涪江綿陽武都段分汊河道水面線計算方法淺析

黃永忠

(達(dá)州市水利電力建筑勘察設(shè)計院,四川達(dá)州,635000)

1 問題的提出

在堤防工程建設(shè)中,水面線計算是一項十分重要的工作,推算好水面線是整個設(shè)計的堅實基礎(chǔ),也是確定堤防工程規(guī)模和方案的關(guān)鍵依據(jù)。江油市武都鎮(zhèn)堤防工程位于涪江武都水庫大壩下游河段右岸上中脊至中中脊之間,該段河道上有上中脊、中中脊兩個江心洲,而且下游還有下中脊與之連成一串,左右兩側(cè)均有支壕。其中,上中脊和中中脊主壕在右側(cè),支壕在左側(cè),下中脊主壕在左側(cè),支壕在右側(cè)。該段河道水力學(xué)關(guān)系十分復(fù)雜,不能全程按單一河道推算其水面線,而應(yīng)按分汊河道處理。

2 河流概況

涪江是嘉陵江右岸的最大支流,也是四川省腹部地區(qū)的一條重要河流,發(fā)源于川西北松潘縣境內(nèi)岷山雪寶頂北坡,自西北向東南流經(jīng)綿陽市的平武、江油、涪城、游仙、三臺,遂寧市的射洪、蓬溪,市中區(qū)及重慶市的潼南、合川等縣(市區(qū)),于合川城關(guān)匯入嘉陵江。干流全長 675km,平均比降 1.4‰,流域面積 36400km2,地理坐標(biāo)介于東徑103°44′～ 106°16′,北緯 29°58′～ 32°44′之間。流域地勢自西北向東南傾斜,西北高、東南低,西北海撥高程在 5588m～1188m之間。地貌可分為山地、丘陵、平原三大類型,分別占流域面積37.9%、56.9%及 5.2%。涪江干流在江油武都、安縣以北為上游,地處岷山及龍門山區(qū),屬中、高山地貌,海撥高程在 600m～5588m之間,面積約1.26萬 km2,占流域面積 34.6%。區(qū)內(nèi)山高、谷深、坡陡,區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育。后龍門山及北川一帶地殼穩(wěn)定性較差,地震基本烈度在8度以上,崩塌、滑坡、泥石流等山地災(zāi)害比較發(fā)育;上游及中游支流的中上游河流穿行于高山區(qū),河谷多呈“V”型,兩岸谷坡陡峻,一般在 40°左右,河谷階地零星分布。江油武都、安縣一線以南為中下游丘陵平壩區(qū),面積 2.38萬 km2,占流域面積 65.4%,海撥高程一般在 190m～800m之間變化,除分水嶺一帶有零星山地,河谷有沖積平原以外,絕大部份為中、淺丘地形。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡單,紅層廣布,巖層產(chǎn)狀平緩,地殼穩(wěn)定,地震基本烈度 5°～6°。區(qū)內(nèi)耕地集中,農(nóng)墾發(fā)達(dá),土地利用率高,域內(nèi)植被相對較差,水土流失比較嚴(yán)重。沿江干流兩岸分布有低矮而平緩的平壩,為本流域經(jīng)濟(jì)活躍的區(qū)域,廣布中小城鎮(zhèn),人類活動頻繁。

涪江武都段有 3個江心洲,河道被分為左右兩汊,其中上中脊、中中脊主槽在右汊,河床寬度約 300m,左汊河道寬度約 150m,斷面不太規(guī)則;下中脊主槽在左汊,河槽寬度約 280m,斷面不規(guī)則,右汊已封堵。涪江武都鎮(zhèn)段河段河道形態(tài)示意見圖 1。

圖 1 涪江武都段河道形態(tài)示意

3 水面線計算

3.1 基本依據(jù)及方法

將工程河段自下而上分為三段:由于中中脊下游右側(cè)支壕已封堵,因此控制斷面選在中中脊下游干流河段上,控制斷面至中中脊分汊起為第一段;中中脊分汊起至上中脊分汊結(jié)束為第二段;上中脊分汊結(jié)束至上游結(jié)束斷面為第三段。首先從控制斷面開始,分別假定左右兩汊不同分流量(兩汊流量之和等于總流量)進(jìn)行試算,分別推算左右兩汊河道水面線,取其上游兩汊開始分流斷面水位相等的分流比成果。上中脊也采用此法計算,上中脊與中中脊之間的河道按單一河槽法計算,按河道非均勻流水面曲線計算方法,采用伯努力能量方程式計算。

式中:Z上、Z下——分別為上斷面和下斷面水位高程;

hf、hj— —分別為上 、下斷面之間的沿程水頭損失和局部水頭損失;

α上、α下、V上、V下— —分別為上、下斷面動能修正系數(shù)和斷面平均流速。

3.2 河床糙率的確定

在進(jìn)行控制斷面水位流量關(guān)系確定時,糙率的確定是關(guān)鍵。在沒有實測流量資料的情況下,歷史洪水調(diào)查是確定好糙率的一個重要手段。本次計算時,在工程河段找到了三個 1976年洪水的三個洪痕,并對其進(jìn)行了高程測量。計算時,采用了既滿足分流情況也基本符合歷史洪水水位的成果,并根據(jù)該河段的岸坡特性和河床組成情況,查《天然河道糙率表》,同時參考涪江類似河段的糙率,最后綜合確定該河段糙率為 0.04。

3.3 分流比的試算

根據(jù)已確定的參數(shù),先假定兩汊不同的分流量(兩汊流量之和等于總流量)進(jìn)行試算,分別推算左右兩汊河道水面線,取其上游兩汊開始分流斷面水位相等且基本滿足歷史洪水調(diào)查成果的分流比成果。經(jīng)分析試算,當(dāng)河道流量為 4500m3/s時,上中脊分流比為:左汊 1150m3/s占 25.6%,右汊 3350m3/s占 75.4%;中中脊分流比為:左汊1500m3/s占 33.3%,右汊 3000m3/s占 66.7%。

3.4 成果的合理性分析

根據(jù)《河道整治規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定,對汊道型河道試算的水面線成果應(yīng)采用實測資料或調(diào)查資料進(jìn)行驗證,以確保水面線成果更符合河道實際情況。本次設(shè)計過程中找到了 1998年洪水的三個洪痕,并對其進(jìn)行了高程測量。通過采用 1998年相同流量推求的水面線高程與實測1998年洪水位高程相比較,以驗證成果的合理性。實測成果與本次計算成果驗證見表 1。

表 1分汊河道水面線實測成果與計算成果比較

由表 1可以看出,本次計算的洪水水面線比1998年洪水水面線成果略偏大,但懸殊較小,從安全的角度考慮,本次計算的水面線成果可供使用。

4 結(jié)語

推算分汊型河道水面線的關(guān)鍵是:河道糙率的確定和分流比計算,在沒有實測流量資料及可靠的洪水調(diào)查資料的情況下,須進(jìn)行認(rèn)真的洪水調(diào)查工作,以減小河床糙率對成果的影響。