【摘要】金马河频繁的洪水灾难对两岸人民的生存环境一直是一个严重的威胁。为了彻底消除长期以来的防洪安全隐患，研究金马河水力特性与功能，按照防洪整治与资源开发利用相结合的原则，因势利导，截弯取直、在河心开槽束水、以水攻沙、定槽固滩，固滩保堤的技术措施，设计并建成了水不侧溢两旁的人工复式河床（河中河）。从而结束了金马河双流段河床不固定的游荡历史，消除了防洪安全隐患，并获得了很好的社会与经济效益。

【要害词】复式河床 防汛　河道整治　　技术研究

一、金马河河床结构特征

金马河上起都江堰的青城大桥，下至新津红岩子，全长79.194km，流经都江堰、温江、崇州、双流、新津5区（市）县，是岷江进入成都平原的主要排洪河道。河床宽窄不均，最宽处1010m，一般为300～600m；河床甚浅，横剖面呈“U”型，平均比降3.44‰；洪枯流量变幅大，最大洪峰流量6600m3/S，最枯流量5m3/S。金马河的地势开阔平坦，河水携带固体物质的能力较低，致使年均约900万吨的推移质和悬移质沿河淤积，河床逐年抬高，河洲遍布，岔濠众多，滩沱相间，河道弯曲，河床左右摆动不定。金马河是一条宽、浅、散、弯的典型平原游荡性河流。

二、金马河防洪安全隐患分析

金马河河道蜿蜒弯曲呈“蛇”外形，水流经河弯时的水流特征迥然不同于顺直河段，一方面直接冲击凹岸边坡，并形成环状水流，该水流不断向下淘蚀河床，松动的砂砾石被上升水流扬起抛弃在凸岸一侧，形成滩地，凹岸后退，凸岸前移，使河道弯曲度加大，如此复杂的水流必将消耗水流内在能量；另一方面在水头损失（△H）相同的条件下，弯曲河道中河水的流程（△S）较之顺直河道更长，前者的水力坡度（J＝△H/△S）更小，使得弯曲河道的河水流速不大。

河道宽窄不均，必将影响河水的运动。河水在河床宽度交替变换中流动时，其水流的流态（层流、紊流）发生相应的转换；在河道宽广段，水层较薄，受固体边壁制约更明显，则流动缓慢，相反在狭窄地段，河水流动相对较快。

由于洪水对河床的不均匀冲刷和无序地乱采河中砂石，导致河床起伏不平，坑滩相间，加大了床面粗糙程度，使河水流动的难度增大。

其次，金马河河床的纵向坡降很小，这也是制约河水流动缓慢的因素之一。

综上所述，约束河道水流的河床结构与形态的多变，使水流的自身能量不断减弱，由于能量减小，直接关联着水流运动的态势，在汛期则造成排洪不畅，这就是潜在的不可忽视的防洪安全隐患。

三、人工复式河床建设方案的提出

如前所述，金马河非凡的河床结构，致使其水力环境复杂多变，泄洪能力较低，历史上我县曾多次发生不同程度的洪灾，严重影响了沿河两岸乃至全县社会和经济的发展。比如1964年7月21日的特大洪灾，金马河普遍漫堤，冲垮防洪堤20处，浇灌工程12处，洪水包围了金桥镇及沿河村社，群众无处逃避，把猪牛拴在船上，人站在房顶或树上暂避洪峰。这次洪峰有26个生产队193户，1102人受灾，沉没农田4250亩，冲走房屋345间，倒塌房屋470间，冲走粮食12950公斤，家具416件，直接经济损失3亿多元。

过去，金马河的防洪治理多采用国家财政补贴的方式，对冲垮的工程进行及时修复，其结果是年年在修复，年年有冲坏，不能形成整体的防洪能力，从根本上无法消除防洪安全隐患。

近年来，无序地开采河道沙石，严重破坏了河床的稳定，形成倒滩横流，如魏家坎段，横流多次冲垮堤防的现象就是很好的例证。怎样才能根治金马河双流段的防洪隐患，走以河养河、以河治河为目的的经营型河道治理模式，就成了我们研究的课题。通过科学的分析论证和多个拟选方案的对比筛选，最终选定河道砂石资源开采与开槽束水的技术方略。束水攻砂，攻砂定槽，制定了河道砂石开采与河道治理相结合的整治方案，即在河道中心利用采砂手段，开凿低于原河床的沟槽，建设人工复式河床。

