专利名称：一种模袋排帘及其江河崩岸防治方法
技术领域：
本发明涉及一种用于江河崩岸防治的排体设施，特别涉及一种用于江河崩岸防治的模袋排帘，属于河岸治理防护技术领域。
背景技术：
1993～1998年，全国洪灾造成的直接经济损失高达10500亿元。崩岸是我国大江大河两岸的主要灾害之一。1998年在长江、嫩江、松花江发生全流域洪水的情况下，崩岸险情就高达500多处，不仅使两岸大片土地流失，而且还造成堤防开裂，严重危及防洪大堤的安全，同时破坏了河势的稳定。长江中下游岸线很长，从宜昌～河口段长达4249km，各处岸坡所处的自然环境不尽相同，所以长期以来，长江中下游两岸崩岸险情严重，其累计长度达1520多公里，占岸线总长的35.7％，有的崩岸宽度达2.7km，年崩率达89.7m/a，最大崩速达55m/h。荆江大堤文村夹河段在98年以前，北汊呈淤积之势，98’大洪水以后上游河势发生变化，文村夹河段开始发生冲刷，三峡水库蓄水运行后，清水下泄对该河段亦造成明显冲刷影响，导致文村夹河段先后曾发生过两次崩岸险情。2005年12月8日，位于上荆江的江陵县马家寨乡文新村段面的长江耀兴民堤西流堤段发生特大崩岸险情，崩岸仍有继续之势，威胁到耀兴民堤内2万人的生命财产安全。西流堤已连续4年发生崩岸险情，长江主洪道北移，清水下泄冲刷堤脚是造成崩岸的主要原因。2000年1月7日长江铜陵江段河岸崩塌长140米，铜陵市港务局的9号码头掉入江中，一个货场崩掉一半，栈桥全掉进江里。类似的灾情在国内外每年均有发生。
冲刷与淤积是江河泥沙在水力输移作用下不断趋向平衡的结果和表现，崩岸往往是冲刷引起的一大自然灾害。对于可冲刷的河床，当某处的水流挟沙力大于上游来流的含沙量时，该处就会发生冲刷，反之则淤积。冲刷则易引发灾害性崩岸，崩岸险情严重地威胁着沿江堤防和人民群众的安全。
现有的崩岸治理措施分为两个方面一是从岸坡角度考虑，采取措施强化岸坡的抗冲刷能力；二是从水流角度考虑，改变水流结构，减少水流对岸坡的冲刷作用。
强化岸坡的抗冲刷能力一直是崩岸治理的一个重要措施。比如长江中下游的典型岸坡为二元土质结构，上部为抗冲刷能力强的粘性土层，下部为易于冲刷变形的砂性土层。长期以来，主要的崩岸治理措施就是平顺抛石护岸，然而如今的石料来源越来越困难，往往需要从几十公里以外的地方经过加工后运到目的地，而且抛石使用周期短，需要经常维护，岸坡仍受到水流的冲刷淘蚀。为此，许多研究单位做了大量的研究来寻求新的措施，降低治理成本和提高治理有效性。土工模袋排体护岸技术在国外已广泛应用于海防工程，施工水深可达50m，流速大于2m/s。中国水科院近几年研究开发新的排体技术并申请了四项专利“治理崩岸的复合排体”(CN00257594.9)，“复合土工布软排”(CN00257595.7)，“框格型充沙模袋”(CN00257596.5)和“水下拖拉铺排及其施工工艺”(CN00130306.6)。以上治理措施的一个共同点是需要对岸坡大面积进行防护，改进的排体技术在工程中已经取得了一定的成效，其有效性也逐渐得到提高，但往往需要增设排水盲沟或土工布垫层等措施来保证护坡体的排水功能，增加了施工难度，而且经济成本仍然难以大幅降低。
同时，改变河道水流结构，以保护易崩岸区，是崩岸治理的又一个举措。除生态措施外，常见的是水工措施，如丁坝、薄墙和跺等。其主要功能为调整河道水流结构，保护河岸不受来流直接冲刷，也在改善航道、减少河道蜿蜒性、增加洪滩面淤积、增加主槽深度等发挥着重要作用。虽然这些水工措施在工程中应用广泛，但都具有共同的缺点阻水作用大，在洪水期往往成为泄洪的障碍物；经济成本高；在丁坝首部容易产生严重的局部冲刷坑；由于丁坝的功效取决于水流来流与丁坝的交角，最佳交角通常被认为是15°到30°之间。因此，一旦水流的来向发生变化，丁坝的功效就减小，甚至完全消失。丧失功效的丁坝就变成阻遏水流的障碍物，需要及时清除。因此，依靠整治水流流态来治理崩岸，需要对河床演变趋势进行谨慎而周全的分析和论证，并不能在河流两岸普遍推行使用，而且成本高，对原有的河流水流态势有着较大改动。
