四川省蘆山縣玉溪河新建生態溢流堰可行性分析

翁茂峰

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司 陜西 西安 710000）

1 工程概述

蘆山縣位于四川盆地西緣，雅安地區東北部，北與汶川縣連界。玉溪河流域屬四川盆地西部邊緣丘陵與高山過度地帶，海拔高程800.00m～1000.00m，地形起伏較大。地貌類型為構造剝蝕型與侵蝕堆積型。玉溪河流域受西南季風暖濕氣流的影響，四季分明，雨量豐沛，氣候溫和，具有溫帶氣候和山地氣候的特征，多年平均氣溫15.2℃。

通過對玉溪河蘆山縣城段的主河道進行清淤疏浚、平整岸坡、構造微地形、修建生態溢流堰等措施，使河道常水面寬度和長度得到增加，形成連續水面，增加親水空間。在保證鄉鎮兩岸防洪要求的基礎上，在充分考慮為鄉鎮經濟社會提供必要水利基礎保障的同時，統籌考慮水利基礎設施與河道生態及人文景觀的有機結合。

新建生態溢流堰共7座，1#堰長度123m，2#堰長度 138m，3#堰長度 177m，4#堰長度 121m，5#堰長度163m，6#堰長度159m,7#堰長度129m。堰凈高3m～4m，堰長100m～170m，各堰回水長度500m～1100m。疏浚河道6100m。生態溢流堰軸線采用折線形，按照地勢自然彎曲。堰型采用低矮實用堰型，堰體共6級臺階，堰頂寬度4m，第二級臺階寬度8m，以后每級臺階寬度6m、5m、6m、5m以此類推，臺階凈高0.6m。

根據GB50201-2014《防洪標準》的有關規定，玉溪河本工程河段兩岸的防洪標準按20年一遇，相應洪峰流量2820m3/s。

本文通過洪水計算、泄流計算、壅水分析計算、水面線計算四方面從行洪論證角度對生態溢流堰的建設進行可行性分析。

2 洪水計算

本工程位于玉溪河魚溪水文站下游約20km處，工程河段末端斷面以上集水面積為1405km2。根據《水利水電工程設計洪水計算規范》SL44-2006，屬于上下游有實測水文系列的工程，直接使用水文站資料計算設計洪水。

魚溪水文站有12年（1959～1970年）實測年最大流量及1959～2000年42年的實測年最高水位資料，因此，魚溪水文站的年最大流量系列需要插補延長。用魚溪水文站插補后的1959～2000年共42年的最大洪水系列，加上調查的1934、1966年歷史洪水，組成不連續系列進行頻率計算，也滿足洪水頻率計算的規范要求。

魚溪水文站不連續系列的均值為：

調查期的洪水頻率用數學期望公式計算：

實測和插補期年最大流量的經驗頻率采用下式計算：

式中：a—在N年中連序順位的特大洪水的項數；N—洪水調查考證期；n—實測插補洪水系列項數；L—實測系列中抽出作特大值處理的洪水項數；m—實測插補洪水的序位；Pm—實測插補系列中第m項的經驗頻率。

先用矩法初步估算魚溪水文站洪水系列的統計參數，再用P—Ⅲ曲線適線，最后用適線法來確定洪水系列的統計參數。魚溪水文站洪水頻率計算成果見表1。

采用水文比擬法推求本工程指定頻率的洪水。根據魚溪水文站設計洪水成果，按面積比指數，洪峰流量采用2/3次方，移用至工程斷面。計算得到設計洪水成果見表2，其中魚溪站集水面積為1054km2。

3 泄流計算

3.1 新建生態溢流堰位置天然泄流曲線計算

由于工程河段無實測水位流量數據資料，故按測量實測大斷面和水面比降，經驗選擇糙率，用水力學公式來計算繪制推求水位流量關系。為了進行工程河段河道行洪能力分析計算，對該河段河道進行了河道縱、橫斷面及1:1000局部地形圖的測量。

用曼寧公式推求，其計算公式為：

表1 魚溪水文站年最大流量頻率計算成果表

表2 本工程河段設計洪水成果表（比擬法）

式中：Q—流量（m3/s）；A—過水斷面面積（m2）；R—水力半徑（m）；n—糙率；J—水面比降；其中，A、R通過實測大斷面資料求出，I由實測縱斷面推求，n主要參照附近水文站實測糙率值及天然河道河床糙率表，本河段取0.035，計算得到的20年一遇天然水位見表3。

