小凌河險工險段治理規(guī)劃設(shè)計

摘 要：本文以小凌河錦州市松山新區(qū)北壕村段為例，通過對歷史洪水危害程度分析，選取典型年洪水組成為水力學(xué)計算基礎(chǔ)，確定治理規(guī)模和水工建筑物組成形式。

關(guān)鍵詞： 河道險工險段;洪水分析;水力學(xué)計算;水工結(jié)構(gòu)形式

小凌河在松山新區(qū)北壕村位置呈“弓”字型走向，北壕村處于弓背位置，小凌河洪水受河道急轉(zhuǎn)彎影響，對河岸沖刷加劇。2004年以前小凌河河岸距北壕村東側(cè)房屋還有近20.0m距離，現(xiàn)河岸距居民房屋最近處僅剩不足8.0m距離，對該險工險段治理直接關(guān)乎沿岸百姓生命安危。

一、洪水分析

1.洪水組成

險工險段上游有女兒河、百股河匯入，需要分別分析計算小凌河干流錦州站、女兒河烏金塘站、烏金塘～女兒河口區(qū)間、女兒河口及匯流口各控制點(diǎn)天然設(shè)計洪水成果。

2.典型年選擇及典型洪水過程線

選取1963年洪水過程比較危險、有代表性的典型年進(jìn)行分析。小凌河匯流口以上洪水過程線采用錦州水文站實(shí)測成果。烏金塘站洪水過程線采用其本站還原后成果。烏金塘～女兒河口區(qū)間洪水過程線采用遼寧省暴雨洪水查算圖表法推求。女兒河口洪水過程線用烏金塘站洪水過程線和區(qū)間洪水過程線進(jìn)行組合求得。

3.設(shè)計洪水組成分析計算

根據(jù)上述設(shè)計洪水地區(qū)組成方法，采用1963年作為全區(qū)設(shè)計洪水地區(qū)組成的典型年，經(jīng)計算匯流口天然設(shè)計洪峰流量P=1%時為12900 m3/s;P=2%時為10300 m3/s;P=3%時為8810 m3/s;P=5%時，為7030 m3/s;P=10%時為4720 m3/s。

二、水力學(xué)計算

1.工況分析

第一種工況按現(xiàn)狀水位條件，即在低水位季節(jié)，主要考慮在施工過程中建筑物對水流的改變作用，水位的雍高和沖刷作用對壩基和壩體的破壞;第二種工況按河道水位與壩頂高度相等情況;第三種工況按河道水位與兩岸高度相等情況。

2.現(xiàn)狀水位條件

a、河道流量計算（水位2.30m）

該區(qū)無實(shí)測流量資料，近似按均勻流公式計算

Q=ωc = ? ?=587.4（m3/s）{式中：Q-流量（m3/s）;ω-過水?dāng)嗝娣e（m2）;n-糙率（查得主槽該段n=0.025）;R-水力半徑;X-濕周（m）;I-該河段實(shí)測平均比降i=0.00045，從實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)斷面上查得面積ω=345.79 m2，濕周X=122.05m，則R=2.833}

b、雍水高度計算（水位14.50m）

ΔZ=Q/2g（ψε h）2- /2g=0.00049≈0{式中：Q-587.4m3/s;ψ-流速系數(shù)，取0.85;ε-側(cè)收縮系數(shù)，取0.8; -壩孔中平均寬度，取120.8m ;h-水深，取3.0m; -行進(jìn)流速（忽略不計）}

c、丁壩局部沖刷深度計算（水位2.30m）

由于雍水高度ΔZ≈0，故局部沖刷深度按實(shí)際水深進(jìn)行計算，則H_max=1.84h/（0.5b+h） （（v-v_H）/（v_0-v_H ））^0.75 bK_m K_a=5.01m{式中：Hmax-局部沖刷后的最大水深（從水面算起）;h-局部沖刷前的水深h=3.0m ;b-丁壩在流向法線上的投影長度（按五號壩長b=12.3m計算）;V-流向丁壩頭的水流垂線平均流速;V- = （m/s）;V0-土壤的沖刷流速（m/s），對非粘性土壤V0=3.64 ;中砂d=0.003m;V0=3.64 =1.109（m/s）;VH-土壤的起沖流速（m/s）;VH= V0（ ）y=0.212（m/s），查水力手冊y=0.13;Km-與丁壩頭部邊坡系數(shù)m有關(guān)系數(shù)（m=1.0）查水力手冊Km=0.71 ;Ka—與丁壩軸線和流向之間的夾角α有關(guān)的系數(shù)（α=60°）;Ka= ?= =0.87}

則最大沖刷深度為：5.01-3.0=2.01m

3.河道水位與壩頂高度相等的水位條件和河道水位與兩岸高度相等的水位條件

按上述計算公式及過程，得出河道水位與壩頂高度相等的水位條件和河道水位與兩岸高度相等的水位條件最大沖刷深度分別為3.46m、-2.09m。

三、水工建筑物結(jié)構(gòu)形式

1.總體布局

護(hù)岸工程采用格賓石籠丁壩與格賓石籠順壩相結(jié)合的護(hù)岸形式。丁壩采用下挑流型式，與整治線成60°夾角，丁壩間距以沿岸坡前一個壩長的3倍左右確定。水面以下采用拋石作為丁壩基礎(chǔ)，拋石底部設(shè)蘆葦沉排，拋石上按矩形格賓石籠壘砌形成丁壩。順壩沿丁壩間岸坡布置，水下為拋石，拋石底部設(shè)蘆葦沉排，拋石上部為矩形格賓石籠壩，石籠順壩呈階梯狀壘砌。

2.丁壩結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)正常水位（2.30m）時確定水面以上0.7m為拋石基礎(chǔ)面，拋石高度平均為3.0m、頂寬8.5m，壩前拋石長度4.0m，邊坡系數(shù)m=1.0;拋石基礎(chǔ)頂面以上為格賓石籠丁壩，壩高2.0m，分四層砌筑。

3.順壩結(jié)構(gòu)形式

順壩沿丁壩間布置，3.0m高程以下采用拋石，拋石厚度平均1.5m，壩前拋石長度4.0m，拋石邊坡系數(shù)m=1.0。3.0m高程以上采用矩形格賓石籠成臺階狀壘砌，各層重疊寬度1.0m。壩頂?shù)陀诤影?.2～0.5m時按6層設(shè)計，高處按12層設(shè)計。

四、結(jié)語

通過對洪水的組合分析和水力學(xué)計算，不同工況下壩頭沖刷深度變化較大，河道水位與壩頂高度相等的水位條件下壩頭沖刷深度最大為3.46米。為解決沖刷深度對壩體、壩基的破壞，需將丁壩基礎(chǔ)前端加長，其加長長度應(yīng)大于沖刷深度值的0.5～1.0m，以保證壩頭和壩基在水流沖刷的情況下保持穩(wěn)定，不受破壞。

作者簡介：司大磊（1986-10-）男，遼寧喀左人，大學(xué)學(xué)歷，現(xiàn)為錦州市松山新區(qū)小凌河保護(hù)區(qū)管理所職員，助理工程師職稱，長期從事凌河保護(hù)及水利技術(shù)工作。