涇河口河道疏浚對(duì)洪水位的影響分析

【摘要】通過(guò)對(duì)不同水沙系列條件下，疏浚工程實(shí)施前后河道沖淤過(guò)程及不同流量級(jí)洪水水面線進(jìn)行計(jì)算，分析疏浚工程對(duì)洪水位的影響。計(jì)算結(jié)果表明，如果實(shí)施開(kāi)挖疏浚工程，無(wú)論未來(lái)涇河遭遇何種水沙條件，河槽回淤量有限，可以有效降低洪水位，達(dá)到增大河道過(guò)洪能力的目的。

【關(guān)鍵詞】涇河口；河道疏浚；洪水位

1、工程概況

西安涇河工業(yè)區(qū)防洪工程建設(shè)的主要目的是，修建完善涇河工業(yè)區(qū)公路橋～涇渭交匯口堤防起點(diǎn)之間長(zhǎng)2.9km河段的防洪工程體系，在防洪非工程措施有效配合下，在專(zhuān)管機(jī)構(gòu)有效的防洪調(diào)度下，確保工業(yè)區(qū)在出現(xiàn)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及以下洪水時(shí)，能夠靈活應(yīng)對(duì)，安全度汛；同時(shí)修建相應(yīng)的管理設(shè)施，保障工程安全運(yùn)行；修建水土保持措施，改善周邊環(huán)境。

西安涇河工業(yè)區(qū)防洪工程范圍是，涇河工業(yè)區(qū)公路橋～涇渭交匯口防洪堤起點(diǎn)，河段長(zhǎng)2.9km。工程包括：①右岸新修護(hù)岸2.88km，銜接段堤防0.66km；②左岸新修段堤防0.25km，連堤防汛路2.03km；③河道拓寬疏浚1.9km。

本次計(jì)算西安涇河工業(yè)區(qū)河段屬黃土峽谷型河道，河道比降為0.5‰，枯水期河槽寬度為90-170m，其特點(diǎn)是：主槽窄深，主流集中，灘槽明顯，主河槽為凸向左岸的彎曲型，見(jiàn)圖1。

河道進(jìn)行拓寬疏浚的主要目的是盡可能地增大過(guò)洪能力。由于疏浚工程投資較大，疏浚工程實(shí)施后能否有效增大該河段的過(guò)洪能力；開(kāi)挖后的河槽是否會(huì)發(fā)生回淤，回淤情況如何；如果回淤情況嚴(yán)重，應(yīng)如何處置等，這些問(wèn)題有必要進(jìn)行數(shù)值分析研究，論證疏浚工程的可行性。

2、代表水沙系列選擇

本次共有渭河咸陽(yáng)站和臨潼站、涇河張家山站三個(gè)水文站實(shí)測(cè)日平均流量和輸沙率資料，最終選取代表水沙系列為：平水平沙5年系列為1991年-1995年張家山站和咸陽(yáng)站同步水沙系列；枯水枯沙5年系列為1998-2001+1960年張家山站和咸陽(yáng)站同步水沙系列；豐水豐沙5年系列為1960-1964年張家山站和咸陽(yáng)站同步水沙系列。豐水豐沙5年系列為1960-1964年系列，該系列張家山站年平均徑流量為17.70億m3，輸沙量為2.58億t；咸陽(yáng)站同步水沙系列徑流量、輸沙量分別為66.15億m3、1.66億t。平水平沙5年系列為1991-1995年系列，該系列張家山站年平均徑流量為14.69億m3，輸沙量為2.08億t；咸陽(yáng)站同步水沙系列徑流量、輸沙量分別為24.90億m3、0.57億t ?？菟萆?年系列為1998-2001+1960年系列，該系列張家山站年平均徑流量為7.86億m3，輸沙量為1.26億t；咸陽(yáng)站同步水沙系列徑流量、輸沙量分別為18.60億m3、0.5億t。

3、數(shù)學(xué)模型

采用一維動(dòng)床非均勻不飽和輸沙模型。本模型曾利用黃河流域多個(gè)水庫(kù)及河段的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證，能夠較好的模擬水庫(kù)及河道的泥沙沖淤過(guò)程，具有較用高的精度。

