柏臨河防洪治導(dǎo)線初步設(shè)計(jì)

周曉明

摘 要：由于涉河建設(shè)項(xiàng)目日益增加，位于城鎮(zhèn)或山區(qū)中小河流防洪形勢(shì)愈加嚴(yán)峻。為適應(yīng)宜昌新區(qū)的規(guī)劃發(fā)展需要，文章以柏臨河為研究對(duì)象，選取處于新區(qū)建設(shè)范圍內(nèi)的土門大橋至臨江溪大橋段進(jìn)行研究，選擇20個(gè)典型計(jì)算斷面，用已有的勘測(cè)和監(jiān)測(cè)資料計(jì)算了該河段20年一遇和50年一遇的的設(shè)計(jì)水面線。研究表明，魏玲橋段、宜黃高速段及總部基地三處的防洪壓力較大，基于此初步提出了柏臨河的治導(dǎo)線方案，以保障區(qū)域的防洪安全，并為類似河流的防洪治導(dǎo)線規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：治導(dǎo)線；防洪；水面線；柏臨河

引言

河道治導(dǎo)線規(guī)劃是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要保障，尤其對(duì)河道周圍村莊的防洪安全具有舉足輕重的作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，河道內(nèi)的水利工程建設(shè)、河流截彎取直、邊坡硬化等因素導(dǎo)致河道的行洪能力不斷下降，河流生態(tài)狀況日益衰退。為適應(yīng)新形勢(shì)下區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展，河流的整治和管理受到各界的廣泛關(guān)注，特別是“河長(zhǎng)制”推行以來，傳統(tǒng)的單一目標(biāo)的河道管理逐漸過度為“安全為先、生態(tài)治理”的管理理念。

河流治導(dǎo)線是在河道整治規(guī)劃后，可滿足設(shè)計(jì)流量并控制河勢(shì)的平面輪廓線[1]，綜合規(guī)劃治導(dǎo)線有利于河道周圍土地的有序開發(fā)利用，同時(shí)形成具有較強(qiáng)防洪能力的工程體系。我國(guó)最初研究治導(dǎo)線是針對(duì)錢塘江的河床淤積問題及河口的沖刷問題，經(jīng)過多年的統(tǒng)計(jì)和調(diào)研，最終提出錢塘江走“中”的治導(dǎo)線規(guī)劃方案[2]，之后，各地區(qū)河流管理人員分別研究了海河口、景東川、黃茅海、桃花裕、江蘇入海河道、信江貴溪等區(qū)域河流的治導(dǎo)線方案[3-8]；為使得治導(dǎo)線的計(jì)算更加精確，唐洪武等人還深入研究了治導(dǎo)線放寬率的計(jì)算和確定方法[9，10]；此外，為充分考慮治導(dǎo)線設(shè)計(jì)參數(shù)的取值范圍和制衡關(guān)系，馬良等提出了一種優(yōu)化函數(shù)以避免經(jīng)驗(yàn)法的主觀性缺陷[1]?？傮w而言，我國(guó)對(duì)于治導(dǎo)線的研究處于初始階段，研究區(qū)域局限于對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響的大江大河，而對(duì)中小河流、特別是處于城鎮(zhèn)和偏遠(yuǎn)山區(qū)河流規(guī)劃較少，近年我國(guó)各地區(qū)防洪形勢(shì)較為嚴(yán)峻，且國(guó)家大力號(hào)召保護(hù)河湖生態(tài)，在此背景下，綜合規(guī)劃并開發(fā)治理中小河流的治導(dǎo)線，有利于綜合利用河流周圍的岸線資源，并使得涉河項(xiàng)目的審批有章可循，也能為類似河流的治理工作提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

柏臨河是長(zhǎng)江左岸的一級(jí)支流，發(fā)源于夷陵區(qū)別家大山，在羅家嘴以上分東西兩支。東支流經(jīng)宋家咀、龍泉鋪至羅家嘴與西支匯合，西支由官莊、倉(cāng)屋榜、戴家畈至羅家嘴。東西兩支匯合后，流經(jīng)土門、伍家崗區(qū)、于宜昌市城區(qū)東郊臨江坪匯入長(zhǎng)江，流域面積478km2，主河道長(zhǎng)54.3km，柏臨河流域河流彎曲系數(shù)1.6，河網(wǎng)密度0.4km/km2，流域平均坡降5.5‰，流域平均海拔高程237米。根據(jù)總體規(guī)劃，宜昌新區(qū)東北至龍泉楊樹河，東至柏臨河路-漢宜高速公路一線，東南至滬渝高速公路，西南至點(diǎn)軍宜萬鐵路-翻壩高速公路，西北至牛扎坪南側(cè)，北以長(zhǎng)江-伍家崗宜萬鐵路-合益路-東山四路-花溪路為界，見圖1。所以目前柏臨河從土門大橋至臨江溪大橋段全部為新區(qū)建設(shè)的范圍內(nèi)，其河道防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

