陜北地區(qū)屬暖溫帶半干旱地區(qū)，春暖多風(fēng)，夏熱多雨，秋涼濕潤，冬寒少雨。靖邊至西安天然氣長輸管道(簡稱為管道)在陜北地區(qū)由北向南途經(jīng)河流分別有蘆河、延河、洛河、嶗山川河等。均為多泥沙、游蕩性河流，汛期(7、8、9月份)一般為局地暴雨洪水，籠罩面積小、歷時短、降雨強度大，形成的洪水峰形尖瘦，洪水的含泥量常常大于300Kg/ m3，在穿越河流中，洪水所夾帶的泥沙數(shù)量往往占全年的很大一部分，對穿越河流的管道影響很大。為此，保證河流穿越段管道的安全運行尤為重要。
河岸崩塌的計算
管道在陜北地區(qū)穿越擺蕩性河流敷設(shè)后，由于受到水力沖刷作用，河岸后退，造成原河岸彎起部位管道的外露、漂浮;另外，由于河床內(nèi)基巖年久嚴(yán)重風(fēng)化、剝落，受到水力沖刷作用，造成河床下切，管道在河床內(nèi)埋深減小、外露甚至漂浮。
一般來講，河岸沖刷后退是河岸土體和近岸水流相互作用的結(jié)果。除了岸邊植被生長情況、河道內(nèi)水位升降、滲流、管涌等因素影響河岸后退外，但主要是以下兩種情況導(dǎo)致了河岸后退：(1)通過水流直接橫向沖刷河岸導(dǎo)致河岸后退;(2)通過河岸崩塌導(dǎo)致河岸后退。
根據(jù)Osman提出的河岸沖刷模型(圖1)可以計算出，在Δt(sec)時間內(nèi)，粘性河岸被水流橫向沖刷后退的距離：ΔB=Cl×Δt×(τ-τc)/γse-1.3τc。
式中：γs河岸土體的容重(kN/m3);ΔB為Δt時間內(nèi)河岸因水流橫向沖刷而后退的距離(m);τ為作用在河岸上的水流切應(yīng)力(N/m2);τc為河岸土體的起動切應(yīng)力(N/m2);Cl為橫向沖刷系數(shù)，取決于河岸土體的物理化學(xué)特性。
由式中得河槽沖寬ΔB，用平面二維水沙模型算出河床沖深ΔZ后，河岸高度增加，坡度變陡，穩(wěn)定性降低。根據(jù)土力學(xué)中的邊坡穩(wěn)定性關(guān)系，采用若干假定，可得到河岸發(fā)生初次崩塌時的臨界條件。若河岸已發(fā)生初次崩塌，則假定以后的河岸崩塌方式為平行后退，即崩塌后的邊坡角度恒為β，仍可用土力學(xué)的方法判斷是否會發(fā)生二次崩塌。
計算結(jié)果與分析
由于目前缺少由懸移質(zhì)泥沙不平衡輸移的實測資料，故本文采用一概化的90°彎道，研究其在持續(xù)清水沖刷、兩岸邊界可動的條件下，彎道內(nèi)流速、斷面形態(tài)，以及比降的變化過程。對模擬結(jié)果的分析表明：建立的平面二維水沙數(shù)學(xué)模型以及河岸沖刷模型，能較好的反映彎曲河道的演變過程。
河道概況 假定有一概化彎道，包括順直進(jìn)口段(1000m)、90°彎道段(2100m)以及順直出口段(2000m)。河床初始縱比降為0.0002，初始糙率為 0.02，床沙平均粒徑為0.087mm。河道主槽寬度約450m，兩岸灘地總寬約250m;初始河岸坡度和高度分別為60°、5.0m(見圖3)。河岸土體特性為：容重γs=18kN/m3、內(nèi)摩擦角φ=14°、凝聚力C=20kN/m2、τc=1.2N/m2。模擬河段共劃分網(wǎng)格為50×28，每個計算時段恒為2d。假設(shè)該彎道進(jìn)口處的懸移質(zhì)含沙量很小，計算中取0.10kg/m3，流量始終為3000.0m3/s;彎道出口斷面初始水位為 104.0m，在水流的持續(xù)沖刷下，水位不斷下降，在計算中假定水位下降幅度為河床沖刷厚度的0.2倍。
流速分布 圖2為初始時刻的流速分布圖。在初始時刻，主流線在進(jìn)口處靠近凹岸，當(dāng)水流進(jìn)入彎道后，由于離心力的作用，主流線逐漸貼近彎道凸岸，在彎道出口處，主流線又逐漸偏離凸岸，而向凹岸靠近。當(dāng)該彎道經(jīng)過30d的持續(xù)清水沖刷后，平均水深3.9m增大到4.7m，平均流速由1.6m/s減小到1.2m/s。不僅彎道內(nèi)的水流條件發(fā)生變化，而且斷面形態(tài)、平面形態(tài)也發(fā)生變化，從而使彎道內(nèi)的主流線位置也發(fā)生了變化。從圖3中可以看出，在彎道進(jìn)口段，主流線基本上貼近凹岸;在彎道段，主流線仍貼近凸岸;在彎道出口段，主流線逐漸向河道中心位置轉(zhuǎn)移。彎道內(nèi)水深增加，流速減小，從而導(dǎo)致主流頂沖凹岸的位置逐漸上移。主流線頂沖凹岸的部位，符合小水上提，大水下挫的彎道水流運動規(guī)律。此外，從圖3中還可看出，由于河岸沖刷、崩塌后退，原先的那些不過水的灘地位置，逐漸開始過水。由此可見，彎道內(nèi)垂線平均流速的分布，不僅與進(jìn)口處的流速分布、出口斷面的水位有關(guān)，而且還與彎道的斷面形態(tài)、平面形態(tài)等因素有關(guān)，見圖4、5。
維護(hù)治理措施及效益
對順直下切河段采用蓄淤固床坡，對彎道與湖灣用丁、潛壩優(yōu)化組合和復(fù)式護(hù)坡進(jìn)行整治。立足綜合施法，不但恢復(fù)鞏固床岸，而且充分提高河道功能，持續(xù)開創(chuàng)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境價值。
具體措施是：對跨度較大的河流基巖較淺時做砼溢流堰進(jìn)行穩(wěn)管或鉆孔砼灌注樁穩(wěn)管，基巖較深時做砼加重塊穩(wěn)管、石籠穩(wěn)管、鉆孔砼灌注樁穩(wěn)管或單管多跨連續(xù)梁式管橋跨越;跨度較小的河流，基巖較淺時做溢流砼堰穩(wěn)管或鋼筋砼淤積壩穩(wěn)管(治理方案如圖6、7)。
時間證明，通過上述措施，提高了河道的防洪、排澇能力，保障了經(jīng)濟(jì)建設(shè)資產(chǎn);改善了生態(tài)環(huán)境，開發(fā)了沿岸地區(qū)水土資源，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)繁榮;系統(tǒng)研究河床下切問題，對不同類型河道實踐成功，推動了河床演變學(xué)科理論發(fā)展。
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