灘岸崩塌治理法的製作方法

2023-05-30 11:32:46

專利名稱：灘岸崩塌治理法的製作方法
技術領域：
本發明為灘岸崩塌治理法。所屬技術領域為河道工程防護。目前常應用於河道工程防護技術有如下幾個方面(一)沉船、木框裝石，其方式是用船裝石和泥或木框裝石，沉入需要欄檔的深槽裡，以阻截水流的衝刷。(二)木排挑溜，丁壩挑流和軟體排，其主要方式是木排、塊石、混凝土預製塊，聚乙希編織布堆砌和編排成壩體，從側面攔擋水流，兼有導流作用，以保護所需保護岸邊。(三)平拋塊石，其方式是根據水下地形，採用不同的拋石厚度和防崩寬度和厚度進行拋石。
上述諸多工程防護技術，對於不同的防護項目發揮了不同的作用。例如對灘岸洗塌，河床轉角掃射型刷塌，其防護效果顯著，對崩塌有一定的抑制作用，但往往難以經受時間的考驗，如江都等縣的塊石丁壩群，建壩不幾年就坍塌，失去了擋挑水流的功能，另外，丁壩建成後，現實中還存在著技術上的後遺症，如側向渦流，在這幾種治理崩塌方法中，集中表現為「耗資巨大，收益短淺」。(具體情況揚州市水利局一份護岸材料)所以，灘岸崩塌在河道工程防護上漸有「天敵」之稱。本發明的「崩塌治理法」，一反上述防護技術上擋攔護截的被動方式，擺脫治表不治根的傾向，以較小的經濟投資。取得可靠而持久的工程防護效益，這次研究崩塌治理是從江岸崩塌開始的。江岸崩塌，俗稱「塌江」，從若干次的塌江事實中，我們直觀的看到塌江有這樣幾個特徵來的突然，來的猛烈，跳著塌，而且一次性很強，現在我們先從現象人手，探其內在規律，然後再尋找可靠準確的治理方案。
所謂「一次性」就是某日某時，「塌江」在某地某點發生，它不會隨著時間的連續而不斷的漫延擴展，時間的連續，應認為超過一個潮位周期，若在潮位周期內，這不作為其時間上的連續，具體的說「塌江」的「一次性」在時間上非連續的時限，規定在兩個高潮時刻之間，就是指每次「塌江」其塌江的時間一般不會超過一個潮位周期。即高潮過後，退潮時江潮水流流速加快，達到衝刷流速時，便對河床產生衝刷，衝刷到水壓力難於抵擋主動土壓力的水平位移，就發生「塌江」，下一個高潮來到時，流速漸慢，衝刷能力減弱，直至停止衝刷，停止坍塌。
對「塌江」「一次性」特徵的界定，是揭示塌江成因的序幕，為慎重起見，現從以下幾個方面進行分析。
「塌江」在我縣永安洲的鄉北沙村有著悠久的歷史。據該村的老支書陳加龍反映，北沙村的土地，從他懂事起塌去約有3000畝之多，塌江的次數較大規模的約有三十餘次，大多數的塌江是塌後發現的，一般的是發現某處塌江後，以後基本沒有擴展和連續塌，即最先看到塌坍的範圍和面積有多大，日後仍然是那個樣，永安洲鄉的老水利幹部王裕強和老水利工程員唐彭林，他們分析近期塌江的情況都有樣的看法。一般地，同一地點不會連續塌坍，即使象今年同興隊塌江的地方，也還是四年前在這個老地方塌過一次，所以，由歷史的直觀綜合告訴我們，「塌江」具有一次性特徵。
當然，直觀的綜合不能取代精確的測量和細緻的觀察，那麼，現在列舉塌江時有人親眼目睹的三次塌江。一是永安盤頭電鍍廠塌江。88年9月22日下午3時許，盤頭十二隊郭中友的愛人在勞動中到蘆灘裡解手時，聽到江灘裡有「拍拍」的響聲，這是蘆葦根斷裂的聲音，她不知何故就急忙跑上來喊人，當人們趕到堤上觀看時，崩塌已經開始了，半間屋一塊的土塊連續的垂直下沉，至七時全部停止，共塌了近四個小時。塌坍後，我們經過長期觀察，坍塌的形狀，大小几乎沒有什麼變化。二是口岸楊灣坍江。