摘要：國內管道穿越河道的埋深確定沒有統一的行業標準，在實際工程中管道的河底埋深主要是憑借工程經驗和個人習慣，由此確定的管道埋深大多數都是過于安全和保守，造成增加工程投資和不必要的浪費。本文歸納珠三角地區管道穿越河道的埋深主要影響因素，并嘗試總結出珠三角地區管道埋深的工程計算方法和公式。

　　關鍵詞：水利職稱論文發表,核心期刊論文發表,河道沖刷,珠三角,河道穿越工程,管道埋深

　　一、緒論

　　管道運輸與鐵路、公路、水運、航運等運輸方式并稱為世界上的五大運輸業，運輸介質攘括了石油、天然氣、給水、雨污水、生活垃圾、通風等，在一個國家的國民經濟發展中起著十分重要的作用。在管道運輸日益發達的今天，管道穿越河道敷設工程已經十分常見，同時隨著經濟的發展、科學技術的創新和景觀要求的提高，管道穿越河道在大多情況下均會選擇河底埋設，比起河面跨越，盡管工程造價高，但是河底埋設對景觀的影響、行洪的影響以及通航的影響均很小，而且利于管道自身保護。

　　目前，國內管道穿越河道的埋深確定沒有統一的行業標準，在實際工程中管道的河底埋深主要是憑借工程經驗和個人習慣，由此確定的管道埋深大多數都是過于安全和保守，造成增加工程投資和不必要的浪費。本文歸納珠三角地區管道穿越河道的埋深主要影響因素，并嘗試總結出珠三角地區管道埋深的工程計算方法和公式。

　　二、埋深的主要影響因素

　　根據搜集的資料和工程經驗，管道穿越河道的埋深主要影響因素有可以歸納為一下幾個方面：

　　(1)河床演變，主要指河道在自然條件下，或受人工干擾時河床形態所發生的變化，這些變化包括：河床在垂直方向的沖刷和淤積、水平方向上的位移以及河床平面形態和尺寸的改變等。

　　(2)河道規劃和以后河道整治，河道的規劃線位、河底規劃標高、規劃航道等級和以后河道整治是管道穿越河道埋深的一項重要考慮因素。

　　(3)對應河道等級下的通航要求，根據《內河通航標準》的規定，過河管道埋深通航要求需考慮以下因素：①規劃航道等級所需航道水深、②設計最低通航水位、③《內河通航標準》中關于水下過河建構筑物埋設的富裕值、④船舶應急拋錨是錨體的入土深度等。

　　三、河道沖刷深度的確定和計算

　　河床沖刷和淤積變化的特征，變化幅度的大小直接影響到穿越管道的敷設和安全。分析穿越河段(尤其是穿越斷面)河床沖淤變化的規律，判斷工程期間河床最大沖刷深度，是合理的確定管線埋深和穩定措施的主要依據。目前在管線穿越工程中常用一下三種方法進行分析確定。

　　1.利用天然河道的水文分析

　　(1)利用天然河道的水分分析法需要收集穿越點上、下游水文站的歷年水位、流量實測資料，根據收集的資料繪制不同年份水位與流量的關系曲線。在相同流量下，若水位逐年太高，則說明河床處于不斷淤積抬高過程，反之則說明河床處于不斷沖刷下降過程。

　　(2)根據輸沙原理，分別計算同時期內穿越點上下游水文站的輸沙量，判斷此間計算河段內河床的沖淤情況及沖淤量。

　　2.利用公式計算

　　由于影響河床沖淤變化的因素十分復雜，目前尚無一個完整的描述河床沖淤變化的數學表達式。本文根據收集的相關資料，總結出主要的一下三種分析理論和計算方法。

　　(1)楊志達法

　　美國張志達認為，河床的沖刷是一種粗化的過程。當河道的輸沙能力超過上游泥沙的供給率是，就必須靠從河道中補給沙量來保持輸沙平衡。在這種情況下，河道開始發生沖刷，由于床沙粒徑大小的不均勻性，細沙比粗沙輸送的速率要快，保留在床面上的河床質逐漸變粗。一旦粗沙層覆蓋整個床面，阻止下面的細沙運動時，粗化過程就會停止。當這一過程完成后，河床被保護。

　　(2)借鑒橋渡建筑物附件的沖刷公式

　　借鑒鐵道科學院根據鐵路橋梁壓縮水流，引起水流和泥沙運動的變化而建立的公式，該公式是在實測和模型試驗基礎上建立的，其形式如下所示：

　　式中：Q——計算時采用的設計流量(造床流量)(m³/s);

　　L——平灘水位時的河面寬度(m);

　　A——單寬流量集中系數，按下式計算：

　　式中：B——造床流量時的河寬(m);

　　H——造床流量時的平均水深;

　　——為河段的穩定性指標，其數值愈大，標示河床愈不穩定。

　　——沖刷前計算垂線水深(m);

　　——計算流量時的平均水深(m);

　　E——與汛期含沙量有關的參數，按下表查用：

　　d——河床的泥沙平均粒徑。根據篩分資料確定(mm);

　　h——沖刷后的最大深度(m)。

　　(3)河床沖刷率公式法

　　沖刷率是水流在單位時間內從單位面積河床上沖刷帶走的泥沙重量。該方法認為，洪水期河床發生最快沖刷是，即實際挾沙沙量遠小于水流挾沙力時，河水的沖刷情況相當或接近清水沖刷。

　　根據對以上三種方法的對比，楊志達法所計算的結果偏小，這是實際工程中所不允許的。實際工程中所要求的值都是偏向于安全的，故把(美)楊志達法所算結果作為埋深的下限，但不能使用。沖刷率公式法和借鑒公式法計算出的結果都偏大，這時可以從經濟的角度出發選擇兩者中較小值作為埋深的上限。

