趙含雨，蘆 超，鄭燦堂

（1.山東黃河河務(wù)局東平湖管理局，山東 泰安 271000；2.泰安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東 泰安 271000）

丁壩是常用的河工建筑物，既是整治性建筑物，也是維護(hù)性建筑物。作為整治性建筑物，丁壩主要起束窄調(diào)整水流、沖刷河槽、穩(wěn)定或改善河勢(shì)的作用；作為維護(hù)性建筑物，丁壩可使其附近河岸堤防免受水流沖蝕淘刷、維護(hù)河相、保證防洪安全的作用。

1 丁壩類型及各類丁壩的作用

1.1 根據(jù)丁壩束窄正常河床的相對(duì)寬度分類

根據(jù)丁壩束窄正常河床的相對(duì)寬度，可以分為長(zhǎng)丁壩與短丁壩兩種。當(dāng)丁壩在垂直于水流方向的投影長(zhǎng)度與正常河寬之比大于1/3 時(shí)，為長(zhǎng)丁壩，否則為短丁壩，特別短的丁壩稱為磯頭、垛等。丁壩越長(zhǎng)，挑流作用越強(qiáng)，對(duì)水流的影響越大，壩前沖刷越劇烈，主要起束窄河槽，改變主流位置的作用，通常多用于航道整治；短丁壩的特點(diǎn)則與長(zhǎng)丁壩相反，一般用于河道迎流頂沖處，主要起導(dǎo)順主流，保堤護(hù)岸和外移岸線的作用。

1.2 根據(jù)丁壩壩頂高程與水位的關(guān)系分類

根據(jù)丁壩壩頂高程與水位的關(guān)系，可以分為淹沒式丁壩與非淹沒式丁壩兩種。淹沒式丁壩通常用于航道整治，壩高根據(jù)枯水位設(shè)計(jì)。非淹沒式丁壩通常用于防洪工程，其壩頂高程低于堤頂，但高出設(shè)計(jì)洪水位，或略低于洪水位，一般不被淹沒，或短時(shí)間淹沒。

1.3 根據(jù)丁壩壩軸線與水流方向的交角α 分類

根據(jù)丁壩壩軸線與水流方向的交角α（或丁壩壩軸線與河岸的夾角α）可分為上挑丁壩（α＞90°）、下挑丁壩（α＜90°）和正挑丁壩（α=90°）三種。丁壩上挑時(shí)，壩頭水流紊亂，局部沖刷嚴(yán)重，適合設(shè)置為淹沒式丁壩；丁壩下挑時(shí)，水流比較平順，既使水流遠(yuǎn)離堤岸，改變河勢(shì)，防止堤岸沖刷，又使繞壩水流引起的沖刷較弱，壩前沖刷坑較淺，非淹沒式丁壩以下挑為宜；正挑丁壩的水流特性介于上挑丁壩與下挑丁壩之間，通常設(shè)置在河口感潮河段，或者有頂托倒灌的支流河口段，以適應(yīng)水流正逆方向的交替特性。

1.4 根據(jù)丁壩的外形分類

根據(jù)丁壩的外形可分為直線形丁壩（普通丁壩）、勾頭形丁壩和丁字形丁壩（丁順壩）三種類型。一般情況下丁壩為直線形，其壩頭在平面上呈現(xiàn)為勾形時(shí)則稱為勾頭丁壩，勾頭丁壩又分為上伸勾頭壩和下伸勾頭壩兩種，如果上伸勾頭和下伸勾頭同時(shí)出現(xiàn)，則稱為丁字形丁壩。

2 單丁壩的水流特性

2.1 非淹沒式丁壩的水流特性

1）平面流速分布。由于丁壩阻擋水流的原因，河流丁壩一側(cè)上游流速減小，并將水流挑向另一側(cè)。丁壩下游主流區(qū)流速增大，愈向下游，主流位置變化愈小，丁壩一側(cè)下游則流速減小很多，并出現(xiàn)回流。

2）縱斷面流速分布。由于丁壩的阻擋作用，丁壩上游表層水流往下流動(dòng)，丁壩下游流速較小，大致存在表層水流向上游流動(dòng)，底層水流向下游流動(dòng)，且向下游流動(dòng)的底層水流厚度不斷增大，正挑丁壩下游與其它兩種丁壩下游流速分布相比，比較混亂。

3）橫斷面流速分布。在三種丁壩下游橫斷面內(nèi)流速均出現(xiàn)強(qiáng)制渦，在橫斷面內(nèi)前段，正挑丁壩下游強(qiáng)制渦較明顯，上挑和下挑丁壩下游強(qiáng)制渦較弱。在橫斷面內(nèi)后段，正挑丁壩下游強(qiáng)制渦較弱，上挑和下挑丁壩下游強(qiáng)制渦較強(qiáng)，這說明丁壩設(shè)置角度對(duì)橫斷面強(qiáng)制渦有明顯的影響。

2.2 淹沒式丁壩的水流特性

河水流向丁壩時(shí)被壅阻，比降逐漸降低，流速逐漸減小，在丁壩前出現(xiàn)反比降，使得水流順著丁壩走向流向河心，在丁壩上下游形成回流區(qū)，回流區(qū)內(nèi)流速減緩，使得泥沙容易淤積，因此，可以利用丁壩加大主流區(qū)的流速，沖刷淺灘，使泥沙下移或者在壩田內(nèi)淤積。