89年8月15日下午6時有弄網捕的人親眼看到塌江，他說「下午我來看網，看到魚網被一股從江上斜過來的水衝倒，我就想去拉，但水很快，接著聽到塌江土塊的落水的響聲。」當晚十時，我們趕到楊灣時，已停止塌江一個多小時，整個塌江時間只有兩個多小時，日後我們去楊灣看時，坍塌的情況基本沒有變化。三是今年的永安北沙六0八外圩塌江，也是搞漁網的發現的，漁民每天要到網上收魚補網，於7月5日白天去收魚補網時，魚網不見了，知道這裡發生了塌江，魚網已塌到江裡了，後來仍沒有看到在這個老地點繼續塌坍。這三次塌江實例中的三個人，是三個義務觀察員和證人。現實證明塌江具有「一次性」的特徵。
我在永安的掛職工作中，防汛也是我的工作之一。每天來潮，我都得上江堤參加防汛，每次到最高潮時，江水流速極慢，沒有流速儀，不知最慢的速度是多少。久而久知我想出一個土辦法，在江水表面的漂浮物中，選取一個一定長度的漂浮物為觀察標識，這天早上是東風，而且很小，加上堤上的樹和蘆葦的阻擋，風力基本上對漂浮物無影響，然後目估漂浮物的長度，取鋼筆的筆頭為瞄準器，觀察漂浮物通過筆頭的時間，取得一個最高潮時的最大概流速為0.015米/秒，當然，這是很不精確的，但它能反映出一個基本問題，最高潮時刻，是潮水過程中的最慢的一個時刻，這個最慢流速，似乎要讓奔流不息的長江休息一下，小憩的長江水可近似地認為象湖水一樣平靜，湖中從沒出現過塌坍事件，那麼休息了的長江水也會中止塌坍。為此我們就可以這樣認為，周期性流速，是至使「塌江」「一次性」特徵的一個本質因素。
我們知道水流要把一個地點上的江灘在短時間內衝掉幾十畝，可算是一件「偉大」工程，就拿這次7月5日北沙六0八外圩的「塌江」來說，一塌就是40000平方米，達六十畝，平均衝刷深度為10米，衝走的土方量達40萬方，這相當於7000人挑一個月或40臺泥漿泵工作一個月的中型土方工程。一潮周期整算12小時，減去一個高潮時間，作4小時，如果高潮一過，就開始崩塌，那麼8個小時便衝掉40萬方土，每小時衝5萬方土，這需要多麼巨大的水流能量啊！那麼，這麼巨大的水流能量是如何產生的呢？有一點可以憑常識斷定，這個巨大的能量的水流在8小時內是一直目標所塌的地點、定向的連續衝刷的，否時，即使高達100米水柱高的壓力水流，如一路從口岸鄉線狀掃描到蔣華鄉，它只能衝一條細細的帶，不可能衝掉六十畝的一大塊，這裡，我們發現一個苗頭，肯定有一個固定的邊界條件在穩定著衝刷水流的流向。這個固定的邊界條件是什麼呢？這使我們自然想到江底地貌，也就是說，必定具備一定的水下地形，才能產生這個大流量，高流速的定向水流。
那我們就來觀察水下形圖吧，翻開同興「塌江段」江測圖(見附圖
二)在雜亂無章的水下等深線間，我們將發現所塌地點的上遊300米處，有一個水槽，再看今春塌前所測的水下地形圖(見附圖一)，那個水槽很規則地呈現上遊。水槽頭部，底部真高-19.6米，頂面真高-17.8米，測槽深為1.8米，水槽呈喇叭狀，上遊大(尾部大)下遊小(頭部小)頭部較為尖撥，尖頭直指這次所在塌的地點。這個水槽是不是產生大流量高流速定向水流的邊界條件呢？現在，我們不能單單懷疑水槽是「塌江」的唯一因素，如若水槽是唯一因素，就得天天塌江，因為水槽一形成後便天天存在。一定還有致使塌江的其它因素存在，而且與水槽聯合作用和發生聯繫。與水槽發生關係的，只有水流，那麼我們就轉向江裡的流水吧。
