小水电开发与河道整治的研究与实践
2009/6/17 7:45:46 新闻来源：中国水力发电工程学会
1、绪言
河道整治是一项公益性的工程，目前基本以政府投入为主，对地方经济较差的地区，由于政府财力限制，使河道整治这项公益性的工程一直无法顺利实施，研究引入社会资金进行河道整治工程，可以加快河道整治工程的实施的进度，提高河道的防洪抗灾能力。
2、项目由来
安吉县位于浙江省的北部，是一个山区县，西苕溪是安吉县境内的主要河流。西苕溪东山段河道位于安吉县递铺镇东山村，本段河道以上集水面积1214Km2，多年平均径流量10.2亿m3，多年平均流量32.5m3。
本段河道为弯曲型河流，1978年，安吉县为增加耕地面积，对安吉县境内的西苕溪及其支流上的八处河段进行了裁弯取直，新开河是在当时的历史条件下在西苕溪干流上的新开河工程，停工时, 新开河全长1700m，河道进口底高程在8.0～9.5m，河道出口底高程6.7～7.2m, 两岸堤顶高程12.2～12.7m，河底宽约40m，堤距约60m，边坡1:2，为单式断面。河道开通后，新老河道同时过流，该段河道实际上成为分汊型河道，但由于新开河进口与老河交角较大，在弯道环流作用下，进口上唇不断淤积，下唇不断冲刷，危及下唇附近村庄的安全，同时，由于上唇淤积后，进流量减小，河道水位下降，机埠抽不上水，影响农业灌溉。1992年5月至1993年7月，原三官乡组织实施了新开河进口治理工程，疏通新河口320 m，河道护岸810m，建导流堤一条。新开河开通后，一方面减轻了原老河道的冲刷和防洪压力，提高了江渚溪自然村和双联、银湾、红星三个斗的防洪抗灾能力。但另一方面，由于新开河河道断面、坡降、进口水流方向、河床粒径等与河道流量、流速无法适应，使新开河不同程度的发生冲刷现象，使得桥梁基础外露，河岸塌坍，威胁两岸居民安全，造成了防洪被动局面。1998年、1999年和2000年安吉县水利局三次对新开河进行了整治，但由于新开河的严重冲刷是水流与河床的不协调引起的，工程“先天不足”，虽经整治却无法彻底解决新开河存在的问题。
多年来，由于西苕溪新开河出口下游河道的采砂，目前在西苕溪干流新开河出口附近造成了近5m的落差，使得上游河道溯源冲刷十分严重，在溯源冲刷过程中，上游河势发生了变化，其中西苕溪东山河段在洪水时的河势变化相当剧烈，主要表现为河床纵向拉深、横断面堤岸崩退加剧、平面进一步弯曲，河床质粗化。本段河道纵向拉深后，紧临其上游的河道水流速度加快，溯源冲刷强度增大，河床拉深和河岸崩塌现象随之发生，严重影响了河势的稳定，应采取措施对本段河道河势进行控制。
目前本段河道的上游、左右岸均为安吉县的城市规划区，若河势失稳，将影响安吉县城区的防洪安全，迫切需求对本段河道的河势进行控制，从水利上保障城区的发展。但由于安吉县政府财力的限制，本项工程一直无法实施。
3、水电开发与河道整治方案
河道整治要根据河流演变的自然规律进行，采取合理的措施进行控导，从新开河的演变情况来看，由于新开河道时没有遵循河流的客观规律，工程是基本不成功的。目前为了控制新开河的剧烈演变，在新开河进口设置了堰坝，控制新开河的过流量，70%左右的洪峰流量均从老河道走，新开河基本失去了原有的功能。
