洛川縣拓家河水庫(kù)引水工程防洪評(píng)價(jià)

李媛媛

（陜西省洛川縣水利工作隊(duì)，陜西 洛川 727400）

洛川縣拓家河水庫(kù)引水工程防洪評(píng)價(jià)

李媛媛

（陜西省洛川縣水利工作隊(duì)，陜西 洛川 727400）

延長(zhǎng)油礦管理局拓家河水庫(kù)引水工程，輸水管線全長(zhǎng)31.2 km，工程項(xiàng)目建設(shè)在河道管理范圍之內(nèi)。為了確保供水管線安全，按照涉河工程建設(shè)要求，通過分析拓家河水庫(kù)引水工程概況，對(duì)輸水管線布設(shè)和河道演變規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)及河勢(shì)穩(wěn)定性進(jìn)行了探討，采用洪峰流量匯水面積相關(guān)法和綜合參數(shù)法，對(duì)仙姑河支流中山川和仙姑河干流到工程終點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算，從而確定該引水工程設(shè)防30年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)是得當(dāng)?shù)模こ探ㄔO(shè)不會(huì)對(duì)河道行洪產(chǎn)生影響，可供情況相近的河道工程建設(shè)進(jìn)行參考。

洛川；拓家河水庫(kù)；引水工程；防洪；分析

1 概況

延長(zhǎng)油礦管理局是我省陜北能源化工基地的骨干企業(yè)，永坪礦區(qū)是延長(zhǎng)油礦管理局機(jī)關(guān)和永坪煉油廠等局屬單位所在地，現(xiàn)有人口1.1萬人，煉油年生產(chǎn)能力500萬t。拓家河水庫(kù)引水工程是一項(xiàng)旨在解決永坪礦區(qū)生產(chǎn)、生活用水問題的跨縣區(qū)調(diào)水工程，輸水管線全長(zhǎng)31.2 km，共計(jì)穿越中山川、仙姑河21次，穿越長(zhǎng)度共計(jì)2523 m。穿越倒虹工程，在河道全斷面施工，易受洪水的威脅。為了確保引水工程安全和順利實(shí)施，需對(duì)該工程進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)。

2 輸水管線布設(shè)及河道演變分析

2.1 輸水管線布設(shè)

拓家河引水管道采用普通流體輸送用的螺旋縫埋弧焊鋼管，規(guī)格為Φ630×6 m。引水工程輸水管線基本上沿中山川、仙姑河依地形布設(shè)，由于中山川、仙姑河兩岸地勢(shì)狹窄，受地形的影響，輸水管線反復(fù)穿越中山川、仙姑河，沿途穿河建筑物采用埋式倒虹，管線沿途河道基巖出露較高，覆蓋層較薄，倒虹河床段擬將巖石開槽后作為管溝，管道中心線位于新鮮基巖以下1.5 m，管溝回填后，在巖石槽頂加C20鋼筋蓋板，然后回填至原河床面。倒虹進(jìn)、出口管坡按不陡于1∶2布設(shè)，在倒虹岸坡段用漿砌塊石進(jìn)行防護(hù)。

2.2 河道演變分析

仙姑河洛川段是典型降水補(bǔ)給型河流，洪枯水流量懸殊較大，具有陡漲陡落、歷時(shí)短，含沙量高的特點(diǎn)。根據(jù)洛川水文站實(shí)測(cè)資料分析，多年平均徑流量0.429億m3，實(shí)測(cè)最大洪峰流量4670 m3/s，多年平均輸沙量為0.134億t。河流泥沙來源在地域上分布，含沙量和輸沙模數(shù)是從上游到中游呈遞減的趨勢(shì)。洪水主要來自洛川水文站以上的干支流，每年汛期6～9月水量和沙量比較集中，分別占全年的65%和97%。20世紀(jì)90年代以來，由于降水偏少和人類活動(dòng)影響加劇，徑流量呈減少的趨勢(shì)。

從地質(zhì)角度來看，洛川縣所在地質(zhì)地塊屬長(zhǎng)期穩(wěn)定地塊，對(duì)近期河床演變影響不大。由于河床和兩岸有中生代三迭紀(jì)砂質(zhì)泥巖出露，對(duì)河床下切和側(cè)向侵蝕有限制作用，因而形成相對(duì)穩(wěn)定的河槽。仙姑河及其支流中山川是典型的山區(qū)性河流，由于河流受邊界巖石的控制，下切和側(cè)蝕的幅度是有限的,速度是緩慢的，相對(duì)工程的時(shí)間尺度來說，這種變形微不足道，可以看成是相對(duì)平衡的。

3 防洪評(píng)價(jià)

