汭河崇信電廠段河道河勢變化及河床穩(wěn)定性分析

茍瑾麗

（平?jīng)鍪兴娍睖y設(shè)計院 甘肅平?jīng)?744000）

1 概述

平?jīng)鍪惺嵌鯛柖嗨古璧啬茉磧α亢烷_發(fā)利用的集中區(qū)之一，區(qū)位優(yōu)勢和綜合資源優(yōu)勢十分明顯，是甘肅省委省政府確立的 “中心帶動、兩翼齊飛、組團發(fā)展、整體推進”的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略打造的隴東能源化工基地的主要組成部分。為了加快西部大開發(fā)的步伐，振興甘肅經(jīng)濟，擬在平?jīng)鍪谐缧趴h建設(shè)大型坑口電站。

崇信電廠推薦廠址為銅城廠址，該廠址位于崇信縣西北10km 的汭河左岸灘地上。崇信電廠為燃煤直接空冷機組發(fā)電，規(guī)劃容量4×600MW，是甘肅省重點建設(shè)項目之一，已列入甘肅省 “十一五”規(guī)劃建設(shè)的重點項目之中。崇信電廠一期2×600 MW 發(fā)電工程可研報告已通過專家評審。廠址南鄰汭河，北靠崇安公路，占地面積28.77hm2（431.55畝），地貌單元屬汭河Ⅰ級階地，地形平坦，地勢開闊，自然坡度約5‰，在廠區(qū)南鄰的汭河上下游河段均為原始地貌，未修建任何防洪設(shè)施，受洪水威脅的可能性大，無法滿足電廠工程的防洪要求。

綜合考慮該項目規(guī)劃，根據(jù)《防洪標準》（GB50201－94），堤防工程按100a一遇洪水設(shè)計。工程區(qū)右岸影響范圍內(nèi)共分布有2個村莊，人口總數(shù)342人，耕地面積約43hm2，工程區(qū)右岸村莊及農(nóng)田設(shè)防標準為10a一遇洪水。廠址呈西北高東南低，電廠主廠房基面高程為1170m，位于100a一遇洪水位以下，需修建堤防工程。遵循左右岸、上下游兼顧的原則，結(jié)合天然節(jié)點，同時在滿足防洪要求的前提下，盡量考慮廠區(qū)用地要求，設(shè)計以左岸左營溝及馬溝兩個天然節(jié)點為控制點，按80m 最小堤距布置了堤防工程的走線，堤線全長3168m。

經(jīng)實測，該段河道平均比降J為4.22‰。根據(jù)探坑揭露，堤線通過的地層巖性有全新統(tǒng)黃土狀粉土和全新統(tǒng)砂、礫、碎石，全新統(tǒng)黃土狀粉土分布于兩岸治導線表層，厚1.0～1.5m，土體松散。全新統(tǒng)砂、礫、碎石位于黃土狀粉土之下，厚度5.5～7.5m，中密狀，平均粒徑12.3mm。

2 河勢變化分析

采用1／2000地形圖和現(xiàn)場踏勘調(diào)查分析項目區(qū)河段，河道型態(tài)為：河床寬淺、灘槽高差小、河床比降陡、岸邊抗沖能力差，水流不歸一，河床多灘心，主流擺動大，彎曲多變等特征，故該河段為游蕩型淤積河流。多年來，由于兩岸治理工程少，洪水淘岸或沖岸造成河床寬淺，這都與游蕩型河流淤積有關(guān)，從20世紀70年代河道地形圖與現(xiàn)狀比較，主河道流向已從北岸向南岸過渡。

3 河道沖淤分析

項目區(qū)河道受上游麻子灣頂托，河流由北向南在五馬溝口處轉(zhuǎn)向東北，形成一上游彎小、下游彎大的反 “S”河形，造成北岸淤南岸沖的河勢。據(jù)本次河段實測水文大斷面圖與收集到的1975年河道斷面圖套繪分析，北岸淤積段長約45m，淤積面呈直角三角形，淤積平均高度1.0m，沖刷段（自左岸70m 起至右岸110m 處）長約40m，最大沖刷深度0.8m，平均沖刷深度0.45m，南岸坡角處有淤積，上部岸坡有沖刷坍塌，從斷面沖淤平衡分析，該河段淤積面大于沖刷面，屬淤積型河段，詳見河道斷面套繪分析圖1。

