建平縣濱河北路防洪工程水面線計(jì)算分析

陳樹(shù)華

(建平縣水務(wù)局，遼寧 建平 122400)

?

建平縣濱河北路防洪工程水面線計(jì)算分析

陳樹(shù)華

(建平縣水務(wù)局，遼寧 建平 122400)

建平縣濱河北路防洪工程水力計(jì)算依據(jù)《防洪規(guī)劃》提供成果，通過(guò)斷面的驗(yàn)證，確定起點(diǎn)水位，選擇糙率，運(yùn)用能量方程推求水面線，確定不同頻率下的水面高度，為堤防工程建設(shè)提供依據(jù)。沿建平縣城區(qū)修建濱河北路即防洪堤，通過(guò)工程治理加快交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，實(shí)現(xiàn)河道暢通，河道內(nèi)出現(xiàn)環(huán)境水面，改造城市環(huán)境。

防洪工程；起點(diǎn)水位；糙率；水面線；成果

0　前　言

本次濱河北路工程防洪工程設(shè)計(jì)，以確保牤牛河兩岸企事業(yè)單位、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全為主要目的，并充分考慮上下游、左右岸的關(guān)系，依據(jù)國(guó)家有關(guān)的法律法規(guī)做到全面規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧。建平縣濱河北路工程防洪工程部分按河流不同分為五段。山口河段、富山河段、牤牛河段、二道莫河段和匯合口下河段[1]。各段堤頂高的確定需要先確定水面的高度，以下就水力計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1　濱河北路防洪工程水力計(jì)算

首先確定起點(diǎn)水位，據(jù)相關(guān)歷史資料，本次牤牛河治理工程范圍包括圍繞城區(qū)的牤牛河段及二道莫河段。二道莫河無(wú)歷史資料可查，而牤牛河有葉柏壽水文站。

1985年5月，建平縣水利局編制了《第二牤牛河清障整治防洪規(guī)劃》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《防洪規(guī)劃》)。在《防洪規(guī)劃》中，根據(jù)1982年實(shí)測(cè)的41條橫斷面圖，5座橋梁縱斷面及其它資料，對(duì)水面線進(jìn)行了推算。選取了兩個(gè)控制斷面計(jì)算起點(diǎn)水位，分別為漫水橋L32斷面和總出口L40號(hào)斷面，并用水文站基本水尺斷面L9水位進(jìn)行了驗(yàn)證。1985年起點(diǎn)水位成果見(jiàn)表1。

表1　1985年《防洪規(guī)劃》起點(diǎn)水位成果表

本次設(shè)計(jì)中，1985年《防洪規(guī)劃》所提成果有很大的借鑒價(jià)值，但在本次設(shè)計(jì)中不能完全采用。這是因?yàn)椋孩?985年《防洪規(guī)劃》所依據(jù)的1982年實(shí)測(cè)橫斷面至今已24 a，河道大斷面發(fā)生了較大的變化，尤其近年開(kāi)采鐵礦排渣，河道淤積；②因水文系列的延長(zhǎng)，不同頻率的流量有所差別。本次牤牛河治理工程按20 a一遇設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)若再次從L40斷面推算，需重測(cè)大斷面，設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，考慮到本次設(shè)計(jì)范圍內(nèi)有L9水文站斷面可以驗(yàn)證，因此本次設(shè)計(jì)借鑒《防洪規(guī)劃》的成果，并用L9斷面驗(yàn)證[2]。

在本次設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，有L7～L13斷面。L13斷面位于牤牛河與二道莫河匯流口下游200m。本次設(shè)計(jì)以L13斷面為起始計(jì)算斷面，向上游推算牤牛河與二道莫河的設(shè)計(jì)水位。

表2中本次設(shè)計(jì)起始水位為軟件自動(dòng)計(jì)算值。本次設(shè)計(jì)流量與1985年《防洪規(guī)劃》流量很接近，但起始水位卻差別較大。其原因主要有如下2點(diǎn)：①目前L13斷面與1982年實(shí)測(cè)相比，河底平均高程抬高0.50m，河底最低點(diǎn)高程相差0.58m，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量下的水位也應(yīng)抬高；②1985年規(guī)劃時(shí)，河道基本上無(wú)堤防，河床主槽與灘地高差不大，河道行洪寬度為361m，而人工渠化后，河床較規(guī)整，修筑堤防，河道寬度為306.5m，因此起始水位也相應(yīng)抬高。