經過調查漁民以及在船上的現場觀測，它們給我的印象上一致的在長江裡，同一斷面，同一高度的同一時刻上的不同位置的流速、流向均不相同，這就告訴我們，整個長江水是由不同流態、不同流速，不同流向的多支水流組成的水域，水槽現實地與這些水流接觸和作用，因為總會有水流在水槽裡面或旁邊流動著。
長江裡水流很多，我們先假設有兩支水流與水槽接觸。現在，我們將兩支水流放進水槽裡流動，看它們怎樣變化，因為一支水流只有一個主流和一個流向，兩支水流就有兩個流向即兩支水流流向不一致，這異向水流流動時必然會交合，兩支水流交合後的流態，根據它們各自三要素的組合關係。有九個組合，而每個組合的兩項都是變數(流向、流速、流量都是不可確定的)。可以說有任意種可能組合，如果再加上水槽兩邊邊緣的角度大小，深度等各個參數參加組合。就有無窮種可能流態，由此可見，多支水流在水槽裡流動，無規律可尋。
看來，我們只有將長江裡諸多水流中的某一支水流放到水槽裡流動，再看它如何變化，為了認真起見，我們將某一支水流的三要素(流向、流速、流量)分別與水槽考察。
先將水槽與流向考察。水流的流向即為主流的指向，而水槽也有其特定的方位，水槽的中心軸的方位就是它的指向，兩個指向的結合會形成兩種組合，異向和同向。我們先談異向，所謂異向就是水流方向交叉的流過水槽的中心軸，與其夾成一夾角，現在讓一支異向水流從水槽尾部進入槽身。由於呈一夾角，水流將流及水槽的下邊緣，此時，水流務必分成兩股小分流一分流沿著水槽下邊緣的裡壁順流而下，一分流滑過水槽下邊緣的頂面，按原流向運動，流出槽外的分流與我們討論無關，槽裡的分流在順流而下時，因為不能獨佔整個水槽，即水槽裡定有其它流向的水流並存，這樣，水槽裡就有了兩個異向的水流，兩個異向水流在水槽裡無規律可尋，上面已經過討論，故水槽與一支異向水流就可排除它們聯合作用的可能。
再談同向水流，即某支水流的主流流向與水槽中心軸線重疊或吻合。現在有一支水流的主流沿中心軸流動。由水槽尾部流進，這時我們要清楚地看到這支水流的主流都置身在水槽裡，該水流的深度一定大於水槽的深度，則水槽頂面層以上的水，因不受任何壓縮仍然按原方向流動。而水槽裡的水卻受到水槽兩側土壁的壓縮，同一水流由於受到壓縮與不壓縮的不同作用，必然使原流沿著水槽的頂層而分離，分離的形式表現在速度上，流向仍然一致，只是水槽裡的分流流速加快了。為什麼？現在我們單拿水槽時的水來考察吧。我們完全可以將水槽作為一個封閉的管道來分析，其理由水槽的兩側加底部，都是土壁，這是當然的封閉面。但頂面層是水，形似開口，實為封閉，因為水槽的頂面層有較大的水壓力覆蓋在上面，我們再翻開同興水下地形圖，水槽兩側的頂面真高-17.8米，衝刷塌江時，潮位水面我們取高、低潮的平均水位約真高3.5米，也就是說，平均壓力為21.3噸/米，這麼大的水壓力覆蓋在水槽上，足以形成一個難以穿越的壁壘，整個水道便是一個理想的封閉水道，則便將水槽作為封閉管道來分析。當水流在封閉管道裡流動時由於水流的運動是連續的，又是不可壓縮的，則水流的連續性原理告訴我們在同一段時間內，流經任意一斷面的水體體積與流經另一段面的水體體積相等。又由於水槽成喇叭狀，上遊大(尾部大)下遊小(頭部小)水量不變，而斷面隨著水流向下遊的流動越流越小，此時水流必須服從水量的平衡，只有在水流斷面越流越小時，其流速越流越快，才能達到水量平衡，其水流加速多少倍數，則是水槽尾部斷面面積與頭部斷面面積之比值。如果尾部斷面面積是頭部斷面面積的十倍，則流速便加快十倍。當然，水流與土壁還存在著磨察，水的粘滯性也在水槽面層上，由於流速不一致有阻滯作用，存在一定的能量損失，但不會損失很多，這要具體計算。總而言之同向水流流經水槽後，流速加快了，其實質是一個「加速度」過程，加快了水流便獲得了衝刷的能量，為了區別其它一般水槽，我們將這個上遊大，下遊小能使水流產生加速而能夠射出高強水流的水槽叫做「射水槽」。