仙姑河干流下游4.8 km處有1959年設(shè)立的洛川水文站，集水面積913 km2，工程終點(diǎn)至洛川水文站區(qū)間右岸有李家川加入其集水面積為220.6 km2，工程終點(diǎn)斷面集水面積占洛川站集水面積的73.8%。因此本次仙姑河支流中山川和仙姑河干流到工程終點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪水按照無資料地區(qū)，采用洪峰流量匯水面積相關(guān)法、綜合參數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，用洛川站設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

3.1 洛川站洪峰

仙姑河流域的洪水由暴雨產(chǎn)生，洪水歷時(shí)一般在12 h內(nèi)，峰頂滯時(shí)0.5～2 h，由于流域內(nèi)山高坡陡，墾殖指數(shù)高，植被較差，河槽調(diào)蓄能力差，洪水一般來勢(shì)兇猛，峰高量小，含沙量大，水峰沙峰相隨。根據(jù)《洛川縣瓦窯堡鎮(zhèn)芋子灣改河堤防工程防洪評(píng)價(jià)報(bào)告》對(duì)洛川站1959～2004年46年實(shí)測(cè)年最大洪峰資料系列及1909年調(diào)查洪水進(jìn)行分析計(jì)算的結(jié)果，洛川站重現(xiàn)期50年、30年、20年洪峰流量分別為3570 m3/s、3040 m3/s、2600 m3/s。

3.2 工程段干支流設(shè)計(jì)洪水

3.2.1 拓家河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水

工程段流域內(nèi)水利工程為拓家河水庫(kù)，建庫(kù)時(shí)設(shè)計(jì)最大泄流量為32 m3/s，除險(xiǎn)加固后新增泄水洞，最大泄流量為41.5 m3/s，所以在50年、30年、20年一遇洪水時(shí)，按兩個(gè)泄水洞最大泄水量泄水，下泄流量為73.5 m3/s。在計(jì)算設(shè)計(jì)洪水時(shí)，此值即為該河段設(shè)計(jì)洪水值。

3.2.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

①洪峰流量匯水面積相關(guān)法

該工程段屬于丘陵溝壑Ⅰ區(qū)，采用該區(qū)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，用洪峰流量匯水面積相關(guān)法經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算其洪峰流量，計(jì)算公式為：

式中：QN為重現(xiàn)期為N的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s，N取50、30、20年；F為設(shè)計(jì)流域面積，km2，取值見表1；KN、n為重現(xiàn)期為N的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。n取0.61，KN取64.3、55.2、45.7。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同頻率各斷面洪峰流量

②綜合參數(shù)法

綜合參數(shù)法是以小流域內(nèi)設(shè)計(jì)暴雨量和流域特征參數(shù)為基礎(chǔ)而建立的多因子經(jīng)驗(yàn)公式，公式為：

式中：QmN為重現(xiàn)期為N的洪峰流量，m3/s；N為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，年；F 為設(shè)計(jì)流域的面積，km2；ψ 為流域形狀系數(shù)，ψ=F/L2；L 為主溝長(zhǎng)度，km；Hη3N為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為N的3小時(shí)面雨量，mm；C、α、β、γ、η 為分區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)指數(shù)，分別為 4.35、0.15、0.58、0.11、0.49。

經(jīng)計(jì)算，綜合參數(shù)法計(jì)算值明顯小于洪峰流量匯水面積相關(guān)法計(jì)算值。下游洛川站用實(shí)測(cè)資料經(jīng)驗(yàn)頻率適線法確定的50年、30年、20年一遇洪峰流量分別為3570 m3/s、3040 m3/s、2600 m3/s，工程終點(diǎn)斷面流域面積比洛川站流域面積小239 km2，即26%，因而認(rèn)為洪峰流量匯水面積相關(guān)法計(jì)算的50年、30 年、20 年一遇洪峰流量 3029 m3/s、2610 m3/s、2174 m3/s較為合理，而綜合參數(shù)法計(jì)算的50年、30年、20年一遇洪峰流量2014 m3/s、1770 m3/s、1580 m3/s，明顯偏小。

綜上所述，認(rèn)為用匯水面積相關(guān)法計(jì)算的洪峰流量較為合理，所以工程段河道設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果均采用匯水面積法計(jì)算值。

3.3 沖刷計(jì)算

3.3.1 根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析沖刷深度

據(jù)洛川水文站1959年到2004年實(shí)測(cè)斷面資料統(tǒng)計(jì)分析，洛川水文站橫斷面沖淤變化范圍為0.19 m到1.81 m，洪峰流量在110～4670 m3/s之間，相應(yīng)含沙量在772～1120 kg/m3之間，局部河底沖刷深度為1.81 m，流量在2500～3000 m3/s沖刷深度為1.3～1.5 m，通過實(shí)測(cè)斷面分析的沖刷深度是漲水沖刷和落水淤積之和。根據(jù)有關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)分析資料，漲水沖刷深度是一場(chǎng)洪水（漲水沖刷和落水淤積）沖刷深度的3.6倍，因此洛川站30年一遇設(shè)計(jì)洪水的最大沖刷深度為4.7～5.4 m。由于河道內(nèi)無地質(zhì)鉆探資料，根據(jù)實(shí)測(cè)斷面資料計(jì)算的場(chǎng)洪水最大沖刷深度為沙質(zhì)河床的最大沖刷深度，若基巖的埋深小于本次計(jì)算深度，則場(chǎng)洪水的最大沖刷深度以基巖埋深為上限。