表2　本次設(shè)計(jì)采用起點(diǎn)水位

實(shí)際上，本次設(shè)計(jì)只整治至L13斷面，其下斷面維持現(xiàn)狀，河道寬度行洪時(shí)L13斷面以下逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)生局部水頭損失，水位應(yīng)有所下降。按目前選用其結(jié)果是偏于安全的[3]。

以上起點(diǎn)水位確定后就是糙率的選擇，1985年《防洪規(guī)劃》時(shí)，主槽糙率為0.017～0.021，左灘糙率為0.045～0.055右灘糙率為0.038～0.048。

河道整治后修建堤防，堤防護(hù)坡為混凝土，其糙率為0.015～0.020，護(hù)坡糙率對(duì)整個(gè)河道影響較小。河道整治后，原有河道過(guò)流條件改善，綜合考慮河段特征、洪水坡度、河床質(zhì)平均粒、寬深比、含沙量等因素，并與該河道特性相近的大凌河喀左城市段進(jìn)行類(lèi)比分析，最終治理河床選用0.033做為設(shè)計(jì)糙率值[4]。

糙率選定后需要確定設(shè)計(jì)河道比降，治理的原則是基本上維持天然河道的比降不變。治理后河道趨向平順，斷面為梯形斷面，經(jīng)實(shí)測(cè)并回歸分析確定設(shè)計(jì)比降見(jiàn)表3。

表3　設(shè)計(jì)河道比降表

2　 濱河北路防洪工程水面線計(jì)算原理與方法

建平縣牤牛河設(shè)計(jì)水面線計(jì)算采用天然水面線計(jì)算軟件V3.111，其中橋壅水計(jì)算采用鮑式公式，一般斷面間用能量方程式推算。

能量方程式：

(1)

式中：Z1、Z2分別為下、上游斷面的水位，m；hf、hj分別為上下斷面間的沿程、局部水頭損失，m。u1、u2分別為下、上游斷面的流速,m/s。

鮑氏公式：

△Z=ξ(V2-V12)

V=2PVS/(1+P)

V1=Q/(W過(guò)+W阻)

(2)

式中：△Z為橋壅水高度，m；ξ為系數(shù)(與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān))；V為有沖刷情況時(shí)，橋下平均流速，m/s；V1為天然條件下橋位處平均流速，m/s；P為與橋孔沖刷有關(guān)的系數(shù)；W過(guò)、W阻為橋的過(guò)水和阻水?dāng)嗝婷娣e，m2；VS為橋下設(shè)計(jì)洪水流速，m/s。

3　濱河北路防洪工程水面線計(jì)算成果

根據(jù)上述已經(jīng)條件及所確定的有關(guān)參數(shù)，各河道P=2%、 P=5%、P=10%水面線成果見(jiàn)表4。

以上水面線計(jì)算成果表為確定堤頂高程提供依據(jù)。

4　結(jié)　語(yǔ)

沿建平縣城區(qū)修建濱河北路即防洪堤，通過(guò)工程治理加快交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，實(shí)現(xiàn)河道暢通，河道內(nèi)出現(xiàn)環(huán)境水面，改造城市環(huán)境。

表4　各河道p=2%、p=5%、p=10%水面線成果

[1]韓立陽(yáng),馬雪梅,肖敬光,薛強(qiáng).渾河沈陽(yáng)城市段水面線計(jì)算中所遇問(wèn)題的分析[J].東北水利水電.2004(12)：11-27.

[2]游暢.關(guān)于福永河防洪工程規(guī)模幾個(gè)重要邊界條件的確定[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電.2013(05)：170-172.

[3]胡宇.明渠水面線計(jì)算方法分析研究[D].西安：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

[4]宿繼成,曲少萍,胡湘.天然河道水面線計(jì)算方法的改進(jìn)[J].黑龍江水利科技，2007(01)：24-26.

1007-7596(2016)05-0046-03

2016-03-18

陳樹(shù)華(1965-)，男，遼寧建平人，高級(jí)工程師，從事水利管理工作。

TV87

B