再將「射水槽」與流速考察。通過上面同向水流的考察，使我們從另一個側面知道這樣一個道理即使有同向水流經加速倍數較大的「射水槽」如果水流不具備一定的初速度，仍然難以加速成為衝刷水流的。設現在一個水流在進入射水槽尾部時，初速度為0.001米/秒。即使加速倍數為200，射出的流速也只有0.2米/秒，這樣的流速是沒有衝刷能力的。所以，同向水流還必須具備一定的初速度。
還要將「射水槽」與流量考察。當水流的流速確定後，流量的變化就是水流斷面的變化。為了能將流量與水槽討論。我們捨去水流斷面中的深度，單將水流寬度與其考察，那麼，水流寬度與「射水槽」寬度相結合，無非出現三種情況，即水流寬度大於、等於、小於「射水槽」的尾部寬度。先談水流的寬度大於「射水槽」尾部的寬度。由於是同向水流，則水流的主流中心與「射水槽」中軸重疊。其主流在水槽裡裡流動，水流兩旁的邊際水流被「射水槽」的兩壁對稱的切去，所以，切後不會影響主流在水槽裡的流向，仍然保持與水槽中心軸吻合，這時，我們就可以視著水槽裡面只有一個同向水流，由上面的同向水流分析可知，同向水流在「射水槽」裡獲得了加速過程，衝刷產生了。對於水流寬度等於射水槽尾部寬部的同樣由上面的同向水流分析，可以成為衝刷水流。至於水流寬度小於「射水槽」尾部寬度的，也可由前面的兩支異向水流分析得知，由於它不能獨佔水槽，因此不能產生衝刷水流。
由上面初步分析可知，致使塌江的是水槽及與其」同向，等寬和一定初流速的水流，為了證明上述致使「塌江」四因素的正確性，我們必須再回到實際中去檢驗。
首先，我們可以從「塌江」的塌坍形狀來證明「射水槽」射水功能的存在，我們仍然以同興為例，這裡可以找到二個證據一是射流軌跡的殘痕存在，同興塌區的上遊，有一個射入口，留下一條深深的溝槽，伸向塌區中心，這射入口就是「射水槽」射水時留下的軌跡。二是射流擴散的大小與射距長度成正比，同興塌區距「射水槽」前沿只有300米左右，射距短，射流擴散小，故衝刷成一條5米寬40米長的長溝槽，又由於射距短，臨近兩旁的水流對射流幹擾小，故衝刷成長溝槽的中心線與「射水槽」的中軸線基本在一條直線上。
「射水槽」射水功能旁證以後，其它的三個因素是屬於水流的，又由於長江裡的水流的三因素是不斷變化的，不但它的流向流速不斷變化，而且由於長江裡的水流始終在不斷分化和集合本質上是一種複雜的混合流。因此，水槽要得到水流在流向、流速、水流寬度上的合作是很難得的。事實上，正是由於水流與「射水槽在」同上、等寬、初速度」上的非一致性，才形成了「塌江」的「一次性」特徵，所謂「塌江」就是由於在「射水槽」這個先決條件下，與水流的三因素的偶然統一的突發事件。「塌江」的四因素都是四個不斷運動著的變素，這四個動態因素的難以統一，便使「塌江」強烈地表現著它的「一次性」特徵。