崩岸治理，目的就是不能让强劲的水流直接冲刷岸坡。因而，我国面临的江河崩岸治理问题，急需拓展、探索新的治理思路，同时兼顾崩岸治理成本和治理效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种一种模袋排帘及其江河崩岸防治方法，一是减少对易崩岸区岸坡坡面的排体覆盖率，大幅度降低经济成本，同时降低对岸坡原有排水特性的影响；二是调整近岸坡水流的结构，免除或减少水流的直接冲刷，并且阻水作用小、不滞洪。
本发明的目的是通过如下技术方案实现一种用于江河崩岸防治的模袋排帘，含有由多个主管袋组成的模袋排体，其特征在于在所述的模袋排体的中部设有土工布帘，在土工布帘的顶端装有浮筒，在土工布帘的下部设有透沙窗，在模袋排体和土工布帘上横向设置有加筋带。
本发明所述的用于江河崩岸防治的模袋排帘，其特征还在于所述模袋排体中位于土工布帘上游侧的主管袋彼此紧邻，而位于下游侧的主管袋彼此分开；位于土工布帘下游侧主管袋的间距为主管袋直径的1～3倍。所述模袋排体的宽度为土工布帘宽度的1～2倍，所述模袋排体中的主管袋直径为15～60厘米；所述透沙窗采用矩形或梯形，其孔口长度为高度的2～4倍。
本发明提供了一种采用模袋排帘对江河崩岸进行防治的方法，其特征在于该方法是将多个模袋排帘沿水流方向间隔布置在易冲刷岸坡坡面上，相邻模袋排帘之间的距离为土工布帘宽度的3～8倍，使每个模袋排帘垂直于水流方向。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果1)模袋排帘在水流方向按一定间距安放，排体对岸坡坡面的覆盖率在25％以下，所以不会降低原有岸坡体的排水性能，且施工环节简单，经济成本明显降低；2)大部分底部来流被土工布帘导向上部，少部分通过土工布帘底部的透沙窗进入背水面，并携带底部泥沙在回旋流区淤积成沙丘，所以不仅改善了岸坡坡面水流结构以避免水流的直接冲刷、不产生明显的局部冲刷坑，而且可以促进本来易于冲刷的崩岸区实现局部泥沙淤积；3)作为一种江河岸坡的“柔性保护技术”，避免了刚性的水工措施的最大缺陷，即不会改变河势和原有河道水流的主方向，阻水作用小，不影响过流，不滞洪，没有减少原有的水流挟沙能力；4)对河段上下游的水流流态、河床演变影响小，技术设施简单，适于在江河两岸广泛使用。因此，本发明对岸坡防护、崩岸治理效果明显，成本也得到了显著降低。
图1为本发明提供的模袋排帘的结构示意图。
图2为本发明提供的模袋排帘的工作原理图。
图3为本发明提供的模袋排帘对江河崩岸进行防治的布置图。
具体实施例方式
图1为本发明提供的模袋排帘的结构示意图。每一个模袋排帘，包括模袋排体1、土工布帘2、浮筒3、透沙窗4、加筋带5。未填充泥沙或混凝土之前的模袋排体、土工布帘都是用土工布制作，连成为一个整体，只是在制作中通过缝制分离出不同的功能区。模袋排体包括多个主管袋6，位于土工布帘上游侧的主管袋较多、彼此紧邻，而位于下游侧的主管袋较少、彼此以一定距离分开。模袋排体可充填当地河沙，就地取材，节约岸坡防护的成本，也可以填充混凝土、固化水泥土等。浮筒3为轻质材料空心密封体，位于土工布帘的顶端，考虑到土工布帘的柔软性，浮筒3将分为很多小段，与土工布帘直接相连。透沙窗4位于土工布帘2的底部，透沙窗的尺寸与水深、流速成正比，孔口长度为高度的2～4倍。加筋带5的材料强度要求较高，横向布置于模袋排体和土工布帘上，加筋带环绕排体管袋，起着隔开模袋排体中填充物的作用，防止一处有漏洞影响到整个排体的有效性。对于土工布帘，加筋带起着承受可能出现的强烈水流的冲击力，并将冲击力传递至模袋排体。模袋排体的宽度一般为土工布帘的宽度的1～2倍，模袋排体中的主管袋直径为一般15～60厘米，可根据河流规模或者土工布帘的宽度适当选择，位于土工布帘下游侧主管袋的间距为主管袋直径的1～3倍。土工布帘的宽度与流速垂向分布的均匀度成正比，可通过经济技术比较进行选择。用于提供浮力的浮筒3，其单位长度体积大小与流速的平方成正比，可根据土工布帘的宽度和水流流速计算确定。
