喀左縣大凌河干流城市防洪工程設(shè)計(jì)分析

李洪君

(喀左縣水資源辦公室，遼寧 喀左122300)

1 水 文

大凌河干流原點(diǎn)流域的降水主要受華北氣旋、臺(tái)風(fēng)、冷渦及高空槽等天氣系統(tǒng)的影響，多年平均降水量為493.3 mm，降水在年內(nèi)，年際變化較大，時(shí)空分布極不均勻，多集中在7、8 兩個(gè)月，約占全年降水量的70%。

流域內(nèi)多年平均徑流深為102.3 mm，年內(nèi)分配也極不均勻。徑流量多以洪水方式下泄，非汛期河道徑流小，近幾年出現(xiàn)長(zhǎng)期間斷流現(xiàn)象［1］。

1.1 暴雨洪水特性

大凌河干流的洪水均由暴雨所形成，由于受上述天氣系統(tǒng)的影響，經(jīng)常發(fā)生局部暴雨。據(jù)歷史文載記載，近一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，西支流域曾多次發(fā)生較大洪水，大洪水的主要年份有1917 年、1930 年、1949年、1962 年、1984 年及1994 年，其中，1917 年洪水比較久遠(yuǎn)，考證不深，而1930 年、1949 年洪水均相當(dāng)于100 a一遇，1962 年洪水次之，近年的1984 年及1994年洪水，也相當(dāng)于10 a一遇，且每次洪水過(guò)后，都給兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)造成了較大的損失［2］。

本次資料延長(zhǎng)后，哈巴氣站具有1957—2002 年共46 a連續(xù)洪水資料。考慮歷史洪水，按照前面的洪水重現(xiàn)期分析成果，采用繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩法進(jìn)行頻率計(jì)算。設(shè)計(jì)洪峰流量成果見(jiàn)表1。

由于近年未發(fā)生大洪水，本次延長(zhǎng)水文系列后，均值略有降低，從成果對(duì)照表中可以看出，計(jì)算成果小于《大凌河流域規(guī)劃(要點(diǎn))補(bǔ)充報(bào)告》成果。為安全計(jì)，設(shè)計(jì)洪峰流量依然采用原成果［3］。

表1 哈巴氣站設(shè)計(jì)洪峰成果表

1.2 泥沙

大凌河流域有泥沙觀測(cè)項(xiàng)目的水文站有12 處。遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，在《大凌河流域規(guī)劃》等項(xiàng)目中，對(duì)大凌河流域的泥沙特性進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的分析，當(dāng)時(shí)采用的資料年限為1957—1985 年。

大凌河西支的哈巴氣水文站1957—1985 年間多年平均懸移質(zhì)輸沙量為250.28×104t。1986 年以后沒(méi)有發(fā)生大洪水，且由于上游水土保持工作的加強(qiáng)，哈巴氣水文站泥沙減少許多，1957—2002 年間多年平均懸移質(zhì)輸沙量為195.9×104t，較1957—1985年間減少了21.2%。為安全計(jì)，本次大凌河西支泥沙特性分析依然采用1957—1985 年系列［4］。

從年際變化來(lái)看，最大懸移質(zhì)輸沙量發(fā)生在1962 年，年懸移質(zhì)輸沙量為2718.46×104t，最小懸移質(zhì)輸沙量發(fā)生在1973 年，年懸移質(zhì)輸沙量?jī)H為7.20×104t，兩者相差377 倍之多。

從年內(nèi)分配來(lái)看，其多年平均懸移質(zhì)輸沙量汛期6－9 月為245.54×104t，占全年的98.1%，7－8月為213.36×104t，占全年的85.2%，年內(nèi)分配極不均勻。

哈巴氣站多年平均泥沙特征值及泥沙年內(nèi)分配情況見(jiàn)表2、表3。

表2 哈巴氣站懸移質(zhì)泥沙特征值

表3 哈巴氣站懸移質(zhì)輸沙量年內(nèi)分配表

2 工程地質(zhì)條件

經(jīng)勘察場(chǎng)地地層上部為第四系沖洪積層，下部為白堊系下統(tǒng)九佛堂組砂頁(yè)巖，各層巖土分述如下:

第①－1 層、素填土:在場(chǎng)地局部分布，ZK6、ZK7號(hào)孔見(jiàn)有分布，層厚0.60 ～2.70 m，ZK6 號(hào)孔為礫砂、ZK7 號(hào)孔為粉土，稍密狀態(tài)，不宜做天然地基［5］。