「塌江」的另一個次象特徵是「跳」著塌，解釋「跳」著塌的原由，也是對「塌江」四因素正確性的一個證明，關於「跳」著，也可找到兩個原因一是「射水槽」本身日日夜夜在水底經受水流的任意衝刷，這必然對「射水槽」的兩邊和射嘴均有影響，同時影響著由「射水槽」的兩邊對稱度而確定的中心軸。中心軸一位移，則射出的水流與前次射出的水流就出現一個轉角，這個轉角的大小，就決定著跳塌距離的大小。二是射水槽射出的強水流在高速流動的過程中，由於其左右兩側存在其它水流，這些水流的流速影響著射流的流動軌跡如若左右兩側的流速快，則對射流作用就大，就有將射流向下遊推移的趨勢。反之則向上遊，又由於這次兩射流兩側的流速不會相同，故兩次對射流的作用力也不相同，射流也相應的產生位移，射流的一位移就表現著「跳著塌」，兩側水流作用力小就跳向上遊。作用力大就跳向下遊。
以上分析，大都屬於邏輯推理，所以必須對水槽進分水力分析。由於水槽的主體特徵是上遊斷面大，下遊斷面小，又由於它是躺在具有自然流動著的水域的河底水下。現設沒有一支同向水流從水槽上遊的大斷面流進一定的流量，其未進水槽前，水流在自然狀態下的單位功能較小，而一旦流進變截面的水槽後，由於斷面逐漸收縮而逐漸加快速度。加大水流的單位功能，獲得衝刷能力。現在，我們就採用能量方程(即伯努利方程)來進行水力分析。
為了使水槽能運用伯努利方程，就得使水槽裡的水流是恆定流，並通過水槽任一斷面的流量不變，為了滿足條件，我們從兩個方面進行規定首先是使水流流向與水槽軸向一致，且水流的主流中心與水槽的中心軸吻合，這使水流內部沒有指向水槽外面的作用力。至次是水槽的結構造型方面的邊界條件，不得對流動著的水流產生被動作用力，這就對水槽的結構造型有如下要求水槽諸面平整，槽底縱向坡比為零，槽兩側豎壁等高且垂直於底面，這主要避免水的挑流和上拋。現在我們將一支同向水流放在水槽裡流動，水槽有等值的壓強覆蓋，其它三壁是平整的平面，沒有任何可使水流流出的被動作用的外力和內力作用。由此便可認為在這樣的水槽裡流動的水流是恆定流。因為在短時間內，壓強與流速沒有變化，兩斷面間沒有能量輸入和輸出，並且流量沿程不變，條件符合，接著便著手分析基準面迭在水槽底面上。斷面1迭取在水槽上遊末端的進口邊界處，斷面2迭取在離斷面1為L的距離槽身裡，則可列出典型的伯努利方程式Z1+ (P1)/(r) + (a1V2)/(2g) =Z2+ (P2)/(r) + (a2V22)/(2g)由於基準面位於水槽底面且水平，水槽兩壁相高，故該水槽裡兩斷面上各點的位置水頭相等，即Z＝Z;又由於這兩個斷面是同一個自由水面下的相鄰兩個點，水流的內部粘滯力甚微，可忽略不計，故 (P1)/(r) = (P2)/(r) ;則原方程簡化為(a1V2)/(2g) = (a2V22)/(2g)再列出水流的連續性方程Q＝W1U1＝W2U2因為水槽的總體特徵是上遊大下遊小，斷面1大於斷面2，因此不需代人具體數字於上述方程聯列求解，即可直觀的判定，斷面2的單位動能，大於斷面1的單位動能，具體地說，水流加快了流速，這證明了水槽具有聚集動能的功能。
為了全面闡明水槽如何穩定有效地聚集水體能量，務必進一步介紹下去。由於水槽是開敞式，雖然有一定的壓強履蓋在水槽頂面層上，但水槽裡的水流還是與水槽外面的水流有聯繫的。水槽裡的水流由於受水槽變截的逐漸收縮而加快流速;而水槽上面的水因沒有類似的收縮，故其流速照舊。這樣水槽裡的水流流速與水槽上面的水流流速因不相同而形成一個流速差，這裡務必存在一個交界層，為了形象地說明情況，我們來做這樣一個實驗現將一塊柔軟的薄膜水平的履蓋在水槽的頂面層上，以這張薄膜代替這個交界層;再將兩支測壓管分別緊放在這張薄膜的上面和下面。