图2为本发明提供的模袋排帘的工作原理图。在岸坡防护或崩岸治理之前，需要平整岸坡坡面，并勘测地形和主水流方向、速度，规划实施方案，确定模袋排帘的尺寸和力学特性要求。模袋排帘的工作原理为由河道中水流流速与泥沙浓度的垂线分布特点可知，一直漂浮于水中的土工布帘2将岸坡底部大部分水流导向上部，小部分底部水流通过透沙窗4进入土工布帘的背水面，并产生横轴旋涡，形成低流速回旋流区，进而对模袋排帘下游岸坡起到减少或防止冲刷的作用。从水流泥沙的垂线浓度分布来看，水面泥沙浓度低，越接近水下岸坡坡面泥沙浓度越高。上游来沙通过土工布帘底部的透沙窗4，进入并淤积在回旋流区，最终随时间推移在该回旋流区淤积成一个沙丘。充沙(或混凝土等)模袋排体1之重力使模袋排帘得以稳固，不被水流冲走；浮筒3提供较大浮力，确保土工布帘2得以漂浮展开。在水流的推力下，土工布帘2将岸坡坡面水流挑离坡面，并促使淤积不断进行，直至将排帘埋入淤积沙中，若再转入冲刷阶段，模袋排帘会露出来重新发挥作用，如此反复，可将岸坡坡面稳定下来。
图3为本发明提供的模袋排帘对江河崩岸进行防治的布置图。将多个模袋排帘沿水流方向间隔布置在易冲刷岸坡坡面上，相邻模袋排帘之间的距离一般为土工布帘宽度的3～8倍，具体可根据当地水深和流速分布情况进行调整，每个模袋排帘垂直于水流方向。
权利要求
1.一种用于江河崩岸防治的模袋排帘，含有由多个主管袋(6)组成的模袋排体(1)，其特征在于在所述的模袋排体的中部设有土工布帘(2)，在土工布帘的顶端装有浮筒(3)，在土工布帘的下部设有透沙窗(4)，在模袋排体和土工布帘上横向设置有加筋带(5)。
2.按照权利要求1所述的用于江河崩岸防治的模袋排帘，其特征在于所述模袋排体中位于土工布帘上游侧的主管袋彼此紧邻，而位于下游侧的主管袋彼此分开；位于土工布帘下游侧主管袋的间距为主管袋直径的1～3倍；所述模袋排体内填充河沙或者混凝土、固化水泥土等。
3.按照权利要求1或2所述的用于江河崩岸防治的模袋排帘，其特征在于所述模袋排体的宽度为土工布帘宽度的1～2倍，所述模袋排体中的主管袋直径为15～60厘米；所述透沙窗采用矩形或梯形，其孔口长度为高度的2～4倍。
4.一种采用如权利要求1所述的模袋排帘对江河崩岸进行防治的方法，其特征在于该方法是将多个模袋排帘沿水流方向间隔布置在易冲刷岸坡坡面上，相邻模袋排帘之间的距离为土工布帘宽度的3～8倍，使每个模袋排帘垂直于水流方向。
全文摘要
一种模袋排帘及其江河崩岸防治方法，涉及一种用于江河崩岸防治的排体设施及其崩岸防治方法。本发明提供的模袋排帘，含有由多个主管袋组成的模袋排体(填充沙或混凝土等)，在所述的模袋排体的中部设有土工布帘，在土工布帘的顶端装有浮筒，在土工布帘的下部设有透沙窗，在模袋排体和土工布帘上横向设置有加筋带。将多个模袋排帘沿水流方向间隔布置在易冲刷岸坡坡面上，每个模袋排帘垂直于水流方向。本发明技术实施简单，成本低，功效高，在稳定河岸线、治理崩岸等方面起着重大作用；有效减少了对易崩岸区坡面的排体覆盖率，降低经济成本；同时还具有调整近岸坡水流结构，免除或减少水流的直接冲刷，并且阻水作用小、不滞洪的特点。
文档编号E02B3/12GK1793516SQ20051013630
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者谢立全, 于玉贞, 单宏伟 申请人:清华大学