　　3.工程地質分析判定

　　即查明河谷的地質構成，尤其是組成河床表面的第四紀沖積層在空間上的分布規律及巖性特征，進行分析對比，判斷河床最大沖刷深度。根據地質勘查報告，研究穿越段的地質構成，分析“河床沖擊相”，用以判斷河床沖淤發展的歷史，結合現階段河床的沖淤變化的特征，趨勢和水流條件，進行確定河床的最大沖刷深度。

　　四、珠三角地區天然河道演變特性

　　河床演變過程因來水、來沙和邊界條件不同而異，習慣上按河岸流域地形對河流進行分類，具體劃分為：山區、山前區、平原區三種[1]，由于地形、下墊面的差異，不同河段流域的河床演變過程呈現出很大的差異。

　　珠三角地區基本為大型天然河道的下游或入海口，按照上訴的河型分類應屬于平原區河流，該區域河流在一定流域來水、來沙和河床邊界條件下，經過水流與河床的長期調整，多數已達平衡或準平衡狀態，從長期看，河床一般沒有單向的沖淤變化(或變化速度極慢)。但是由于季節性變化，流域的來水、來沙、和邊界條件隨時間不斷變化，或局部條件的影響(如深槽淺灘交替、汊道變遷等)，在一定時期內，河床的局部地區存在著沖淤變化、這些沖淤變化都具有周期性的特征。

　　另外，人為因素的影響對河道的影響也是河床演變考慮的重要因素，例如：大的取水、排水口、興修河壩閘、橋梁，改變了天然水流狀態，工程采砂、河道整治硬化改變了下墊面情況等。

　　根據以上分析，珠三角地區一般的天然河道的縱向沖淤和橫向擺動均比較少，在管道穿越河道埋深分析中是次要因素，但需要重視河道周期性的變化，管道的穿越點需避開采砂場、取排水口、河壩閘和橋梁等人工構筑物。

　　五、管道埋深的工程計算方法及判定依據

　　根據《室外給水設計規范》(GB50013-2006)的要求，穿越河底的管道應避開拋錨地，管道的埋設深度還應在其相應防洪標準(根據管道等級確定)的洪水沖刷深度以下，至少應大于1m。管道埋深在通航河道時，應符合航運管理部門的技術規定，并應在河兩岸設立標志，管道埋設深度應在航道底設計高程2m以下。根據《內河通航標準》(GB50139-2004)的要求，在航道和可能通航的水域內布置水下過河建筑物，宜埋置于河床內，其頂部設置深度，Ⅰ~Ⅴ級航道不應小于遠期規劃航道底標高以下2m，Ⅵ級和Ⅶ級航道不應小于1m。

　　通過查找相關資料和工作行業內的經驗，管道的埋設根據穿越河道是否具有通航要求分別討論。

　　1.非通航河道(排洪渠)管道埋深確定

　　對于設計管道穿越非通航河道(排洪渠)，確定管道埋深時需同時考慮河道(排洪渠)的現狀河底標高和規劃標高，并以較低的標高作為設計河底標高取值。已知設計河底標高，再根據河道(排洪渠)的下墊面和沖淤情況和設計管道重要性，管道的管頂埋深在1~2.0m范圍內取值。

　　2.通航河道管道埋深確定

　　對于設計管道穿越通航河道時，此時管道的埋設應不影響航道的通航要求，管道埋深確定主要考慮航道的設計水深和設計最低通航水位。管道的管頂埋深H=設計通航水深D+規范要求富裕值，即設計管道管頂標高=設計最低通航水位+設計通航水深+規范要求富裕值(取值2m)。

　　根據《海港總平面設計規范》(JTJ211-99)航道水深分通航水深和設計水深，具體按下列公式計算：

　　D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3

　　D=D0+Z4

　　式中，D0——航道通航水深(m);

　　T——設計船型滿載吃水(m);

　　Z0——船舶航行時船體下沉值(m);

　　Z1——航行時龍骨下最小富裕深度(m);

　　Z2——波浪富裕深度(m)，當計算結果為負值時，取值0m;

　　Z3——船舶裝載縱傾富裕深度(m)，雜貨船和集裝箱可不計，油船和散貨船取0.15m;

　　D——設計航道計水深(m);

　　Z4——備淤深度(m)，根據回淤強度、維護挖泥間隔期及挖泥設備的性能確定，不小于0.40m，工程取值0.5m。

　　設計船型滿載吃水(T)的取值參見《內河通航標準》(GB50139-2004)的第3.0.2條的相關規定，其中航道等級劃分如下表所示：

　　船舶航行時船體下沉值(Z0)、航行時龍骨下最小富裕深度(Z1)按《海港總平面設計規范》(JTJ211-99)的圖4.8.8-2和表4.8.8-1選用。

　　通過設計通航水深計算的管道埋深結果，還需通過河道現狀的河底標高進行復核，以保證設計管道的管頂覆土不小2m。

　　六、結論

　　本文根據珠三角地區的的河道演變的特征，并結合相關規范標準的要求，提出了珠三角地區管道穿越河道的管道埋深計算和合理性判定方法。

　　[參考文獻]：

　　[1]楊志達(美)·泥沙輸送理論與實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

　　[2]黃金池，王兆印，劉之平，等.水流沖刷與管道埋設[M].北京：中國建材工業出版社，1998.

　　[3]董章增.管道穿河埋深綜合判定.水利科技與經濟.第15卷第8期，2009年8月.