本方案布置时，在分析河流现状的基础上，注重遵循客观规律和因势利导的原则，采取适当的措施对本段河道进行控制。西苕溪东山段河道干流在水流与河床的相互作用下，经过多年的冲淤变化和控导，目前河流巳基本成形，自然河道反映了河流演变的客观规律，本方案治导线的布置基本维持现西苕溪河流主槽走向不变，仅按防洪要求对河槽宽度进行调整，堤线布置以现有堤防为基础，并根据平顺原则和堤距要求作必要的退堤和调整。由于本段河道下游无序挖砂等人类活动的干扰使本段河道的冲淤难于达到平衡，河道的溯源冲刷在很长时间内难于稳定，要稳定本段河道，必须采取适当的措施，遏制向上游河道的溯源冲刷。遏制溯源冲刷的有效方法是在河道主槽内设置护底坝，从河床演变的角度考虑，相当于重新设置了人工侵蚀基准面，上游河道以此为基准进行河势调整。
由于新开河进口水流流向与西苕溪主河道交角较大，洪水进入新开河后，在离心力的作用下，新开河进口上唇淤积，下唇冲刷，造成主流与河流轴线的偏角较大，洪水入河后引起右岸冲刷，使进口右岸形成凹岸，左岸成为凸岸，水流冲向凹岸受到阻力后，又被导向左岸，使左岸河道受冲，在左岸受阻后，又被导向右岸，按此规律，新开河东山桥上游段已逐渐由顺直的河段向弯曲型河段演变，而新开河出口河段由于下游水位下降，坡降较陡，纵向不断拉深，导致新开河河岸坍塌、堤防滑坡等。新开河的严重冲刷是水流与河床的不协调引起的，从河床演变的角度考虑，是由于新开河的河相关系与客观规律不尽相符引起的，但要改变新开河的河相关系比较困难，所以新开河的稳定也是一个漫长的过程。在现状，要维持新开河的河势稳定，最好的方法是采取措施，控制进入新开河的流量或对新开河彻底截流，恢复至1978年新开河开通前的状况。根据西苕溪干流东山段和新开河的现状及现状河势分析，在新开河进口下游西苕溪干流上布置护底坝，控制西苕溪干流的溯源冲刷；对新开河截流，不再分洪，所有流量均从自然形成的老河道走，以控制新开河的稳定；在遵循客观规律的基础上，对护底坝下游至新开河出口段西苕溪干流进行整治，使本段河道能够满足防洪的要求，不因新开河的截流而使本段河道的防洪压力增加。
由于新开河进出口现状已形成5m左右的高差，在考虑截流方案时，结合水资源综合利用，利用自然地形和拦蓄后形成的水头，在新开河出口附近新开河上布置河床式水电站一座，利用新开河作为电站的引水道。为增加电站的效益，在不影响防洪的前提下，在护底坝的基础上通过兴建水力自控翻板门拦蓄，适当抬高上游水位。
4、方案实施后效益分析
方案在不改变洪水流路的情况下布置治导线、堤防线，方案实施后，本段河道恢复至1978年新开河开通前的状况，符合河道自然变化规律。而且在新开河进口下游西苕溪干流上建设了护底坝，从河床演变的角度考虑，等于在此设置了人工侵蚀基准面，上游河道以此为基准进行河势调整，由于坝址处的水位得到控制，减轻了西苕溪的溯源冲刷强度，遏制了西苕溪向上游河道的溯源冲刷，有利于城区的河岸稳定和堤防安全，对控制河道剧烈演变和城市防洪是有利的。
方案实施后，新开河出口为一座河床式水电站，新开河不再分洪，而成为电站的引水渠，流量很小、流速较低，能较好解决了新开河先天不足的河势不稳的“老大难”问题，从根本上防止新开河的崩塌和冲刷。
河床式水电站装机5*630KW，设计水头7.1m，发电引水流量57.70m3/s，多年平均发电量1188万Kw，年利用小时3771h，发电多年平均年均效益554万元。
5、结语
方案实施后，从河道整治角度讲，堰坝的兴建遏制了西苕溪干流的溯源冲刷，可有效防止坝上游河道的崩塌和冲刷，同时新开河也不再具有分洪功能，从根本上解决了新开河先天不足的“老大难”问题。从水电开发的角度讲，新建了总装机容量3150Kw的电站一座，充分利用了水能，而且可以缓解目前用电紧张的形势。
本工程是一个河道整治与水电开发相结合的尝拭，利用水电开发投入的资金进行河道整治，解决了河道整治工程大部分资金，水电开发年均效益554万元，投资回收期约7年，也取得了较好的经济效益。
参考文献
1、郑肇经著《河工学》