第①層、粉土:在場(chǎng)地廣泛分布，層厚0.60 ～1.50 m，黃褐色，稍密狀態(tài)，搖振反應(yīng)中等，韌性低，干強(qiáng)度低。

第②－1 層、粗砂:在場(chǎng)地北部見(jiàn)有分布，層頂埋深0.70 ～1.00 m，層厚0.20 ～0.50 m，黃褐色，稍密狀態(tài)，礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石，顆粒級(jí)配一般。

第③層、強(qiáng)風(fēng)化砂頁(yè)巖:在場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，層頂埋深3.40 ～6.80m，厚度2.80 ～3.60 m，灰綠色～灰黑色，強(qiáng)風(fēng)化，巖芯呈塊狀、碎塊狀，原巖結(jié)構(gòu)已顯著變化，手拆易斷，下部可見(jiàn)碎屑結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造［6－7］。

3 工程規(guī)模

根據(jù)2006 年統(tǒng)計(jì)年鑒，喀左縣現(xiàn)行政區(qū)域總面積2 238 km2，總?cè)丝?2.3 萬(wàn)人。2005 年全市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值21.1 億元。其中第一產(chǎn)業(yè)增加值7.7億元;第二產(chǎn)業(yè)增加值8.04 億元;第三產(chǎn)業(yè)增加值5.32 億元［8］。

4 防洪河道分析

據(jù)本次設(shè)計(jì)范圍:喀左縣大凌河干流吉利玍大橋至大凌河干流原點(diǎn)1.7 km，大凌河干流南支為1.8 km，大凌河干流西支0.6 km，共4.1 km。確定起點(diǎn)水位為東哨發(fā)電站漫水橋水位為起點(diǎn)水位［9］。

根據(jù)上述已知條件及所確定的有關(guān)參數(shù)，河道P=5%水面線成果見(jiàn)表5。

表4 2005 年喀左縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況表

表5 大凌河干流水面線計(jì)算成果表

5 工程總體布置

本工程主要由防洪堤、堤頂?shù)缆返炔糠纸ㄖ锝M成。

本次設(shè)計(jì)范圍:喀左縣大凌河干流吉利玍大橋至大凌河干流原點(diǎn)1.7 km，大凌河干流南支為1.8 km，西支0.6 km，共4.1 km。確定起點(diǎn)水位為東哨發(fā)電站漫水橋水位為起點(diǎn)水位。本次防洪工程設(shè)計(jì)，以確保喀左縣企事業(yè)單位、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全為主要目的，并充分考慮上下游、左右岸的關(guān)系，依據(jù)國(guó)家有關(guān)的法律法規(guī)做到全面規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧［10］。

表6 大凌河南支水面線計(jì)算成果表

大凌河干流原點(diǎn)河道防洪工程堤防按Ⅳ級(jí)堤防設(shè)計(jì)，依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—98)有關(guān)規(guī)定，堤頂超高應(yīng)為風(fēng)浪爬高加安全加高再加風(fēng)壅增水高度。

計(jì)算公式如下:其中安全加高按規(guī)范要求Ⅳ級(jí)堤防采用0.6 m。

大凌河干流、南支、西支堤防A=0.60 m，Rp=0.793 m，e=0.0067 m

依據(jù)計(jì)算結(jié)果及規(guī)范要求Ⅳ級(jí)堤防堤頂超高采用計(jì)算值1.39 m，考慮與西支現(xiàn)有堤防銜接，綜合考慮堤防超高值取1.4 m。堤防典型斷面見(jiàn)圖1。

圖1 堤防典型斷面

水流平行于岸坡沖刷深度計(jì)算成果見(jiàn)表7。

表7 水流平行于岸坡沖刷深度計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，工況(1)的背水側(cè)堤坡滲出段、沿地基段及工況(2)的臨水側(cè)堤坡滲出段的滲透穩(wěn)定均滿(mǎn)足要求。堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

采用理正邊坡穩(wěn)定分析軟件，與滲流計(jì)算選擇同一典型斷面計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，堤防在正常情況下堤坡安全系數(shù)均大于抗滑穩(wěn)定允許安全系數(shù)，符合規(guī)范抗滑穩(wěn)定要求，設(shè)計(jì)斷面合理、安全。

表9 堤坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

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