2 材料和方法

2.1 河流分段原則

（1）計(jì)算斷面內(nèi)，應(yīng)控制其斷面糙率、尺寸、坡降等水力參數(shù)的變化幅度。

（2）同一計(jì)算斷面內(nèi)應(yīng)保證沒有其他支流匯入或流出。

（3）計(jì)算斷面的水位差應(yīng)控制在一定范圍（平原區(qū)0.2～1.0m，山區(qū)1.0～3.0m）。

（4）對(duì)于重要區(qū)域（如工廠、城鎮(zhèn)等）。需多設(shè)置幾個(gè)計(jì)算斷面。

研究河段選取及分段

研究河段選取土門大橋至臨江溪段，根據(jù)河流分段原則，將其劃分為兩段：（1）土門大橋至后河出口段（樁號(hào)0+000～7+931）；（2）土門河出口至臨江溪大橋段（樁號(hào)7+931～14+831），并在兩個(gè)河段分別設(shè)置10個(gè)計(jì)算斷面。

2.2 水面線計(jì)算方法

試算法、圖解法及簡(jiǎn)算法是水面線計(jì)算的常用方法，而試算法具備精確度高、工程領(lǐng)域應(yīng)用廣等優(yōu)勢(shì)，因此本研究用該方法計(jì)算水面線，此方法原理為：根據(jù)河流實(shí)際情況，將其劃分為若干河段并分段計(jì)算水面線，進(jìn)而將各河段的水面線整合為該河流的水面線。其計(jì)算公式如下：

分別為上、下游斷面的行近流速水頭、沿程水頭損失和局部水頭損失（m）；Q、△s——分別為上下游斷面間距（m）、斷面流量（m3/s）；為上下游斷面之間的平均流量模數(shù)，R為水力半徑，n為河道糙率；ζ為局部水頭損失系數(shù)，逐漸擴(kuò)散段取ζ取-0.33～-0.5，急劇擴(kuò)散段取ζ取-0.5～-1.0，對(duì)于河道的收縮段，一般不再另外計(jì)入局部水頭損失，ζ取0，順直河段ζ取0。

通過試算法求解上述基本方程，在已知上或下斷面水力要素情況下，可通過迭代依次求解另一斷面水位。本次柏臨河計(jì)算河段長(zhǎng)11.90km，水位起算從下游開始，起算斷面選擇入江口（樁號(hào)14+831）。宜昌站2%、5%水位分別為51.43m、50.60m，對(duì)應(yīng)柏臨河入江口水位分別為50.63m、49.80m。

結(jié)論

（1）用已有監(jiān)測(cè)和勘測(cè)資料，通過試算法計(jì)算了柏臨河20個(gè)計(jì)算斷面在洪水頻率為2%和5%條件下的水面線。

（2）綜合考慮新區(qū)建設(shè)范圍和防洪要求，初步提出了柏臨河治導(dǎo)線規(guī)劃方案。

3 結(jié)果

根據(jù)上述方程進(jìn)行迭代計(jì)算得到的結(jié)果如表1所示；采用2013年11月的勘測(cè)的河流斷面資料進(jìn)行過流能力復(fù)核，得到的柏臨河在20年和50年一遇的洪水時(shí)的水面線如圖2所示。

由表1知，柏臨河在遭遇20年或50年一遇的洪水時(shí)，魏玲橋段、宜黃高速段及總部基地三處的防洪壓力較大，據(jù)資料分析發(fā)現(xiàn)，柏臨河河道從土門河至臨江溪段平均河寬約112m，最大河寬202m，最小河寬僅50m，存在多處卡口：魏玲橋河寬50m，總部基地河寬63～79m，宜黃高速大橋附近消力池河寬78m。目前，柏臨河正處于宜昌新區(qū)的開發(fā)階段，需綜合考量并布置治導(dǎo)線以提高區(qū)域防洪能力，治導(dǎo)線的第一原則是因勢(shì)利導(dǎo)，并結(jié)合現(xiàn)有的提防、自然節(jié)點(diǎn)布置治導(dǎo)線，制定治導(dǎo)線后以水力參數(shù)進(jìn)行校核，并調(diào)整不滿足要求的河段，重復(fù)計(jì)算，最終得到如圖2所示的防洪治導(dǎo)線，該治導(dǎo)線制定的總體方案為：控制河寬110m，由主槽向右岸灘地?cái)U(kuò)挖，岸坡坡比設(shè)為1：2.5。

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