四川省蘆山縣玉溪河新建生態(tài)溢流堰可行性分析

翁茂峰

（西安景天水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司 陜西 西安 710000）

1 工程概述

蘆山縣位于四川盆地西緣，雅安地區(qū)東北部，北與汶川縣連界。玉溪河流域?qū)偎拇ㄅ璧匚鞑窟吘壡鹆昱c高山過度地帶，海拔高程800.00m～1000.00m，地形起伏較大。地貌類型為構(gòu)造剝蝕型與侵蝕堆積型。玉溪河流域受西南季風(fēng)暖濕氣流的影響，四季分明，雨量豐沛，氣候溫和，具有溫帶氣候和山地氣候的特征，多年平均氣溫15.2℃。

通過對玉溪河蘆山縣城段的主河道進(jìn)行清淤疏浚、平整岸坡、構(gòu)造微地形、修建生態(tài)溢流堰等措施，使河道常水面寬度和長度得到增加，形成連續(xù)水面，增加親水空間。在保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩岸防洪要求的基礎(chǔ)上，在充分考慮為鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)提供必要水利基礎(chǔ)保障的同時(shí)，統(tǒng)籌考慮水利基礎(chǔ)設(shè)施與河道生態(tài)及人文景觀的有機(jī)結(jié)合。

新建生態(tài)溢流堰共7座，1#堰長度123m，2#堰長度 138m，3#堰長度 177m，4#堰長度 121m，5#堰長度163m，6#堰長度159m,7#堰長度129m。堰凈高3m～4m，堰長100m～170m，各堰回水長度500m～1100m。疏浚河道6100m。生態(tài)溢流堰軸線采用折線形，按照地勢自然彎曲。堰型采用低矮實(shí)用堰型，堰體共6級臺(tái)階，堰頂寬度4m，第二級臺(tái)階寬度8m，以后每級臺(tái)階寬度6m、5m、6m、5m以此類推，臺(tái)階凈高0.6m。

根據(jù)GB50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，玉溪河本工程河段兩岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇，相應(yīng)洪峰流量2820m3/s。

本文通過洪水計(jì)算、泄流計(jì)算、壅水分析計(jì)算、水面線計(jì)算四方面從行洪論證角度對生態(tài)溢流堰的建設(shè)進(jìn)行可行性分析。

2 洪水計(jì)算

本工程位于玉溪河魚溪水文站下游約20km處，工程河段末端斷面以上集水面積為1405km2。根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》SL44-2006，屬于上下游有實(shí)測水文系列的工程，直接使用水文站資料計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。

魚溪水文站有12年（1959～1970年）實(shí)測年最大流量及1959～2000年42年的實(shí)測年最高水位資料，因此，魚溪水文站的年最大流量系列需要插補(bǔ)延長。用魚溪水文站插補(bǔ)后的1959～2000年共42年的最大洪水系列，加上調(diào)查的1934、1966年歷史洪水，組成不連續(xù)系列進(jìn)行頻率計(jì)算，也滿足洪水頻率計(jì)算的規(guī)范要求。

魚溪水文站不連續(xù)系列的均值為：

調(diào)查期的洪水頻率用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算：

實(shí)測和插補(bǔ)期年最大流量的經(jīng)驗(yàn)頻率采用下式計(jì)算：

式中：a—在N年中連序順位的特大洪水的項(xiàng)數(shù)；N—洪水調(diào)查考證期；n—實(shí)測插補(bǔ)洪水系列項(xiàng)數(shù)；L—實(shí)測系列中抽出作特大值處理的洪水項(xiàng)數(shù)；m—實(shí)測插補(bǔ)洪水的序位；Pm—實(shí)測插補(bǔ)系列中第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率。

先用矩法初步估算魚溪水文站洪水系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，再用P—Ⅲ曲線適線，最后用適線法來確定洪水系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。魚溪水文站洪水頻率計(jì)算成果見表1。

采用水文比擬法推求本工程指定頻率的洪水。根據(jù)魚溪水文站設(shè)計(jì)洪水成果，按面積比指數(shù)，洪峰流量采用2/3次方，移用至工程斷面。計(jì)算得到設(shè)計(jì)洪水成果見表2，其中魚溪站集水面積為1054km2。

3 泄流計(jì)算

3.1 新建生態(tài)溢流堰位置天然泄流曲線計(jì)算

由于工程河段無實(shí)測水位流量數(shù)據(jù)資料，故按測量實(shí)測大斷面和水面比降，經(jīng)驗(yàn)選擇糙率，用水力學(xué)公式來計(jì)算繪制推求水位流量關(guān)系。為了進(jìn)行工程河段河道行洪能力分析計(jì)算，對該河段河道進(jìn)行了河道縱、橫斷面及1:1000局部地形圖的測量。

用曼寧公式推求，其計(jì)算公式為：

表1 魚溪水文站年最大流量頻率計(jì)算成果表

表2 本工程河段設(shè)計(jì)洪水成果表（比擬法）

式中：Q—流量（m3/s）；A—過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；R—水力半徑（m）；n—糙率；J—水面比降；其中，A、R通過實(shí)測大斷面資料求出，I由實(shí)測縱斷面推求，n主要參照附近水文站實(shí)測糙率值及天然河道河床糙率表，本河段取0.035，計(jì)算得到的20年一遇天然水位見表3。