该方案已在金马河双流段启动，2002年部分河段的复式河床工程已投入运行。

四、人工复式河床建设遵循的原则

人工复式河床的设计与建设必须遵循以下原则：

1、上下游、左右岸统筹兼顾；2、河槽与滩地综合治理；3、依据河势演变规律因势利导；4、防洪整治与水环境治理并举；5、过水断面需满足20年一遇洪水流量；6、建筑和所用材料要因地制宜，就地取材；7、合理开发河道多种资源，实现可持续发展；8、防止主槽肩部和漫滩后缘的坍塌与淘蚀。

五、人工复式河床主槽水流未漫滩时的水流计算

复式河床主槽断面、结构、尺寸按警戒水位504.87m（即Hmc＝3m）设计，标准为三年一遇。

（一）研究范围：河水位低于或等于漫滩面；床底为天然砂卵石层；主槽边坡为毛石砼砌筑；复式河床；河床平直；单向流。

（二）计算条件：断面几何外形及水力要素见（图1）。由于人工复式河床的比降是一致的，槽两边的边坡为毛石砼，比较光滑，断面为梯形。在洪水不漫滩时，视为明渠均匀流。

（三）计算公式：采用常规方法进行计算。

A为主槽过水面积。

※该河段河床边界为天然砂卵石层，平均粒径6～8cm，个别大于20cm，据此，取当量粗糙度为0.06m，根据《水力学》及邻近水利建设工程同类砂卵石层的取值经验，n 0.023。

（五）计算结果

1、当Hmc＝1.5m时，计算得出流量为Q＝958m3/S。

2、当Hmc＝3m时，计算得出流量为Q＝3051m3/S。

（六）评述

金马河的造床流量为1700～2000m3/S，而复式河床主槽平滩行洪能力为3051m3/S，即主槽的行洪能力完全满足造床流量的行洪要求。经近年观测，金马河双流段水位多低于警戒水位，尤其是在紫坪铺水库建成后，金马河双流段的防洪标准将大大提高，仅主槽即可防御10－20年一遇的洪水。

六、人工复式河道漫滩时的水流计算

（一）计算条件：

洪水位及断尺寸如（图2）所示

（二）研究范围：河水位高于滩面；床底及滩面为天然砂卵石平面布置；复式河床；河床平直；砂卵石平均粒径为6～8cm，据此，取当量粗糙为0.06；单向流。

（三）计算公式：

考虑到水位高出漫滩面后，主槽和漫滩的水力环境是不同的，在交界处出现剪切层并强烈影响着各水力参数的分布。故采用适用于金马河双流段地质与水力条件的动量交换法*。

※该方法由许唯临（四川大学水电学院副院长·教授·博士生导师）推出

漫滩水流垂线平均流速计算公式为：

其中Ud为垂线平均流速，y为横向距离，S0为坡降，H为水深，f为摩阻因子，下标mc表示主槽，fp表示滩地，γ、α、ω和ξ为系数，由下式确定：

计算中，整个横断面被分成若干个子区。积分常数A1，A2，…

An通过在子区边缘上给出的边界条件联立解出。

（四）计算数据：

主槽水深Hmc＝4.0m，4.2m，4.4m，4.6m，4.8m，5.0m；

主槽宽 b＝95.5m；

滩地底宽 bfp＝100～150m，近似取平均值125m；

槽坡宽 bs＝4.5m；

滩槽高差 h＝3m；

底坡 S0＝0.00344；

边坡坡度 m =1:1.5。

Hmc＝4m时，漫滩洪水垂红平均流速横向分布见（图3）

（五）由流量与主槽水深初步建立一关系（图4）：

（六）计算结果（见表一）

（七）评述

根据金马河擦耳岩（49 63）水文站观测资料，在复式河床建设方案未实施之前的金马河100年一遇洪水流量为7290m3/S，50年一遇洪水流量为6500m3/S，20年一遇洪水流量为5220m3/S。由（表一）中的数据得知，设计的人工复式河床，完全达到了100年一遇的排洪要求，而且洪水不会超过防洪堤冲垮农田。尚需说明，上游紫坪铺水库建成后，还会减轻金马河的防洪压力。

七、对人工复式河床建设方案的评述

该项工程已建成并投入使用，试运行一年来，已初见成效。复式河床实施前，从1998年～2001年，4年间平均每年国家及地方财政在金马河双流段的投资为1377.5万元，2002年下降到110万元。下降92%见（图5）。

