涇河口河道疏浚對洪水位的影響分析

【摘要】通過對不同水沙系列條件下，疏浚工程實施前后河道沖淤過程及不同流量級洪水水面線進行計算，分析疏浚工程對洪水位的影響。計算結果表明，如果實施開挖疏浚工程，無論未來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，達到增大河道過洪能力的目的。

【關鍵詞】涇河口；河道疏浚；洪水位

1、工程概況

西安涇河工業區防洪工程建設的主要目的是，修建完善涇河工業區公路橋～涇渭交匯口堤防起點之間長2.9km河段的防洪工程體系，在防洪非工程措施有效配合下，在專管機構有效的防洪調度下，確保工業區在出現設防標準及以下洪水時，能夠靈活應對，安全度汛；同時修建相應的管理設施，保障工程安全運行；修建水土保持措施，改善周邊環境。

西安涇河工業區防洪工程范圍是，涇河工業區公路橋～涇渭交匯口防洪堤起點，河段長2.9km。工程包括：①右岸新修護岸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。

本次計算西安涇河工業區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，見圖1。

河道進行拓寬疏浚的主要目的是盡可能地增大過洪能力。由于疏浚工程投資較大，疏浚工程實施后能否有效增大該河段的過洪能力；開挖后的河槽是否會發生回淤，回淤情況如何；如果回淤情況嚴重，應如何處置等，這些問題有必要進行數值分析研究，論證疏浚工程的可行性。

2、代表水沙系列選擇

本次共有渭河咸陽站和臨潼站、涇河張家山站三個水文站實測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；咸陽站同步水沙系列徑流量、輸沙量分別為24.90億m3、0.57億t 。枯水枯沙5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、數學模型

采用一維動床非均勻不飽和輸沙模型。本模型曾利用黃河流域多個水庫及河段的實測資料進行過驗證，能夠較好的模擬水庫及河道的泥沙沖淤過程，具有較用高的精度。

本模型依據的基本方程式如下：

水流連續方程式

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為過水斷面面積；Z是水位；K是流量模數；S、S*分別是懸移質含沙量和水流挾沙力，以kg/m3計；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是懸移質恢復飽和系數；Gs、Gb分別是懸移質和推移質輸沙率；gb是單寬推移質輸沙率；U*是摩阻流速；D是泥沙粒徑；x、t為流程和時間。

4、考慮河道沖淤時洪水水面線分析計算

依據西安涇河工業區防洪工程實施前后不同河道斷面情況，劃分為三種不同河道斷面方案（見表1），針對不同方案預測計算不同水沙系列條件下河道的沖淤過程，并在河道發生沖淤演變5年之后的床面上，計算不同流量級洪水水面線。根據斷面沖淤計算結果，論證疏浚工程實施后河槽發生回淤的可能性，回答河槽發生回淤的嚴重程度，并提出相應處置措施。

5、不同方案下計算結果分析

對不同水沙系列條件下，疏浚工程實施前后該河段的河道沖淤過程進行了預測計算。在河道發生沖淤演變5年之后的床面上，對疏浚工程實施前后不同流量級洪水水面線進行了計算。計算結果表明：

（1）有堤防開挖疏浚方案（方案3）與現狀河道方案（方案1）相比，涇河來水條件分別為豐水豐沙、平水平沙、枯水枯沙條件下，工程區回淤量分別為16.46萬m3、11.31萬m3、11.72萬m3，分別占工程區開挖總量的5.96%、4.1%、4.24%。說明涇河來水條件無論怎樣變化，疏浚工程實施后河槽回淤量有限。

（2）有堤防開挖疏浚方案（方案3）與不開挖疏浚方案（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。可見，無論未來涇河遭遇何種水沙條件，開挖疏浚工程實施后，都可以有效降低洪水位，能夠達到增大河道過洪能力的目的。

6、結語

西安涇河工業區防洪工程設計中，如果只修建堤防工程不實施開挖疏浚工程，由于修建堤防束窄了河槽，將導致洪水位抬升。如果實施開挖疏浚工程，無論未來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，達到增大河道過洪能力的目的。因此，西安涇河工業區防洪工程設計中，有必要對左岸河道進行拓寬疏浚。

參考文獻：

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

（2）王新宏，曹如軒.估算河道推移質輸沙量的數學模型[J].水利學報，1998年增刊

（3）中華人民共和國水利部，DL/T5089—1999水電水利工程泥沙設計規范[S]，北京：中國水利水電出版社，2003

作者簡介：劉秀（1985—），女，漢族，山西河曲人，碩士研究生，水文規劃設計。