我們會看到兩支測壓管的水柱高度不同，由於薄膜下的水槽裡水流速度快，其測壓管水頭必定低於薄膜上面的低流速的測壓管水頭，這兩支測壓管水頭的高差的作用力，將垂直的作用在這張薄膜上，薄膜便有向水槽裡面位移的趨勢，現在掀掉這塊薄膜，讓水槽上面的水流層向水槽頂面以下位移，這個位移的高度就是交界層的厚度，無疑這個交界層的流速梯度較大，在這個交界層裡，一方面是高流速流場的質點以脈衝的方式，在垂直方向上向低流速的水流釋放能量，阻止低流速水層進一步向下位移;一方面低流速水層受高流速水流的拖動提高了原流速度，此時，我們可以看到這個交界層的特殊意義在於「封閉」。具體地說，交界層位於水槽頂面層以下，與其三壁圍成一個封閉圈，整個龐大的水槽就構成了一個錐形的封閉管道，這就完成了結構上的封閉;水流由水槽進口流入的能量，除去沿程摩阻損失和交界層的脈動損失外，絕大部分能量仍然封存在水槽裡，不與外界交換，這個封閉層的強度，就是水槽上面的壓強水頭，我們知道，大江大海的水層較深。具有相當大的壓強水頭壓在水槽上面，而水槽裡的高速水流在垂直方向的脈動能量是很有限的，根據水力學中介紹，其最大脈動振幅只有流速水頭的3.5%，而且一次脈動時間不到0.014秒，所以，這個瞬時的而有限的脈動能量很難完成穿越交界層的運動過程，故此，壓強水頭對脈動能量具有足夠的封閉能力，封閉層的厚度取決於交界層的流速差，流速差取決於原始流速原始流速慢時，封閉層則薄。所以潮水平潮時，其流速較慢，封閉層容易突破，一突破就會產生水能的裡外交換，也就停止射流。這是塌江一次性特徵的主因。
上面是將一支運動著的同向水流與水槽的水力分析。分析的前提水流與槽都沒有異向作用力的存在。另外還有一種相反的情況，也能滿足這個前提，當水槽裡的水停止運動時，也沒有異向作用力存在。現在將這個停止流動的流速為零的水漸漸開始運動。這時水的流動應該認為是同向水流。理由是從停止到運動的過程中，沒有異向作用力的介入。從這一點即能說明在江潮高潮時刻的流速越接近為零時，退潮時水槽越有可能射水。這裡可使我們回想起，89年9月22日全省多處地區並發塌江，道理這在這裡這是由於月球引力的特殊因素使這一天的高潮時刻的流速接近於零。
上面在對水槽的水力分析前，對水槽作了規範化的處理，而現實中的水槽是一個自然狀態下的水槽，必然考慮它的複雜性根據我縣崩塌記載。每逢發生塌江，過船水位都在真高4.5米以上。這就告訴我們，自然水槽的射水必需具有一定的壓強水頭，這與我們上面對規格化水槽的水力分析有著本質的區別，因為自然水槽的邊界形狀，隨機性較大，但也有著基本的特點首先是水槽的兩側豎闢不會垂直槽底面，則就會在壓強水頭不大時，水流因單向收縮而上拋;至次是槽底縱坡並非平坦，特別是拱波的槽底，能使水流產生挑流;再次是水槽頭部形狀，大都呈現為三角凹錐體，這是一個很好的挑流體，當水流流到這個部位時，如果上面沒有足夠的壓強水頭作用其上，則水流就從這裡挑流冒湧而上。只有當壓強水頭大於挑流水頭時，水槽才能成為有效的封閉管道。
綜合上述分析，射水槽是致使江岸崩塌的決定性因素。然而，射水槽在我縣水下地形圖上出現的只有永安同興一次。那麼是不是其他崩塌地段的上遊就沒有射水槽存在呢？回答當然是否定的。因為形成崩塌的定向高速水流的能量，只能來自自然水流中所蘊藏的能量，又因為定向的射流只能產生於固定的邊界條件，水域下的固定邊界條件只有河床，河床中的水槽是這樣一個上遊大下遊小的比較規則的特殊造形，就當然成為形成定向射流的固定邊界條件。就崩塌之事而言，它只能與此事有關聯的事物發生作用，這相關聯的事物只有水流和河床，別無他物。