遼河設計斷面選取與設計水位探究

金文（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽 110006）

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遼河設計斷面選取與設計水位探究

金文
（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽 110006）

［摘 要］遼河水文資料較為全面，水力計算斷面測量也有多個年份。遼河作為多沙河流，工程設計時水力計算斷面的選取是非常重要也是非常困難的，設計水位的采用也不能簡單的直接引用一套斷面計算成果，應是在綜合分析工程運行期各種可能工況的前提下，對計算水位進行量化處理后，方可采用。文章主要從遼河多年斷面之間相對關系，利用斷面分析、泥沙分析等多種方法，探討適合作為近年遼河設計采用計算斷面以及計算水面線成果的處理方式。

［關鍵詞］遼河；斷面選??；設計水位

1 概況

遼河自20世紀80年代開始有較為系統(tǒng)全面的全河河道大橫斷面測量，其中相對較為完整有5年：1980，1990，1996，2006，2011年。1980年斷面為遼河干流現(xiàn)有堤防系統(tǒng)整修時的設計斷面；1990，1996，2006年為遼河大洪水以后隔年或隔幾年后的測量斷面；2011年斷面為目前遼河上下游最新的河道大橫斷面資料。1990年斷面和1996年斷面當年測量時以抽測復核為主，因此其斷面密度和斷面長度均比其他3個年份要小，不適合作為計算斷面。根據遼河各泥沙測站資料情況反映，遼河從福德店至河口多年平均含沙量2.35～4.39 kg/m3，介于多沙河流和少沙河流之間，又根據遼河泥沙以及河道淤積特性的一般分析結論，遼河基本上屬于洪沖枯淤河流。遼河經過20世紀70年代十余年連續(xù)枯水年，河道斷面尤其是主槽淤塞較為嚴重，河段斷面過流能力較小，工程設計采用成果偏于安全。因此，在2005年之前，遼河干流上的工程設計水力計算斷面采用絕大部分為1980年斷面。2005年，遼河干流上唯一具有調蓄洪水功能的大型水庫—石佛寺水庫建成，該水庫的建設運行很大程度上改變了遼河上下游河道的沖淤規(guī)律，到目前為止，河道內新的沖淤平衡仍然沒有完成。這樣就給近年以及其后數(shù)年內遼河干流上水利工程治理提出一個難題，即工程設計對應的水利計算斷面應如何選取，設計水位應如何采用。

2 斷面穩(wěn)定性分析

在確定計算選取斷面之前，應首先分析各套斷面的穩(wěn)定性，即相對于遼河多年長系列而言，是過流能力偏大還是偏小還是居中，進而分析采用該套斷面進行計算的結果是否偏于安全，為后續(xù)設計水位采用提供依據。河道斷面過流能力大小一般可以采用兩種方法進行分析：一種是斷面比較法，即槽容量法；另一種是輸沙量平衡法。

2.1 斷面比較法

在各套斷面的同一斷面設置相同的高水位，一般高水位以在原設計水位附近為宜，利用繪圖軟件計算高水位以下河灘面及河底以上部分斷面的過流面積，列表比較各套斷面同一斷面的過流面積差值，并引入各斷面間流心距，立體計算整個河道各套斷面的過流能力。為了與輸沙量平衡法進行對比，列舉以遼河水文站為節(jié)點的相關分析成果，此次分段進行統(tǒng)計，由于遼河河道較長。統(tǒng)計結果見表1。

由表1可見，福德店至石佛寺庫尾即凡河口以上段，河道由1980—2006年、由2006—2011年呈現(xiàn)逐年沖刷的態(tài)勢，河道過流面積增大，河道由1980—2011年30余年間平均沖刷深約0.15 m。石佛寺庫尾至馬虎山段，1980—2006年沖淤基本平衡，2006—2011年呈現(xiàn)略沖狀態(tài)，但幅度較小。馬虎山至巨流河段，則在1980—2006年間呈現(xiàn)略有沖刷的態(tài)勢，河道平均沖深約0.15 m，2006—2011年略有淤積，整體上看1980—2011年河槽仍然以沖刷為主，但幅度較小。巨流河以下尤其是巨流河至遼中段，是遼河淤積的主要河段，受遼河西部支流特別是柳河下泄泥沙的影響較大，從長系列來看，1980—2011年，河道平均淤積厚度超過0.2 m，對河道過流面積影響較大。遼中至六間房段，或者進一步下延大約至L83斷面，河道由上游的淤積漸進發(fā)展至以沖刷為主，尤其是2006—2011年，柳河近年沒有大水發(fā)生，下泄泥沙較少且由于此段距離柳河口漸遠，致使該段在河道沖淤基本平衡的基礎上呈現(xiàn)略沖的態(tài)勢，但幅度很小且從長系列看此種趨勢也不夠穩(wěn)定。六間房以下或者L83以下，受盤山閘運用影響，河道基本呈現(xiàn)淤積的態(tài)勢，但受惠于近年柳河未有大水發(fā)生，在2006—2011年間淤積狀況并不特別嚴重，在2006年之前該段淤積較為嚴重，也是其在2003年以后安排河道清淤的主要原因。