2、简森著《河工原理》
作者：王勇 孙国良 沈旭升
河道整治是一项公益性的工程，目前基本以政府投入为主，对地方经济较差的地区，由于政府财力限制，使河道整治这项公益性的工程一直无法顺利实施，研究引入社会资金进行河道整治工程，可以加快河道整治工程的实施的进度，提高河道的防洪抗灾能力。
2、项目由来
安吉县位于浙江省的北部，是一个山区县，西苕溪是安吉县境内的主要河流。西苕溪东山段河道位于安吉县递铺镇东山村，本段河道以上集水面积1214Km2，多年平均径流量10.2亿m3，多年平均流量32.5m3。
本段河道为弯曲型河流，1978年，安吉县为增加耕地面积，对安吉县境内的西苕溪及其支流上的八处河段进行了裁弯取直，新开河是在当时的历史条件下在西苕溪干流上的新开河工程，停工时, 新开河全长1700m，河道进口底高程在8.0～9.5m，河道出口底高程6.7～7.2m, 两岸堤顶高程12.2～12.7m，河底宽约40m，堤距约60m，边坡1:2，为单式断面。河道开通后，新老河道同时过流，该段河道实际上成为分汊型河道，但由于新开河进口与老河交角较大，在弯道环流作用下，进口上唇不断淤积，下唇不断冲刷，危及下唇附近村庄的安全，同时，由于上唇淤积后，进流量减小，河道水位下降，机埠抽不上水，影响农业灌溉。1992年5月至1993年7月，原三官乡组织实施了新开河进口治理工程，疏通新河口320 m，河道护岸810m，建导流堤一条。新开河开通后，一方面减轻了原老河道的冲刷和防洪压力，提高了江渚溪自然村和双联、银湾、红星三个斗的防洪抗灾能力。但另一方面，由于新开河河道断面、坡降、进口水流方向、河床粒径等与河道流量、流速无法适应，使新开河不同程度的发生冲刷现象，使得桥梁基础外露，河岸塌坍，威胁两岸居民安全，造成了防洪被动局面。1998年、1999年和2000年安吉县水利局三次对新开河进行了整治，但由于新开河的严重冲刷是水流与河床的不协调引起的，工程“先天不足”，虽经整治却无法彻底解决新开河存在的问题。
多年来，由于西苕溪新开河出口下游河道的采砂，目前在西苕溪干流新开河出口附近造成了近5m的落差，使得上游河道溯源冲刷十分严重，在溯源冲刷过程中，上游河势发生了变化，其中西苕溪东山河段在洪水时的河势变化相当剧烈，主要表现为河床纵向拉深、横断面堤岸崩退加剧、平面进一步弯曲，河床质粗化。本段河道纵向拉深后，紧临其上游的河道水流速度加快，溯源冲刷强度增大，河床拉深和河岸崩塌现象随之发生，严重影响了河势的稳定，应采取措施对本段河道河势进行控制。
目前本段河道的上游、左右岸均为安吉县的城市规划区，若河势失稳，将影响安吉县城区的防洪安全，迫切需求对本段河道的河势进行控制，从水利上保障城区的发展。但由于安吉县政府财力的限制，本项工程一直无法实施。
3、水电开发与河道整治方案
河道整治要根据河流演变的自然规律进行，采取合理的措施进行控导，从新开河的演变情况来看，由于新开河道时没有遵循河流的客观规律，工程是基本不成功的。目前为了控制新开河的剧烈演变，在新开河进口设置了堰坝，控制新开河的过流量，70%左右的洪峰流量均从老河道走，新开河基本失去了原有的功能。
本方案布置时，在分析河流现状的基础上，注重遵循客观规律和因势利导的原则，采取适当的措施对本段河道进行控制。西苕溪东山段河道干流在水流与河床的相互作用下，经过多年的冲淤变化和控导，目前河流巳基本成形，自然河道反映了河流演变的客观规律，本方案治导线的布置基本维持现西苕溪河流主槽走向不变，仅按防洪要求对河槽宽度进行调整，堤线布置以现有堤防为基础，并根据平顺原则和堤距要求作必要的退堤和调整。由于本段河道下游无序挖砂等人类活动的干扰使本段河道的冲淤难于达到平衡，河道的溯源冲刷在很长时间内难于稳定，要稳定本段河道，必须采取适当的措施，遏制向上游河道的溯源冲刷。遏制溯源冲刷的有效方法是在河道主槽内设置护底坝，从河床演变的角度考虑，相当于重新设置了人工侵蚀基准面，上游河道以此为基准进行河势调整。