我們總不能把產生崩塌的高速水流的能量想像為來自天上的烏雲或地下的巖漿，再把定向射流的邊界條件理解為「扒沙鬼」的魔掌。因此，凡是江岸崩塌地段的上遊，必有射水槽，這是事物的客觀性所決定的。至於說其他崩塌地段的上遊水下地形圖上沒有發現射水槽，那只能是圖紙圍幅的限制和測量面積的有限所致。我們目前水下地形測量寬度一般為400米左右。那麼，其他未出現的水槽就在這400米之外。我們知道，深泓區一般位於水域的中部，而藏於深泓區的射水槽，因為上面有足夠大的水深，因而有足夠大的壓強水頭為封閉力;一般的水槽頭部的凹曲上的挑流水頭不能突破這個封閉層。所以，深泓區上的射水槽射流機遇較淺水區要多。從另一個方面來說，由於其封閉強度大，能夠對大流速大能量的水流勝任封閉。故此，深泓區上的射水槽射出的射流強度與能量也是大的。那麼，它的有效射程就遠，高強度的射流穿越數百米的水層，仍然具有衝刷能力而致使崩塌。
辯證唯物主義告訴我們，每事物都有它的普遍性和特殊性。江岸崩塌的「一次性」特徵是它的普遍性。然而也有「非一次性」的特殊性。如江都嘶馬於85年7月連續崩塌了三天三夜(72小時)，崩塌面積達300畝之多。象這樣連續崩塌的情況，是由以下三個特殊因素形成的一是射水槽的結構很大，不但斷面大，而且其斷面的收縮率亦較大，具備較強的聚集水流的功能。二是江潮在高潮時刻仍具有一定的流速，沒有出現憩流，從而連射數個潮位周期。三是射水槽位於深泓區上。
確定了射水槽是致使江岸崩塌的決定性因素後，我們便能結合水力分析，有的放矢地對射水槽進行治理。
要治理射水槽，就得先要尋找它，發現它。這就要求我們對江底進行測量，特別是經常發生江岸崩塌的地段，每年至少要測量二、三次，分別在汛前、汛中、汛後各測一次。根據上遊大，下遊小的結構特徵，尋找即將形成和已經形成的射水槽。發現了射水槽，便可著手治理。現提出三個治理方案(一)是用高壓水泵，通過水槍的高強水流，在射水槽的江外側的邊緣上，由槽裡向外進行水力衝挖的開槽或破槽。開槽的意義是破壞水槽的封閉性，分割水流，從而降低流速。
具體做法如下現行泥漿泵配套高壓泵的水槍壓力為4.3個大氣壓，為使水槍伸向足夠深的江裡仍然具有一定的衝挖能力，我們用兩臺高壓泵通過一個「T」形三通鋼管，並聯到一個水槍上。這樣，水槍的槍頭壓力可達8個大氣壓，即使伸向30米深的江底，槍頭壓力仍有5個工程大氣壓，足以能衝挖江底的土層。將這個水槍安置到一定長度的升降杆上，根據一次衝挖深度的需要，安裝一定的角度。操作時，只要直接將升降杆放到江底的水槽裡的邊緣內，然後啟動高壓泵，小幅度的慢慢的擺動升降杆，水力破槽工作就開始，然後慢向下遊江中方向移動船位，對於水力破槽的條數、寬度、長度等，要看射水槽結構的大小，但有一個要掌握，開槽的分流量最好要與原水槽流量的一半以上，即所衝挖開槽的斷面是該開槽處的水槽斷面的一半以上，方為安全，破槽的部位最好在水槽下遊1/3處。為保險起見，應多切幾個開口。如有其他水下挖土機械，如抓斗式，或鉸吸式挖泥機船，也能進行開槽。(二)是在射水槽裡用塊石、混凝土預製塊、卵石和其他骨質材料堵塞，具體做法有三個首先用塊石堆築挑流壩，此方案簡單、經濟、方便、可靠，堆築挑流壩的位置最佳在水槽下遊部分1/3分之一處，因此處水槽斷面不大，耗石量也不大，又可避免水槽尾部的側向受集水流而射流。如果將挑流壩堆築在水槽上遊進口處，不但耗石量大，而且當江潮水流由憩流而增加流速時，水流會因水槽的不規則形狀的空間進入或從側向進入，射水槽亦可能恢復射流功能，一旦射流，就是射流一個潮位周期。