建平縣濱河北路防洪工程水面線計算分析

陳樹華

(建平縣水務局，遼寧 建平 122400)

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建平縣濱河北路防洪工程水面線計算分析

陳樹華

(建平縣水務局，遼寧 建平 122400)

建平縣濱河北路防洪工程水力計算依據《防洪規劃》提供成果，通過斷面的驗證，確定起點水位，選擇糙率，運用能量方程推求水面線，確定不同頻率下的水面高度，為堤防工程建設提供依據。沿建平縣城區修建濱河北路即防洪堤，通過工程治理加快交通運輸的快速發展，實現河道暢通，河道內出現環境水面，改造城市環境。

防洪工程；起點水位；糙率；水面線；成果

0　前　言

本次濱河北路工程防洪工程設計，以確保牤牛河兩岸企事業單位、鄉鎮、農田及人民群眾生命財產安全為主要目的，并充分考慮上下游、左右岸的關系，依據國家有關的法律法規做到全面規劃，統籌兼顧。建平縣濱河北路工程防洪工程部分按河流不同分為五段。山口河段、富山河段、牤牛河段、二道莫河段和匯合口下河段[1]。各段堤頂高的確定需要先確定水面的高度，以下就水力計算進行簡要分析。

1　濱河北路防洪工程水力計算

首先確定起點水位，據相關歷史資料，本次牤牛河治理工程范圍包括圍繞城區的牤牛河段及二道莫河段。二道莫河無歷史資料可查，而牤牛河有葉柏壽水文站。

1985年5月，建平縣水利局編制了《第二牤牛河清障整治防洪規劃》(以下簡稱《防洪規劃》)。在《防洪規劃》中，根據1982年實測的41條橫斷面圖，5座橋梁縱斷面及其它資料，對水面線進行了推算。選取了兩個控制斷面計算起點水位，分別為漫水橋L32斷面和總出口L40號斷面，并用水文站基本水尺斷面L9水位進行了驗證。1985年起點水位成果見表1。

表1　1985年《防洪規劃》起點水位成果表

本次設計中，1985年《防洪規劃》所提成果有很大的借鑒價值，但在本次設計中不能完全采用。這是因為：①1985年《防洪規劃》所依據的1982年實測橫斷面至今已24 a，河道大斷面發生了較大的變化，尤其近年開采鐵礦排渣，河道淤積；②因水文系列的延長，不同頻率的流量有所差別。本次牤牛河治理工程按20 a一遇設計。本次設計若再次從L40斷面推算，需重測大斷面，設計周期很長，考慮到本次設計范圍內有L9水文站斷面可以驗證，因此本次設計借鑒《防洪規劃》的成果，并用L9斷面驗證[2]。

在本次設計范圍內，有L7～L13斷面。L13斷面位于牤牛河與二道莫河匯流口下游200m。本次設計以L13斷面為起始計算斷面，向上游推算牤牛河與二道莫河的設計水位。

表2中本次設計起始水位為軟件自動計算值。本次設計流量與1985年《防洪規劃》流量很接近，但起始水位卻差別較大。其原因主要有如下2點：①目前L13斷面與1982年實測相比，河底平均高程抬高0.50m，河底最低點高程相差0.58m，相應設計流量下的水位也應抬高；②1985年規劃時，河道基本上無堤防，河床主槽與灘地高差不大，河道行洪寬度為361m，而人工渠化后，河床較規整，修筑堤防，河道寬度為306.5m，因此起始水位也相應抬高。

表2　本次設計采用起點水位

實際上，本次設計只整治至L13斷面，其下斷面維持現狀，河道寬度行洪時L13斷面以下逐漸擴大，產生局部水頭損失，水位應有所下降。按目前選用其結果是偏于安全的[3]。

以上起點水位確定后就是糙率的選擇，1985年《防洪規劃》時，主槽糙率為0.017～0.021，左灘糙率為0.045～0.055右灘糙率為0.038～0.048。

河道整治后修建堤防，堤防護坡為混凝土，其糙率為0.015～0.020，護坡糙率對整個河道影響較小。河道整治后，原有河道過流條件改善，綜合考慮河段特征、洪水坡度、河床質平均粒、寬深比、含沙量等因素，并與該河道特性相近的大凌河喀左城市段進行類比分析，最終治理河床選用0.033做為設計糙率值[4]。

糙率選定后需要確定設計河道比降，治理的原則是基本上維持天然河道的比降不變。治理后河道趨向平順，斷面為梯形斷面，經實測并回歸分析確定設計比降見表3。

表3　設計河道比降表

2　 濱河北路防洪工程水面線計算原理與方法

建平縣牤牛河設計水面線計算采用天然水面線計算軟件V3.111，其中橋壅水計算采用鮑式公式，一般斷面間用能量方程式推算。

能量方程式：

(1)

式中：Z1、Z2分別為下、上游斷面的水位，m；hf、hj分別為上下斷面間的沿程、局部水頭損失，m。u1、u2分別為下、上游斷面的流速,m/s。

鮑氏公式：

△Z=ξ(V2-V12)

V=2PVS/(1+P)

V1=Q/(W過+W阻)

(2)

式中：△Z為橋壅水高度，m；ξ為系數(與水流進入橋孔的阻力有關)；V為有沖刷情況時，橋下平均流速，m/s；V1為天然條件下橋位處平均流速，m/s；P為與橋孔沖刷有關的系數；W過、W阻為橋的過水和阻水斷面面積，m2；VS為橋下設計洪水流速，m/s。

3　濱河北路防洪工程水面線計算成果

根據上述已經條件及所確定的有關參數，各河道P=2%、 P=5%、P=10%水面線成果見表4。

以上水面線計算成果表為確定堤頂高程提供依據。

4　結　語

沿建平縣城區修建濱河北路即防洪堤，通過工程治理加快交通運輸的快速發展，實現河道暢通，河道內出現環境水面，改造城市環境。

表4　各河道p=2%、p=5%、p=10%水面線成果

[1]韓立陽,馬雪梅,肖敬光,薛強.渾河沈陽城市段水面線計算中所遇問題的分析[J].東北水利水電.2004(12)：11-27.

[2]游暢.關于福永河防洪工程規模幾個重要邊界條件的確定[J].中國農村水利水電.2013(05)：170-172.

[3]胡宇.明渠水面線計算方法分析研究[D].西安：西北農林科技大學，2008.

[4]宿繼成,曲少萍,胡湘.天然河道水面線計算方法的改進[J].黑龍江水利科技，2007(01)：24-26.

1007-7596(2016)05-0046-03

2016-03-18

陳樹華(1965-)，男，遼寧建平人，高級工程師，從事水利管理工作。

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