3 單丁壩的掩護(hù)長(zhǎng)度

單丁壩下游回流區(qū)末端至壩跟之間的距離，稱為丁壩有效影響長(zhǎng)度，亦稱回流長(zhǎng)度。

圖1 單丁壩回流示意圖

根據(jù)連續(xù)方程、紊動(dòng)水流基本規(guī)律，和相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，單丁壩回流長(zhǎng)度可達(dá)壩長(zhǎng)的12～13倍，甚至更長(zhǎng)。但是，單丁壩的回流長(zhǎng)度不是其掩護(hù)長(zhǎng)度。丁壩的維護(hù)作用要求河岸堤防免受水流的沖蝕淘刷，所以，其掩護(hù)長(zhǎng)度須取決于丁壩下游側(cè)河岸堤防泥沙的抗沖流速與水流流速（與流向無關(guān)）的相對(duì)大小。丁壩下游側(cè)近岸水流流速小于河岸堤防泥沙抗沖流速的范圍，就是其掩護(hù)范圍，其沿河岸堤防的縱向長(zhǎng)度，就是其掩護(hù)長(zhǎng)度。

4 雙壩的合理間距

如果兩丁壩之間的距離過小，則下游丁壩的作用不能充分發(fā)揮，就會(huì)增加工程投資；如果兩丁壩之間的距離過大，壩田漩渦區(qū)的水流不穩(wěn)定，下游丁壩壩頭附近就會(huì)因流速過大產(chǎn)生沖刷。合理的丁壩間距由以下兩個(gè)方面的因素確定：一是下一個(gè)丁壩的壅水剛好達(dá)到上一個(gè)丁壩處，這樣，就可以避免在上丁壩下游發(fā)生水面跌落現(xiàn)象，既能夠充分發(fā)揮每一個(gè)丁壩的作用，又能夠保證兩壩間不產(chǎn)生沖刷；二是丁壩間距應(yīng)使主流水流繞過上一個(gè)壩頭之后，形成的擴(kuò)散水流的邊界線，大致抵達(dá)下個(gè)丁壩的有效長(zhǎng)度的末端，以避免沖刷壩根。

有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，丁壩間距在四倍有效壩長(zhǎng)左右時(shí)，壩田漩渦區(qū)水流穩(wěn)定，下游丁壩壩頭附近流速較小，沒有產(chǎn)生劇烈的沖刷；總回流長(zhǎng)度最小，掩護(hù)效果最佳。

5 丁壩設(shè)置的一般要求

設(shè)置丁壩時(shí)，一般是根據(jù)河道整治規(guī)劃的治導(dǎo)線布設(shè)丁壩群，其壩頭連線做成與治導(dǎo)線一致（或上段壩頭連線適當(dāng)退后）的平緩曲線，以改變主流方向，使其離開堤岸順導(dǎo)至預(yù)想的方向，達(dá)到保堤護(hù)岸的目的。重要河段的丁壩布設(shè)，還應(yīng)根據(jù)河工模型試驗(yàn)確定。丁壩建成運(yùn)行期間，須經(jīng)常觀測(cè)，看其穩(wěn)固與否，能否滿足設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)予以調(diào)整。

1）通常依據(jù)丁壩設(shè)置的作用選擇其長(zhǎng)度，以防止水流對(duì)堤岸直接沖刷為主要目的的丁壩，僅需要改變局部水流方向，無需改變主流方向，這時(shí)多采用較短的丁壩；如果以挑流為主，用以改變主流方向，使水流遠(yuǎn)離被保護(hù)的堤岸，這時(shí)多采用較長(zhǎng)的丁壩?！兜谭拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013）規(guī)定：丁壩的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)河岸與治導(dǎo)線距離確定。通常，治導(dǎo)線到河岸線的垂直距離即為丁壩的有效長(zhǎng)度。

2）確定丁壩間距的原則：一是下一座丁壩的壅水范圍要達(dá)到上一座丁壩的壩頭，這樣，既避免了壩頭水面產(chǎn)生較大跌落，也使繞過壩頭的擴(kuò)散水流流線能夠到達(dá)下一座丁壩的有效長(zhǎng)度范圍內(nèi)，丁壩的作用得以連續(xù)，避免沖刷壩根；二是要有足夠的控制點(diǎn)，以使壩后回水區(qū)邊線的連線組成平順的整治線；三是防止壩田中產(chǎn)生大于抗沖流速的水流速度。

根據(jù)上述原則，確定丁壩間距的具體方法有兩種：一是根據(jù)丁壩下游回流區(qū)內(nèi)近岸水流流速小于河岸堤防泥沙抗沖流速的原則確定；二是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的方法確定?！兜谭拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013）規(guī)定：丁壩的間距可為壩長(zhǎng)的1～3 倍，這與“丁壩間距在四倍有效壩長(zhǎng)左右時(shí)掩護(hù)效果最佳”的試驗(yàn)結(jié)論相比，偏于保守。考慮到國標(biāo)適用范圍的廣泛性，理應(yīng)如此。比較順直的河段，丁壩間距可以取壩長(zhǎng)的3～4 倍。

6 結(jié) 語

河道防洪治理工程中，丁壩設(shè)置必須建立在對(duì)不同類型丁壩水流變化規(guī)律以及河勢(shì)演變規(guī)律掌握的基礎(chǔ)上，根據(jù)河道比降、河槽尺度、河灣半徑、河水流速及其動(dòng)力軸線的變化規(guī)律等客觀因素，合理設(shè)置丁壩位置、類型、數(shù)量、長(zhǎng)度、高度及其角度，在本岸獲得良好的防護(hù)效果的同時(shí)，也不會(huì)給對(duì)岸造成沖刷破壞。

本文淺顯地介紹了丁壩水流變化特性、河灣水流動(dòng)力軸線變化規(guī)律以及丁壩設(shè)置過程中需要注意的幾點(diǎn)要素，希望引起同仁注意，以使丁壩在河道防洪治理工程中發(fā)揮良好的作用。