3.3.2 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沖刷深度

采用規(guī)范推薦的如下公式計(jì)算：

式中：hp為設(shè)計(jì)洪峰流量下沖刷后河槽最大水深，m；hmax為設(shè)計(jì)洪峰流量下河槽最大水深，m；hc為設(shè)計(jì)洪峰流量下河槽平均水深，m；B為設(shè)計(jì)洪峰流量下相應(yīng)水面寬，m；Dˉ為河床泥沙平均粒徑，mm；A為單寬流量集中系數(shù)；μ為水流壓縮系數(shù)，天然河道取1.0；E為與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，取0.86～0.9；Qp為設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s。

根據(jù)上述公式，選取適當(dāng)參數(shù)，上層土壤平均粒徑0.15 mm。計(jì)算的結(jié)果見表2。

由非恒定水流理論計(jì)算沖刷深度采用公式為：

式中，ΔDmax為最大沖刷深度；ρmax為渾水密度；c為洪水傳播速度；qmax為單寬流量。

經(jīng)對(duì)洛川水文站1958～1990年33年的年最大含沙量資料分析計(jì)算，33年系列平均年最大含沙量935 kg/m3。其中，最大含沙量1120 kg/m3，最小含沙量772 kg/m3，因此渾水密度按含沙量900 kg/m3計(jì)算，ρmax值取1560 kg/m3。洪水傳播速度按1.5倍斷面平均流速計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 典型斷面沖刷深度計(jì)算表

3.4 防洪綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)《洛川縣城防洪規(guī)劃報(bào)告》，遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)防西至欒家坪，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水，仙姑河干流規(guī)劃河寬為80 m，輸水管線工程仙姑河稍木子溝泵站至欒家坪段（S150～S122）7.05 km在遠(yuǎn)期規(guī)劃范圍內(nèi)。由于輸水管線采用穿越埋設(shè)設(shè)計(jì)，護(hù)岸砌體基本按原坎（岸）線布設(shè)，高度與原始地面平齊，不擠占河道行洪斷面，不阻礙水流宣泄，因此對(duì)河道行洪和防洪不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。該工程保護(hù)性護(hù)岸砌體順河方向設(shè)計(jì)長(zhǎng)度只有5 m，并依原岸線建設(shè)，不改變水流的方向，不會(huì)影響水流的流場(chǎng)的分布，不改變水流的邊界條件及水沙條件，對(duì)河勢(shì)不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

3.5 對(duì)現(xiàn)有防洪工程、水利設(shè)施及其它設(shè)施的影響

該工程入口處有拓家河水庫(kù)，出口處有稍木子溝泵站，仙姑河段雖有一干渠、二干渠引水樞紐和渠道工程及零星的堤防工程，但該工程不穿越上述水利工程，對(duì)上述水利工程運(yùn)用不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。該工程在仙姑河段S75～S150段基本與西氣東輸?shù)墓芫€并行，并多次穿越西氣東輸管道，將對(duì)其安全產(chǎn)生不利的影響。根據(jù)河床最大沖刷深度計(jì)算的結(jié)果，仙姑河工程段30年一遇洪水時(shí)次洪峰的最大沖刷深度可達(dá)5.5 m（河床質(zhì)）以上。該工程穿河建筑物采用埋設(shè)倒虹，倒虹河床段將巖石開槽后作為管溝，管道中心線位于新鮮基巖以下1.5 m，因此工程穿河段的埋深是安全的。

4 結(jié)語

拓家河水庫(kù)引水工程管線長(zhǎng)度31.2 km，共計(jì)穿越中山川、仙姑河21次，穿越長(zhǎng)度共計(jì)2523 m。穿越倒虹工程，在河道全斷面施工，易受洪水的威脅。通過對(duì)河道洪水分析和計(jì)算，該工程設(shè)防30年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)是得當(dāng)?shù)模O(shè)計(jì)的穿越河道的建筑物、防護(hù)建筑物、建筑材料符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，工程建設(shè)對(duì)河道行洪、河勢(shì)和兩岸的堤防工程及其它設(shè)施的安全不產(chǎn)生不利的影響。

TV671

B

1673-9000（2017）05-0038-03

2017-06-29

李媛媛（1975-），女，陜西洛川人，工程師，主要從事水利相關(guān)工作。