表3 新建生態(tài)溢流堰位置天然河段20年一遇洪水位

表4 新建生態(tài)溢流堰建成后各頻率洪水位表

表5 7座新建生態(tài)溢流堰壅水高度計(jì)算表

表6 工程建設(shè)后水面線計(jì)算成果表

3.2 新建生態(tài)溢流堰建成后河道泄流計(jì)算

建堰后泄流計(jì)算按照水力學(xué)手冊中寬頂堰的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算公式：

式中：σs-淹沒系數(shù)，本次取值1；σc-側(cè)收縮系數(shù)，本次取值1；m-流量系數(shù)，本次取值0.36；B-堰跨河寬度，本次根據(jù)實(shí)際跨河寬度取值；H0-包括行進(jìn)流速水頭的堰前水頭。

根據(jù)寬頂堰公式計(jì)算得到生態(tài)溢流堰建成后泄流曲線，根據(jù)泄流曲線查對應(yīng)頻率洪水位見表4。

4 壅水分析計(jì)算

壅水分析選用頻率為P=5%洪水時(shí)的設(shè)計(jì)洪峰流量，堰址位置工程建成后水位與堰址位置天然洪水位差值作為壅水高度。計(jì)算得到7座堰壅水高度見表5。

20年一遇洪水時(shí)，1#堰壅水高度3.58m 2#堰壅水高度2.58m；3#堰壅水高度2.21m 4#堰壅水高度2.75m；5#堰壅水高度2.69m 6#堰壅水高度3.81m；7#堰壅水高度3.44m。

1#堰回水長度約800m；2#堰回水長度約1000m；3#堰回水長度約800m；4#堰回水長度約500m；5#堰回水長度約600m；6#堰回水長度約900m；7#堰回水長度約1100m。

5 水面線計(jì)算

天然河道的洪水大多屬于不穩(wěn)定流，水面線的計(jì)算可以近似地視為穩(wěn)定流量以簡化計(jì)算。穩(wěn)定非均勻流按伯努利能量方程進(jìn)行計(jì)算，即：

式中：Z2、Z1為計(jì)算段上、下游斷面水位V2、V1為計(jì)算段上、下游斷面平均流速，a2、a為計(jì)算段上、下游斷面的動(dòng)能修正系數(shù)；hf為沿程水頭損失；hj為局部水頭損失。

在流量、控制斷面水位和河段糙率確定后，即可由該式算出河道斷面的水力要素。河道糙率值根據(jù)“天然河道糙率表”并結(jié)合河道實(shí)際情況選定，整治后的糙率值為0.035。

從1#堰作為控制斷面向上游推算，到2堰下時(shí)，再以2#堰作為控制斷面向上游繼續(xù)推算，以此類推。以從下游往上游前5座堰為例，計(jì)算出工程建設(shè)后的水面線成果見表6。

6 可行性分析

以20年一遇洪水為標(biāo)準(zhǔn)，從行洪角度分別分析新建7座生態(tài)溢流堰建設(shè)的可行性。

1#堰頂水位664.86m，右岸是山體，高程679.40m，左岸公路高程為676.61m，建堰前后高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設(shè)可行。

2#堰頂水位667.93m；右岸為地勢較高山體，較高處高程為701.66m，左岸岸坡高程為672.67m，建堰前后高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設(shè)可行。

3#堰頂水位670.58m；右岸為耕地，地面高程為682.43m，左岸公路路面高程676.44m，建堰前后兩岸高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設(shè)可行。

4#堰頂水位673.33m；右岸施工圍墻高程為676.00m，右岸公路路面高程為681.78m，建堰前后兩岸高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設(shè)可行。

5#堰頂水位675.89m；右岸為居民聚集地，地面高程為687.42m，左岸公路路面高程為683.31m，建堰前后兩岸高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設(shè)可行。

6#堰頂水位682.2m；右岸為山體，較高處高程為714.42m，左岸為農(nóng)田，高程為677.44m，建堰前后左岸高程均不滿足行洪要求，工程建設(shè)后將加劇對左岸農(nóng)田的淹沒程度。從行洪角度工程建設(shè)不可行。

7#堰頂水位685.76m，右岸為林地，地面高程為682.79m，左岸地面高程為684.41m，工程位置建堰前20年一遇洪水位為：682.32m，天然河道兩岸可滿足行洪要求；工程建設(shè)后兩岸高程均不滿足行洪要求，可見，7#堰的建設(shè)，將對兩岸造成新的淹沒，從行洪角度工程建設(shè)不可行。

7 結(jié)論

通過以上水文計(jì)算，根據(jù)四川省河道阻水建筑物行洪論證原則中，新建攔河工程，不會(huì)對兩岸造成新的淹沒，或者淹沒加劇的原則，1#、2#、3#、4#、5#新建生態(tài)溢流堰從兩岸均滿足20年一遇洪水位高程，能夠滿足行洪要求的角度，工程建設(shè)可行；6#、7#新建生態(tài)溢流堰不滿足行洪要求，工程建設(shè)不可行。6#堰、7#堰由于建設(shè)后水位不能滿足行洪要求，建議降低堰頂高程，或者調(diào)整堰址位置。陜西水利

[1]李煒，水力計(jì)算手冊（第二版），武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 水力學(xué)流體力學(xué)教研室，77-82.

[2]《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》S L44-2006.

[3]《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201-2014.北京：中國計(jì)劃出版社，2014.