至於挑流壩的具體結構造形，應根據射水槽的大小、流量、流速和水槽上面的壓強水頭進行具體計算。另外，根據具體情況和條件分別採用塊石橫壩封槽和阻水墩。塊石橫壩封槽就是用塊石在水槽中下部堆築石壩，將水槽攔腰截斷封死，這是保險度較大的方案。阻水墩也是用塊石在水槽中下部堆築一個塊石墩，用石量雖少，但沒有充分的保證率，此治理方案的宗旨是破壞射水槽的封閉層，讓水槽裡的水流能量與外界水流的能量進行交換，使槽中水流的單位動能難以提高。(三)是改造同向水流，採用蚌式導流墩和其他導流板設置在水槽上遊進行導流。一般導流設備與原正常水流流向夾角為15-18度，避免角度太大而產生較大的水平推力。而且導流設備設置的關鍵是不能與水槽軸向一致，所成的夾角越大越好。蚌式導流墩是用混凝築成的象河蚌一樣形狀，因為它有兩個曲面，是一個很好的流線體，導流效果較好，只要在蚌式的底部預製一個適宜的平面坐墩，利用自重，就能取得一定的穩定。上述導流是對水槽左右方向的水流流向的改造，也要從水槽上下方向上的流向改造。改造上下方向的水流採用挑流墩，即在水槽上遊設置挑流墩，將水流上挑。水流上挑，使進入水槽的水流不與槽軸向一致，水流內有與水槽軸向的異向力存在，水槽內外的水能就交換，便能避免第一股射流的出現，至於導流設備的具體結構大小，要根據資料進行水力設計。
本發明創建於江岸崩塌治理，亦能適用於其他動水水域上的突發性崩塌。本治理方法的主要對象是射水槽，至次是同向水流。要對某地段施於治理，首先要進行水下地形測量，根據崩塌的強度不同，分別進行不同範圍的測量，但一定要留有餘地，擴大測量範圍，不能讓水槽逃出測圖之外。測圖搞好後，根據射水槽上遊大、下遊小的形狀特徵，查找射水槽。查出後，最佳方案是封槽，至次是開槽，然後是改造同向水流。根據現實情況，進行治理方案選擇。在水槽裡進行封槽的各種方式的拋石時，其關鍵是定位、定點、定量，方能保證治理質量。本辦法廣泛適用於一切動水水域上灘岸崩塌的治理和防護。
權利要求
1.本發明名稱為「灘岸崩塌治理法」，所屬技術領域為河道工程防護，與現有技術有關的是水下地形測量、水下機械挖土、水力學和拋築壩體技術等。
2.本治理法的治理對象首先是射水槽，其主體特徵是上遊斷面大，下遊斷面小。至次是同向水流。其方法有如下三種A、治理方法之一是開槽(破槽)，開槽工具為水力衝挖和其他水下挖土機械。B、治理方法之二是堵槽(封槽)，堵槽有三種方式，挑流壩、橫壩、阻水墩。材料為塊石、卵石、混凝預製塊和其他骨質材料。C、治理方法之三是在射水槽上遊，改造同向水流，其方式有蚌式導流墩、挑流墩、導流板。
3.本辦法適用於所有動水水域上的灘岸崩塌治理和防護。
全文摘要
灘岸崩塌對於河道工程防護漸有「天敵」之稱，以往諸多治理方法限於治表未治根，而耗資巨大，收益短淺。本發明在證明水槽是致使崩塌的決定性因素後，便有的放矢地針對水槽以開槽法、堵槽法和同向水流的治理。採用下水挖土機械進行開槽；採用塊石、卵石、混凝預製塊等堆築挑流壩、橫壩、阻止水墩進行堵槽；採用導流板、挑流墩和蚌式導流墩改造與水槽一致的同向水流。此方法廣泛適用於動水域上的灘岸崩塌的治理和防護。
文檔編號E02B3/02GK1046953SQ9010563
公開日1990年11月14日 申請日期1990年4月3日 優先權日1990年4月3日
發明者朱曉華 申請人:朱曉華