李學宏
(富錦市水務局,黑龍江 富錦 156100)
二龍濤河防洪工程規(guī)劃的研究
李學宏
(富錦市水務局,黑龍江 富錦 156100)
二龍濤河暴雨洪水集中,洪水陡漲陡落,防洪基礎設施薄弱,防洪堤標準低,堤防不連續(xù),一些重要河段還處于不設防狀態(tài),遇到常遇洪水即可造成較大洪澇災害。二龍濤河治理規(guī)劃和建設相對滯后,已有前期工作不能滿足治理建設需要,難以有效指導近期河流的治理和保護,同時由于缺乏投資機制和渠道,治理建設資金嚴重不足,防洪形勢更加嚴峻。文章針對二龍濤河流域洪澇災害嚴重、建設治理滯后等突出問題提出建設治理需要,制定工程規(guī)劃,提出建設計劃。
二龍濤河;防洪工程;水面線推求;治理規(guī)劃
隨著經濟建設發(fā)展和人口增長,沿河城鎮(zhèn)規(guī)模逐漸擴大,工農業(yè)生產能力大幅度提高,對防洪保安的要求也越來越高。目前,泰來縣己修建防洪堤34.16km。泰來縣屬開闊平原,為保護廣大地區(qū)免受洪水淹沒,早在建國以前就修建了防洪堤,現(xiàn)有堤防從扎旗前三合屯開始,經泰來縣的牛萬山屯、侯長林屯,末端到新建三村,長34.16km,保護泰來縣229個村屯,人口8.12萬人,農田3.77萬hm2,草原1.92萬hm2。此段堤防列入黑龍江省的重點河流堤防。左側堤上段長17.5km,從老郝家屯(0+000)到侯長林屯(17+500),平均堤高1.5m,頂寬3m左右,迎水坡邊坡為1∶3左右,背水坡邊坡為1:4左右,按照防御1957年洪水(建國后發(fā)生的最大洪水)設計,尚未達到設計標準,險工弱段較多,計劃進行整修加固。下段從侯長林屯(0+000)到新建三村(16+660),長16.66km,按《二龍濤河流域規(guī)劃》其防洪標準為10a一遇現(xiàn)己達標。
泰來縣于2000年修建了一座排水閘站,位于二龍濤河左側堤防下段13+700處。水泵選型為3臺900ZDB-125型軸流潛水電泵,閘站裝機500kW。閘站為穿堤三孔1.5m×2.0m方涵。本次設計左側堤防下段不再考慮穿堤排水閘。二龍濤河右堤下段有12km民堤,修建標準低,堤頂寬3m左右,平均堤高lm,迎、背水坡坡比1∶1.5。位于8+650處有一現(xiàn)狀排水閘,結構型式為二孔1.5m×1.5m方涵。
2.1 存在問題
本次二龍濤河防洪規(guī)劃,主要針對黑龍江省境內泰來縣的二龍濤河部分行治理。目前該段存在問題如下:①堤防斷面不足,標準偏低,有的河段主流改道、沖向堤腳,威脅堤防安全。②左堤上段缺少穿堤建筑物,內水不能及時排除,和平公社一帶耕地受沒。
2.2 防洪要求
二龍濤河防洪基礎設施薄弱,工程年久失修,設施少,標準低,遇到常遇洪水即可造成較大洪澇災害。特別是隨著經濟建設發(fā)展和人口增長,一些沿河的鄉(xiāng)村建成了城鎮(zhèn),原有的城鎮(zhèn)規(guī)模日益擴大,社會財富日益聚集,工農業(yè)生產能力大幅度提高,對防洪保安的要求也越來越高[1]。然而二龍濤河規(guī)劃和前期工作相對滯后,已有前期工作不能滿足治理建設需要,難以有效指導近期河流的治理和保護,同時由于缺乏投資機制和渠道,導致二龍濤河治理資金嚴重不足,特別是取消以工代賑等政策后,群眾投勞農田水利投入機制和組織形式發(fā)生較大變化,對河流的治理日趨減少,使河流治理工作面臨的問題日益突出,防洪形勢更加嚴峻。
3.1 現(xiàn)有防洪工程布局
目前泰來縣段二龍濤河堤防左側上幾段有17.5km的現(xiàn)狀堤防;左側下段16.66km為改線后堤防(已達標),左側下段堤防13+700處有一現(xiàn)狀排水閘站;右堤上段有6.0km的高地之間的連接堤,右堤下段有12.0km的民堤,8+650處有一現(xiàn)狀排水閘。
3.2 規(guī)劃防洪工程總布局
左堤上段17.5km為現(xiàn)有提防,下段16.66km為改線后堤防(己達標);右堤上段6.0km結合現(xiàn)有高地之間的連接提,下段12.0km為民堤。
左堤:從老郝家屯到侯長林屯,該段取樁號0+000-17+500,總長17.5km。侯長林屯向下,主河槽基本消夫,比降變緩,行洪斷而加寬,寬度在3km-6km,致使草原退化為葦草。泰來縣為了增加堤防的保護效益,于1989年規(guī)劃將侯長林屯以下的河道向西改線,挖河筑堤,新線最后接新建三村。改線提段從侯長林屯西(0+000)向下末端至新建三村(16+600)
長度為16.6km。侯長林下游段改線后已經達到10年一遇的防拱標準,滿足本段的保護對象的防洪要求,本次不做設計[2]。
右堤:從三合屯至牛萬山、季家粉房及聯(lián)合橋下游等段,結合現(xiàn)有高地修筑了連接堤堤防長6km。為了保護新村和三門李屯才一帶耕地和村屯從三門李下至劉儉房框,右側下段民堤段12.0km,本次不做設計。
4.1 斷面資料
