道坝两个方案进一步进 行技术经济比选。比较结果表明，３道坝方案水流 比较平缓，流速较小，可比项投资７５７０万元；４ 道坝方案水流较３道坝方案缓，流速较３道坝方案 小，但差别程度不大，可比项投资１１４２０万元。 经综合比较，３道坝方案建坝后水流较平缓，流速 较小，建坝效果也相当明显，而且投资较４道坝方 案省３８５０万元，因此选择３道坝作为实施方案。 壅水坝坝顶高程的比选：坝顶高程确定的过高 则投资较大，过低难以起到降低水面比降和流速的 作用。影响沭河河道稳定的主要是出现机率较高的 中小流量，通过拟定不同的坝顶高程，分别计算设 计流量下的水位情况和中小流量时降低水面比降及 流速的程度，计算拟定了３种坝顶高程，从比较结 果分析，坝顶高程越高，沿程水面比降缓，流速 小，但造价高；坝顶高程越低，沿程水面比降陡， 流速大，对河床稳定不利。因此坝顶高程是既考虑 了３座壅水坝相互配合协调，起到稳定各段河床的 作用，在河床稳定后各段河道水面比降与河底比降 基本一致，又考虑了投资省，经综合比选确定３座 壅水坝的坝顶高程分别为广玉１５．０ｍ、邵店 １２．０ｍ和口头１０ｍ。 壅水坝堰型比较：经实用堰和宽顶堰两种堰型 的技术经济比较，选用ＷＥＳ型实用堰作为壅水坝 的堰型。 根据理论计算，３座壅水坝兴建后，可改善水 流特性，从大中小不同流量，对比建坝前后水面线 的变化，建设壅水坝可以利用建筑物集中消能，既 可实现河道出口处与新沂河的水面线衔接，又大大 减缓分段河道的水面纵向比降，大大减小中小流量 时的河道流速，可使中等流量的流速由现状 １．１４ｍ／ｓ￣３．２０ｍ／ｓ下降至０．６２ｍ／ｓ￣０．８ｍ／ｓ，达 到不冲流速。经运行后河道会形成一定的淤积，长 期形成平衡比降。建设壅水坝治理的主要是中低水 河槽，经对设计流量水面线计算，兴建壅水坝对行 洪没有影响。 １９９２年沂沭泗河洪水东调南下一期工程治理 时，针对王庄闸下的沭河治理，就设置了简易壅水 试验坝，对比邵店试验坝建设前后坝上河道淤积情 况，一个汛期后坝上河道２００ｍ范围内河槽淤积了 ０．５～０．７ｍ，通过现场试验，直接验证了建设壅水 坝对改善河床特性，调整水面比降，稳定河床的显 著效果。另外，王庄闸以上段河道建有塔山闸和王 庄闸两个梯级控制工程，对调节中小流量，稳定河 床起到了显著效果，通过计算塔山闸以上及塔山闸 ～王庄闸现状河道纵向比降、河道流速状况，这两 段河道相对稳定，根据实测资料分析，近２Ｏ年来 河床变化不大，也类比说明建设壅水坝对稳定河床 的显著效果。 综合以上险工护砌和壅水坝两个方案比较结果 表明：险工护砌方案一次性投资稍小，但不能从根 本上解决王庄闸以下河道冲刷问题，河床将继续下 切，常年整修和维护费用高。壅水坝方案虽然一次 性投资较险工护砌方案大些，但可以从根本上解决 王庄闸下河道的冲刷下切问题，保护堤防及跨河和 沿线建筑物的安全，且维护管理费用低。故选择兴 建３座壅水坝的治理方案。 另外，通过壅水坝的建设，除对稳定河床，达 到防洪安全的目标外，对改善河道生态，也会起到 积极的作用。 ４ 结语 沭河王庄闸下河道的治理，是江苏段沭河治理 的重点内容。通过对王庄闸下河道特性及冲刷下切 趋势的原因分析，治理方案的比选，建设壅水坝方 案能较彻底解决该河段存在的突出问题，以达到防 洪规划的目标。沂沭泗河洪水东调南下续建工程沂 河、沭河、邳苍分洪道治理工程的设计，已于 ２００８年经水利部和国家审批，目前王庄闸 下３座壅水坝已建设完成。 ・ ３９ －