表3 新建生態溢流堰位置天然河段20年一遇洪水位

表4 新建生態溢流堰建成后各頻率洪水位表

表5 7座新建生態溢流堰壅水高度計算表

表6 工程建設后水面線計算成果表

3.2 新建生態溢流堰建成后河道泄流計算

建堰后泄流計算按照水力學手冊中寬頂堰的經驗公式進行計算。

計算公式：

式中：σs-淹沒系數，本次取值1；σc-側收縮系數，本次取值1；m-流量系數，本次取值0.36；B-堰跨河寬度，本次根據實際跨河寬度取值；H0-包括行進流速水頭的堰前水頭。

根據寬頂堰公式計算得到生態溢流堰建成后泄流曲線，根據泄流曲線查對應頻率洪水位見表4。

4 壅水分析計算

壅水分析選用頻率為P=5%洪水時的設計洪峰流量，堰址位置工程建成后水位與堰址位置天然洪水位差值作為壅水高度。計算得到7座堰壅水高度見表5。

20年一遇洪水時，1#堰壅水高度3.58m 2#堰壅水高度2.58m；3#堰壅水高度2.21m 4#堰壅水高度2.75m；5#堰壅水高度2.69m 6#堰壅水高度3.81m；7#堰壅水高度3.44m。

1#堰回水長度約800m；2#堰回水長度約1000m；3#堰回水長度約800m；4#堰回水長度約500m；5#堰回水長度約600m；6#堰回水長度約900m；7#堰回水長度約1100m。

5 水面線計算

天然河道的洪水大多屬于不穩定流，水面線的計算可以近似地視為穩定流量以簡化計算。穩定非均勻流按伯努利能量方程進行計算，即：

式中：Z2、Z1為計算段上、下游斷面水位V2、V1為計算段上、下游斷面平均流速，a2、a為計算段上、下游斷面的動能修正系數；hf為沿程水頭損失；hj為局部水頭損失。

在流量、控制斷面水位和河段糙率確定后，即可由該式算出河道斷面的水力要素。河道糙率值根據“天然河道糙率表”并結合河道實際情況選定，整治后的糙率值為0.035。

從1#堰作為控制斷面向上游推算，到2堰下時，再以2#堰作為控制斷面向上游繼續推算，以此類推。以從下游往上游前5座堰為例，計算出工程建設后的水面線成果見表6。

6 可行性分析

以20年一遇洪水為標準，從行洪角度分別分析新建7座生態溢流堰建設的可行性。

1#堰頂水位664.86m，右岸是山體，高程679.40m，左岸公路高程為676.61m，建堰前后高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設可行。

2#堰頂水位667.93m；右岸為地勢較高山體，較高處高程為701.66m，左岸岸坡高程為672.67m，建堰前后高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設可行。

3#堰頂水位670.58m；右岸為耕地，地面高程為682.43m，左岸公路路面高程676.44m，建堰前后兩岸高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設可行。

4#堰頂水位673.33m；右岸施工圍墻高程為676.00m，右岸公路路面高程為681.78m，建堰前后兩岸高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設可行。

5#堰頂水位675.89m；右岸為居民聚集地，地面高程為687.42m，左岸公路路面高程為683.31m，建堰前后兩岸高程均滿足行洪要求，從行洪角度工程建設可行。

6#堰頂水位682.2m；右岸為山體，較高處高程為714.42m，左岸為農田，高程為677.44m，建堰前后左岸高程均不滿足行洪要求，工程建設后將加劇對左岸農田的淹沒程度。從行洪角度工程建設不可行。

7#堰頂水位685.76m，右岸為林地，地面高程為682.79m，左岸地面高程為684.41m，工程位置建堰前20年一遇洪水位為：682.32m，天然河道兩岸可滿足行洪要求；工程建設后兩岸高程均不滿足行洪要求，可見，7#堰的建設，將對兩岸造成新的淹沒，從行洪角度工程建設不可行。

7 結論

通過以上水文計算，根據四川省河道阻水建筑物行洪論證原則中，新建攔河工程，不會對兩岸造成新的淹沒，或者淹沒加劇的原則，1#、2#、3#、4#、5#新建生態溢流堰從兩岸均滿足20年一遇洪水位高程，能夠滿足行洪要求的角度，工程建設可行；6#、7#新建生態溢流堰不滿足行洪要求，工程建設不可行。6#堰、7#堰由于建設后水位不能滿足行洪要求，建議降低堰頂高程，或者調整堰址位置。陜西水利

[1]李煒，水力計算手冊（第二版），武漢大學水利水電學院 水力學流體力學教研室，77-82.

[2]《水利水電工程設計洪水計算規范》S L44-2006.

[3]《防洪標準》GB50201-2014.北京：中國計劃出版社，2014.