2010年1月根據(jù)二龍濤河地方工程初設要求布置測量了22個河道大斷面,及22.6km河道縱斷,編號為Cs1-Cs22。
本次控制斷面選取圖牧吉水庫斷面作為堤防設計洪水斷面,根據(jù)圖牧吉水庫上游產匯流條件的不同,分塔子城以上山丘區(qū)和塔子城-水庫區(qū)間平原區(qū)兩部分分別計算其設計洪水。 用洪水參數(shù)等值線圖查算出山丘區(qū)及平原區(qū)20年一遇的洪水參數(shù)Cp、B1、B3、B7及相應的Cv值,并點繪Cv-T關系線進行適當修正??刂茢嗝嬖O計洪水成果見表1。
表1 控制斷面設計洪水成果表
4.2 起推斷面水位流量關系
利用曼寧公式計算Cs22斷面水位流量關系,實測二龍濤河段縱斷比降為i=1250,分析斷面平均糙率為n=0.026,計算Cs22斷面水位流量關系,見表2,并以Cs22作本次水面線計算的起推斷面。
表2 起推斷面Cs22設計水位流量表
4.3 圖牧吉水庫回水分析
根據(jù)1994年編制《二龍濤河流域規(guī)劃報告》,對圖牧吉水庫論證了三個方案:小型水庫方案,20a一遇設計洪水位138.78m,庫容6600萬m3;中型水庫方案,20a一遇設計洪水位138.92m,庫容7 500 萬 m3;大型水庫方案,50a一遇設計洪水位139.92m,庫容15000萬m3;而本次起推斷面Cs22的20a一遇水位為140.81m,因此不管圖牧吉水庫將來采用什么規(guī)模均不會對堤防末端產生回水頂托影響。
4.4 糙率分析
二龍濤河流域無水文站及實測資料,因此本次推算的水面線糙率成果依據(jù)天然河道糙率表,并以《黑龍江省嫩江干流堤防工程可行性研究報告》中的嫩江干流江橋至富拉爾基段糙率試算成果表為參照;結合二龍濤河主流河段順直段較長,斷面較規(guī)整,水流較通暢,基本無死水、斜流、回流,兩側岸壁為土沙,略有雜草、小樹,形狀較整齊;灘地上下游有緩彎,縱、橫面尚平坦,種有農作物,或有稀疏樹林的狀況,確定二龍濤河糙率的變化范圍主槽一般在0.025-0.029之間,灘地在0.050-0.070之間。
4.5 水面線計算公式
穩(wěn)定非均勻流計算公式如下:
(1)
流量模數(shù)按主槽和灘地分別計算,公式為:
(2)
(3)
式中:n為主槽糙率;R為主槽、灘地水力半徑:A為主槽、灘地斷面面積;α、β為主槽、灘地斷面偏角;φ為河道彎曲系數(shù),
4.6 橋梁雍水計算公式
橋梁雍水計算公式采用鐵三院公式計算:
△H=η(Vm2-V02)
(4)
式中:ΔH為雍水高度;η為雍水系數(shù);Vm為橋孔壓縮斷面平均流速,m/s;V0為橋孔擴散斷面平均流速,m/s。
壅水系數(shù)按流量壓縮比在0.05-0.15范圍內插值,壓縮比>0.6時均采用0.15,<0.3時均采用0.05。
本次設計堤防范圍內共有兩座橋梁即六合橋和聯(lián)合橋,橋寬分別為2m×8m、2m×12m,每座橋梁均有較長路面橫穿河道灘地,2005年洪水期間均有過水現(xiàn)象發(fā)生,過水寬度分別為1200m、150m。橋梁水位雍高雍高成果表見表3,設計水面線和現(xiàn)狀水面線具體成果見圖1、圖2。
表3 橋梁水位雍高成果表
圖1 二龍濤河設計水面線成果圖
圖2 二龍濤河現(xiàn)狀水面線成果圖
六合橋雍高水位正常,聯(lián)合橋異常水位偏高,分析其原因:聯(lián)合橋段本身就是此段堤防堤距較窄的地段,由于單文禮屯的存在,村民自己修筑的河堤占據(jù)了幾乎一半的河道灘地,再加上橋梁及過水路面的雍水影響,導致該處雍高水位10a一遇的洪水便達到0.58cm。洪水調查中,得知此處橋梁在1988年大洪水、2005年大洪水時均被沖毀,也驗證該斷面雍水影響的嚴重性,因此建議有條件的情況下,將單文禮屯遷走,以緩解本段左岸堤防的防洪壓力。
二龍濤河堤防在Cs14斷面、聯(lián)合橋斷面及Csl4斷面3個斷面處堤距均小于此段堤防堤距的平均值,導致這3處斷面雍水效果明顯,在本次推算的設計水面線成果中也反映出來,說明本次推算的水面線成果符合本地區(qū)地形地貌特點;同時由于原規(guī)劃水面線并沒有計算橋梁雍高,且精度不足,綜上所述,本次推算的設計水面線成果滿足初步設計精度要求,可以采用。
[1]孫翔.安徽省南陵縣城市防洪工程規(guī)劃方案[J]中國水運:下半月,2012(12):188-189.
[2]中華人民共和國水利部.GB50286-2013堤防工程設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2013.
1007-7596(2017)06-0035-03
2017-05-20
李學宏(1974-),男,黑龍江富錦人,高級工程師。
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