（一）提高了河道行洪能力，保障了防洪安全

金马河双流段的造床流量为1700－2000m3/S，而复式河床主槽平滩的行洪能力为3051m3/S。因此，主槽的行洪能力完全能够满足造床的行洪要求。若考虑紫坪铺水库建成后的滞洪功能，金马河的防洪能力还会大大提高，仅主槽即可防御10－20年一遇的洪水。

若遇超过滩面的大洪水，由于滩面较宽，相对于全段面来说漫滩地段承受的洪水流量也相对较小，如当水位高于漫滩1m时，全断面过洪量为4765m3/S，两侧漫滩断面过洪量为1685m3/S，滩面流量仅占35.36%。主流仍在主槽部位，有利于主槽的攻砂定位，在漫滩后缘洪水冲堤顶岸大大减弱甚至完全消除，保障了堤防的安全。

复式河床的边岸和断面较为规则，河道沿程的比降变幅不大，洪水的态势较为稳定，排洪畅通顺利。如魏家坎段按设计方案，首段建成复式河床，通过本年度汛期洪水检验，泄洪能力明显增强，倒滩横流得到了很好的治理，消除了长期存在的防洪安全隐患，防洪减灾效益明显。建成后每年水利工程维修费较往年平均减少489万元（见图6）。

（二）优化了河道周边环境，提高了水环境质量。

金马河是城乡人民生活水源重点保护河道。在复式河床的规划与建设中，实施了防洪整治与生态环境综合治理相结合的方针。具体操作方案：（1）从源头抓起，对沿河两岸已有的排污企业，实施关、停、并、转的综合清理整顿；（2）将农业、生活污水统一引入在堤防外侧300m处修建的排水沟，再输送到污水处理厂；（3）设立禁倒垃圾的警示牌，并派专人巡回监督检查；（4）在漫滩（5000多亩）和堤防绿化带上种植涵养水源较高的各种草木；（5）禁止降水开采砂石。上述措施有效地保护和改善了水环境质量，与过去相比，现在的水质环境状况明显优于工程启动以前，经二00二年九月二十五日（2002年）量认（国）字（0989）号，对金马河水质检测评价结论：所检PH值、硫酸盐等二十一项指标全部符合GHZB1－1999《地表水环境质量标准》（Ⅱ类）规定值就是佐证（参见检测报告），其次，与过去的单式河床相比较，不但水质有所改观，地下水水量也有明显的回升。以前采砂企业无序的采用大幅度降低地下水位的开采方式，开采深部优质砂石，查证地下水位下降幅度达10米以上，两岸人畜饮水得不到保障，日供水量10万吨成都岷江水厂的取水工程受到严重影响。在复式河床建设中，由于设计并修建了梯级引水枢纽工程，在抬高河床水位的同时，也丰富了两岸第四系地层中的孔隙地下水，使人畜饮水和水厂供水有了保证，可获得长期稳定的效益。

（三）杜绝了乱挖滥采砂石行为

吸取过去无序采挖河床砂石而严重破坏河床的教训，依据国家有关法律法规，由河道主管部门和江河公司按市场经济规律，以竞标拍卖的方式，将砂石开采权拍卖给采砂专业户或企业，并由主管部门按槽位划定采砂区域。拍卖的资金用于河道治理和工程建设，使河道治理步入以河养河、以河治河的良性循环，使资源实现了可持续发展。如我局指导采砂企业对所采的连砂石，按市场需求进行精加工再投放市场，当年新增产值5000万元，新增利税3000万元，充分显示出了人工复式河床建设所带来的经济效益见（图7）。随着一些经济效益显现周期相对较长的建设实体的汇入，相信今后的

增益前景是乐观的。

（四）开发了河滩土地资源。按设计要求，将原来宽、浅、散、弯的游荡性河道在原河道洪水边界范围内，重新建设一条比较顺直的相对固定的人工复式河床，从而缩小了河道宽度，利用了较多河曲弯道，开发出河滩土地5000多亩，节约了大量土地资源，同时将其转化为与水有关的其它经济实体，可获得很好的社会经济效益。

由以上分析不难看出，人工复式河床建设工程的设计与实施所带来的社会与经济效益是非常明显的，在我国水利开发史上是一次新的尝试，其意义是深远而现实的，对同类型的游荡型河流是适用的，具有广阔的开发前景。

作者单位：四川省双流县水务局