本模型依據(jù)的基本方程式如下：

水流連續(xù)方程式

式中，B為河寬；h，v為斷面平均水深及流速；Q為斷面平均流量；A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；Z是水位；K是流量模數(shù)；S、S*分別是懸移質(zhì)含沙量和水流挾沙力，以kg/m3計(jì)；ω是沉速； 為泥沙干容重；g是重力加速度；As是斷面上泥沙沖淤面積；α是懸移質(zhì)恢復(fù)飽和系數(shù)；Gs、Gb分別是懸移質(zhì)和推移質(zhì)輸沙率；gb是單寬推移質(zhì)輸沙率；U*是摩阻流速；D是泥沙粒徑；x、t為流程和時(shí)間。

4、考慮河道沖淤時(shí)洪水水面線分析計(jì)算

依據(jù)西安涇河工業(yè)區(qū)防洪工程實(shí)施前后不同河道斷面情況，劃分為三種不同河道斷面方案（見(jiàn)表1），針對(duì)不同方案預(yù)測(cè)計(jì)算不同水沙系列條件下河道的沖淤過(guò)程，并在河道發(fā)生沖淤演變5年之后的床面上，計(jì)算不同流量級(jí)洪水水面線。根據(jù)斷面沖淤計(jì)算結(jié)果，論證疏浚工程實(shí)施后河槽發(fā)生回淤的可能性，回答河槽發(fā)生回淤的嚴(yán)重程度，并提出相應(yīng)處置措施。

5、不同方案下計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)不同水沙系列條件下，疏浚工程實(shí)施前后該河段的河道沖淤過(guò)程進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)算。在河道發(fā)生沖淤演變5年之后的床面上，對(duì)疏浚工程實(shí)施前后不同流量級(jí)洪水水面線進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：

（1）有堤防開(kāi)挖疏浚方案（方案3）與現(xiàn)狀河道方案（方案1）相比，涇河來(lái)水條件分別為豐水豐沙、平水平沙、枯水枯沙條件下，工程區(qū)回淤量分別為16.46萬(wàn)m3、11.31萬(wàn)m3、11.72萬(wàn)m3，分別占工程區(qū)開(kāi)挖總量的5.96%、4.1%、4.24%。說(shuō)明涇河來(lái)水條件無(wú)論怎樣變化，疏浚工程實(shí)施后河槽回淤量有限。

（2）有堤防開(kāi)挖疏浚方案（方案3）與不開(kāi)挖疏浚方案（方案2）相比，豐水豐沙系列條件下河道沖淤演變5年后，10年、20年、50年一遇洪水位最大下降幅度分別為1.52m、2.80m、2.04m；平水平沙系列條件下河道沖淤演變5年后，10年、20年、50年一遇洪水位最大下降幅度分別為2.31m、3.53m、4.5m；枯水枯沙系列條件下河道沖淤演變5年后，10年、20年、50年一遇洪水位最大下降幅度分別為2.70m、3.82m、4.57m?？梢?jiàn)，無(wú)論未來(lái)涇河遭遇何種水沙條件，開(kāi)挖疏浚工程實(shí)施后，都可以有效降低洪水位，能夠達(dá)到增大河道過(guò)洪能力的目的。

6、結(jié)語(yǔ)

西安涇河工業(yè)區(qū)防洪工程設(shè)計(jì)中，如果只修建堤防工程不實(shí)施開(kāi)挖疏浚工程，由于修建堤防束窄了河槽，將導(dǎo)致洪水位抬升。如果實(shí)施開(kāi)挖疏浚工程，無(wú)論未來(lái)涇河遭遇何種水沙條件，河槽回淤量有限，可以有效降低洪水位，達(dá)到增大河道過(guò)洪能力的目的。因此，西安涇河工業(yè)區(qū)防洪工程設(shè)計(jì)中，有必要對(duì)左岸河道進(jìn)行拓寬疏浚。

參考文獻(xiàn)：

（1）王新宏.沖積河道縱向沖淤和橫向變形數(shù)值模擬研究及應(yīng)用[D].西安理工大學(xué)，2000

（2）王新宏，曹如軒.估算河道推移質(zhì)輸沙量的數(shù)學(xué)模型[J].水利學(xué)報(bào)，1998年增刊

（3）中華人民共和國(guó)水利部，DL/T5089—1999水電水利工程泥沙設(shè)計(jì)規(guī)范[S]，北京：中國(guó)水利水電出版社，2003

作者簡(jiǎn)介：劉秀（1985—），女，漢族，山西河曲人，碩士研究生，水文規(guī)劃設(shè)計(jì)。