表1 遼河歷年斷面過流能力分段統(tǒng)計表

2.2 輸沙量平衡法

利用遼河干支流泥沙測站統(tǒng)計資料，分析得出干流上下兩站之間在某一年份的泥沙淤積或沖刷量，并根據長系列資料分析洪、中、枯水年狀況下的河道沖淤規(guī)律，結合歷年大洪水時各水文站汛前、汛中、汛后斷面，分析大洪水狀況下的河道一般沖淤規(guī)律。在干流泥沙資料統(tǒng)計時，應特別注意主要支流尤其是含沙量較大支流下游泥沙測站資料的統(tǒng)計和分析，在條件具備時還應分析干支流洪水歷時遭遇情況，進而配合斷面比較法分析得到干流淤積部位、淤積厚度與洪水組合情況的關系。由于是以泥沙測站為節(jié)點進行統(tǒng)計，因此，分析成果原則上僅能反映兩站之間的泥沙沖淤總量變化情況。為了統(tǒng)計成果更直觀地與斷面比較法進行對比，此研究引入斷面平均淤積狀態(tài)進行分析說明，平均淤積為將區(qū)段泥沙淤積總量除以區(qū)間河道面積，不單獨做主槽和灘地的區(qū)分，統(tǒng)一用平均值進行說明。統(tǒng)計結果見表2。為了與斷面比較法進行對比，將泥沙資料按照1980年以前、1980—2005年、2006—2011年3個時段分別進行統(tǒng)計。

表2 1954-2011年遼河干流各河段泥沙淤積厚度統(tǒng)計表 m

從表2中可見，鐵嶺以上河段基本呈現(xiàn)逐年沖刷態(tài)勢，1980年以后河道平均沖刷超過0.11 m；鐵嶺至馬虎山河段基本呈現(xiàn)逐年淤積態(tài)勢，但結合斷面分析法成果，淤積應主要發(fā)生在石佛寺庫區(qū)，石佛寺壩下略有淤積但不嚴重，泥沙統(tǒng)計資料顯示該段多年平均淤積約0.14 m；馬虎山至巨流河河段呈現(xiàn)逐年沖刷態(tài)勢，1981—2011年30年間河道平均沖刷約0.09 m。巨流河以下至六間房則基本呈現(xiàn)逐年淤積態(tài)勢，結合斷面比較法成果，這一淤積態(tài)勢可下推至盤山閘，其間淤積程度略有差別，以巨流河至平安堡最大，1981—2011年30年間河道平均淤積厚度接近0.5 m。

3 計算斷面采用

根據斷面比較法和輸沙量平衡法分析成果，并結合相關資料分析，可以大致得出：遼河干流石佛寺庫區(qū)以上河道以及石佛寺大壩至下游巨流河段河道，多年來看應是以沖刷為主，個別斷面和較短河段的淤積程度也較輕。從大范圍定性分析上可以認為以上河段屬于沖刷態(tài)勢，而且從長系列看，此種河段發(fā)生較大淤積甚而淤積至1980年斷面程度的可能性非常小。其中較為重要的一個原因，是上游東、西遼河上目前均建設有大型防洪控

制水庫，下泄泥沙減少，清水下泄時間增加，遼河干流上游的來水、來沙條件與1980年以前發(fā)生根本性改變。石佛寺庫區(qū)以及巨流河以下遼河干流河段則基本呈現(xiàn)淤積態(tài)勢，其中巨流河至平安堡段最為嚴重，30年間淤積厚度平均可達近0.5 m，但隨著石佛寺水庫的建成運用，以及柳河整個的來水來沙條件的變化，淤積程度有望減輕。

綜上所述，從資料的完整性以及時效性上分析，水力計算應盡量采用較新的測量資料，更能客觀準確地反映現(xiàn)狀河道行洪條件，在工程設計中通過分析，對設計水位進行一定的后續(xù)處理，進而達到資料完整、準確，設計合理、安全的目的。因此，在現(xiàn)有資料情況下，建議工程設計選取2011年斷面作為設計水位計算斷面。

4 建議設計水位采用方法

根據斷面比較法和輸沙量平衡法分析成果，可見遼河干流上下游的沖淤規(guī)律是不完全一致的，在采用任何一套斷面進行設計水位計算時，均需要做一定的后期處理才能更好地滿足工程設計的需求。根據前文，在采用2011年斷面作為設計水位計算斷面后，通過對2011年斷面的一些必要處理，包括套堤、阻水林木、管理路等的概化以及河道各區(qū)域糙率的歸納處理，分段采用控制節(jié)點的起點水位和上游來流條件，計算得到工程設計的初步設計水位。

在初步設計水位基礎上，利用斷面比較法和輸沙量平衡法分析成果，并參考原遼河整治工程設計的水位處理方法，建議工程設計采用水位在初步設計水位上做如下處理：石佛寺庫區(qū)以上以及石佛寺大壩至下游巨流河橋段直接采用初步設計水位。石佛寺庫區(qū)仍然采用《遼河石佛寺水庫樞紐一期工程初步設計報告》的水面線成果；巨流河以下至盤山閘段設計采用水位在初步設計水位基礎上加0.5 m淤積預留，該數(shù)據與遼河整治工程初步設計處理方式相同。

［參考文獻］

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［3］林汀水．遼河水系的變遷與特點［J］．浙江大學學報（哲學社會科學版），1992（4）.

［中圖分類號］P333

［文獻標識碼］A

［文章編號］1002－0624（2016）06－0010－02

[收稿日期]2015-12-20