圖1 河道斷面套繪分析

4 造床流量及穩(wěn)定河寬

4.1 造床流量

造床流量是指在造床作用下多年流量過程的綜合造床作用相等的某一流量。這種流量對塑造河床形態(tài)所起的作用最大，是一個比較大但又并非最大的洪水流量。目前，確定造床流量的方法多為經(jīng)驗方法，分析比較崇信電廠段河道造床流量相當于2年一遇洪峰流量。經(jīng)水文分析計算治理段2年一遇洪峰流量為94m3／s。

4.2 穩(wěn)定河寬

沖積河流通過自動調(diào)整作用，作為較長時期的平均情況，有可能處于相對平衡狀態(tài)，這種平衡狀態(tài)內(nèi)含有幾種定量關(guān)系。在此，河道穩(wěn)定寬度確定通過阿爾圖寧公式計算。

經(jīng)分析，該游蕩型河段A 取1.7，計算成果見下表1。

表1 造床流量及穩(wěn)定河寬計算成果

5 河床穩(wěn)定計算

在水流長期作用下形成的河床，其形態(tài)有一定的規(guī)律，大量資料表明，表征河床形態(tài)的水深、河寬、比降等，與來水來沙條件及河床地質(zhì)條件之間，有一定函數(shù)關(guān)系，這種關(guān)系便稱為河相關(guān)系。河相關(guān)系可采用橫斷面、縱斷面及平面3種形式表示。

5.1 河道橫斷面河相關(guān)系及穩(wěn)定分析

河道橫斷面河相關(guān)系式為：

式中：

ζ－－河相關(guān)系數(shù)；

B－－造床流量下的水面寬（m）；

H－－造床流量下的平均水深（m）。

經(jīng)過對治理段河道上的12個斷面進行分析計算，河相關(guān)系數(shù)ζ為17.8～25.6，所以該段河道為游蕩型河道（彎曲型河道ζ約為2～4，較為順直的過渡性河段約為8～12，游蕩型河道ζ約為20～30）。

河道橫向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：

式中：

φb－－橫向穩(wěn)定系數(shù)；

Q－－造床流量，m3／s；

J－－縱比降；

B－－相當造床流量的平灘河寬，（m）。

經(jīng)計算，治理段橫向穩(wěn)定系數(shù)φb為0.38，表明該防護區(qū)河段的橫向穩(wěn)定性較差。

5.2 河道縱斷面河相關(guān)系及穩(wěn)定分析

工程區(qū)內(nèi)天然河床較寬、河槽高差較大、河床比降較小、岸邊抗沖能力差，主流擺動大，彎頂位置多變等特征，汛期洪水對兩岸沖刷淘蝕較嚴重，河岸不穩(wěn)定，由此造成洪水漫灘現(xiàn)象，嚴重地威脅兩岸人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

河道縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：

式中：

φh2－－縱向穩(wěn)定系數(shù)；

d－－床沙平均粒徑，（mm）；

J－－縱比降，（‰）。

經(jīng)計算，該治理段河道縱向穩(wěn)定系數(shù)φh2為2.91，表明防護區(qū)河段的河床縱向較為穩(wěn)定。

5.3 河道平面河相關(guān)系分析

河道平面河相關(guān)系也叫穩(wěn)定河灣，主要反映河灣平面與河道特征之間的關(guān)系。經(jīng)過對天然彎道的河灣形態(tài)特征值的系數(shù)計算，該防護區(qū)內(nèi)的河道實際彎曲半徑大于計算半徑，河灣形態(tài)特征值系數(shù)在游蕩型河道的規(guī)范區(qū)間內(nèi)，表明項目區(qū)河道屬于游蕩型。

6 結(jié)語

根據(jù)以上計算分析，汭河崇信電廠段河道具有橫向穩(wěn)定較差，縱向穩(wěn)定性較好，治理段河道型態(tài)為：河床寬淺、灘槽高差小、河床比降陡、岸邊抗沖能力差，水流不歸一，河床多灘心，主流擺動大，彎曲多變等特征，故該河段為游蕩型淤積河流。

1 李昌華，金德春.河工模型試驗［M］.北京：人民交通出版社，1981.

2 甘肅省崇信電廠工程洪水安全影響評價報告［R］.平?jīng)鍪兴娍睖y設(shè)計院，2008.