由于新开河进口水流流向与西苕溪主河道交角较大，洪水进入新开河后，在离心力的作用下，新开河进口上唇淤积，下唇冲刷，造成主流与河流轴线的偏角较大，洪水入河后引起右岸冲刷，使进口右岸形成凹岸，左岸成为凸岸，水流冲向凹岸受到阻力后，又被导向左岸，使左岸河道受冲，在左岸受阻后，又被导向右岸，按此规律，新开河东山桥上游段已逐渐由顺直的河段向弯曲型河段演变，而新开河出口河段由于下游水位下降，坡降较陡，纵向不断拉深，导致新开河河岸坍塌、堤防滑坡等。新开河的严重冲刷是水流与河床的不协调引起的，从河床演变的角度考虑，是由于新开河的河相关系与客观规律不尽相符引起的，但要改变新开河的河相关系比较困难，所以新开河的稳定也是一个漫长的过程。在现状，要维持新开河的河势稳定，最好的方法是采取措施，控制进入新开河的流量或对新开河彻底截流，恢复至1978年新开河开通前的状况。根据西苕溪干流东山段和新开河的现状及现状河势分析，在新开河进口下游西苕溪干流上布置护底坝，控制西苕溪干流的溯源冲刷；对新开河截流，不再分洪，所有流量均从自然形成的老河道走，以控制新开河的稳定；在遵循客观规律的基础上，对护底坝下游至新开河出口段西苕溪干流进行整治，使本段河道能够满足防洪的要求，不因新开河的截流而使本段河道的防洪压力增加。
由于新开河进出口现状已形成5m左右的高差，在考虑截流方案时，结合水资源综合利用，利用自然地形和拦蓄后形成的水头，在新开河出口附近新开河上布置河床式水电站一座，利用新开河作为电站的引水道。为增加电站的效益，在不影响防洪的前提下，在护底坝的基础上通过兴建水力自控翻板门拦蓄，适当抬高上游水位。
4、方案实施后效益分析
方案在不改变洪水流路的情况下布置治导线、堤防线，方案实施后，本段河道恢复至1978年新开河开通前的状况，符合河道自然变化规律。而且在新开河进口下游西苕溪干流上建设了护底坝，从河床演变的角度考虑，等于在此设置了人工侵蚀基准面，上游河道以此为基准进行河势调整，由于坝址处的水位得到控制，减轻了西苕溪的溯源冲刷强度，遏制了西苕溪向上游河道的溯源冲刷，有利于城区的河岸稳定和堤防安全，对控制河道剧烈演变和城市防洪是有利的。
方案实施后，新开河出口为一座河床式水电站，新开河不再分洪，而成为电站的引水渠，流量很小、流速较低，能较好解决了新开河先天不足的河势不稳的“老大难”问题，从根本上防止新开河的崩塌和冲刷。
河床式水电站装机5*630KW，设计水头7.1m，发电引水流量57.70m3/s，多年平均发电量1188万Kw，年利用小时3771h，发电多年平均年均效益554万元。
5、结语
方案实施后，从河道整治角度讲，堰坝的兴建遏制了西苕溪干流的溯源冲刷，可有效防止坝上游河道的崩塌和冲刷，同时新开河也不再具有分洪功能，从根本上解决了新开河先天不足的“老大难”问题。从水电开发的角度讲，新建了总装机容量3150Kw的电站一座，充分利用了水能，而且可以缓解目前用电紧张的形势。
本工程是一个河道整治与水电开发相结合的尝拭，利用水电开发投入的资金进行河道整治，解决了河道整治工程大部分资金，水电开发年均效益554万元，投资回收期约7年，也取得了较好的经济效益。
参考文献
1、郑肇经著《河工学》
2、简森著《河工原理》
作者：王勇 孙国良 沈旭升
