消能防洪之冲积河流

消能防洪之冲积河流

河流是指泥沙沉积平原上的河流。在没有人类干扰的远古时代，河流从山区带来泥沙在下游沉积。河水在沉积平原上流淌，水流集中处冲刷变深，两边流速较慢、泥沙沉积使河岸变高，年复一年逐渐形成了深深的河槽和高高的河堤。随着人类社会的发展，所有的冲积河流大堤都被加强或改造了。冲积河流河床平顺坡降一致，获得势能与消能率相等，没有水头的积累和释放。一般说来，冲积河流能量小，自然边界的肤面摩擦和沙质推移质运动足以消减，所以不用人工结构消能。

冲积河流具有主槽和滩地的复式断面，自然条件下水流有一个极限流速。低流量时河水在主槽里流动，流速随着流量增加而增快。当流量达到平滩流量时，流速达到极限。超过平滩流量后流量进一步增加不能使流速再增快，河道通过增加河宽和过流断面面积来容纳增加的流量。从水流能量和消能率的角度看：超过平滩流量时水流的获得势能已经达到河槽的最大消能率，只能通过河滩边界的消能率来平衡增加的能量。图8显示东北辉发河五道沟站流速和流量的关系。流量小于500 立方米每秒时，流速随流量迅速提高，但是当流量大于1000 立方米每秒后，流速保持不变。实际上流量达到3000 立方米每秒的流速与流量1000 立方米每秒的流速都为1.7米每秒左右。不同的冲积河流极限流速不同，但是都在3米每秒以下。

积河流的边界是由泥沙组成的，当水流速度（或水流动能）很大时，河流边界会受到破坏。在洪水长期作用下自然形成复式河道断面，超过平滩流量河宽显著增大，使得水流速度维持在临界破坏值（极限流速）之下。近年来，人类开发河流占用滩地缩窄河道，使河流大洪水不能借助增加滩地边界消能来达到能量平衡，因而水流超过极限流速导致河床下切和河岸崩塌。

随着经济发展的需求，占用部分河滩地有时不可避免。在这种情况下必须考虑加以人工结构消能才能保证防洪安全。例如，建设碎石堰、丁坝群都可以提高消能率，更为简单的是在滩地上种植稀树林，增加单位面积滩地边界消能率。这样，就能使水流速度仍然保持在极限流速之下。由于河宽和流速都不能增加，因此洪峰流量的增加只能通过抬高水位来吸纳。所以，洪水水位会比较高，就必须抬高防洪大堤。决策者应该有清醒的认识，那就是洪水超过极限流速远比高水位更危险，那种让洪水低位高速通过的思想是错误的。因此，增加消能措施是开发利用河滩地的必备条件。