柏臨河防洪治導線初步設計

周曉明

摘 要：由于涉河建設項目日益增加，位于城鎮或山區中小河流防洪形勢愈加嚴峻。為適應宜昌新區的規劃發展需要，文章以柏臨河為研究對象，選取處于新區建設范圍內的土門大橋至臨江溪大橋段進行研究，選擇20個典型計算斷面，用已有的勘測和監測資料計算了該河段20年一遇和50年一遇的的設計水面線。研究表明，魏玲橋段、宜黃高速段及總部基地三處的防洪壓力較大，基于此初步提出了柏臨河的治導線方案，以保障區域的防洪安全，并為類似河流的防洪治導線規劃提供參考。

關鍵詞：治導線；防洪；水面線；柏臨河

引言

河道治導線規劃是區域可持續發展的重要保障，尤其對河道周圍村莊的防洪安全具有舉足輕重的作用。隨著社會經濟發展，河道內的水利工程建設、河流截彎取直、邊坡硬化等因素導致河道的行洪能力不斷下降，河流生態狀況日益衰退。為適應新形勢下區域經濟的可持續健康發展，河流的整治和管理受到各界的廣泛關注，特別是“河長制”推行以來，傳統的單一目標的河道管理逐漸過度為“安全為先、生態治理”的管理理念。

河流治導線是在河道整治規劃后，可滿足設計流量并控制河勢的平面輪廓線[1]，綜合規劃治導線有利于河道周圍土地的有序開發利用，同時形成具有較強防洪能力的工程體系。我國最初研究治導線是針對錢塘江的河床淤積問題及河口的沖刷問題，經過多年的統計和調研，最終提出錢塘江走“中”的治導線規劃方案[2]，之后，各地區河流管理人員分別研究了海河口、景東川、黃茅海、桃花裕、江蘇入海河道、信江貴溪等區域河流的治導線方案[3-8]；為使得治導線的計算更加精確，唐洪武等人還深入研究了治導線放寬率的計算和確定方法[9，10]；此外，為充分考慮治導線設計參數的取值范圍和制衡關系，馬良等提出了一種優化函數以避免經驗法的主觀性缺陷[1]。總體而言，我國對于治導線的研究處于初始階段，研究區域局限于對國民經濟發展具有重要影響的大江大河，而對中小河流、特別是處于城鎮和偏遠山區河流規劃較少，近年我國各地區防洪形勢較為嚴峻，且國家大力號召保護河湖生態，在此背景下，綜合規劃并開發治理中小河流的治導線，有利于綜合利用河流周圍的岸線資源，并使得涉河項目的審批有章可循，也能為類似河流的治理工作提供依據。

1 研究區域概況

柏臨河是長江左岸的一級支流，發源于夷陵區別家大山，在羅家嘴以上分東西兩支。東支流經宋家咀、龍泉鋪至羅家嘴與西支匯合，西支由官莊、倉屋榜、戴家畈至羅家嘴。東西兩支匯合后，流經土門、伍家崗區、于宜昌市城區東郊臨江坪匯入長江，流域面積478km2，主河道長54.3km，柏臨河流域河流彎曲系數1.6，河網密度0.4km/km2，流域平均坡降5.5‰，流域平均海拔高程237米。根據總體規劃，宜昌新區東北至龍泉楊樹河，東至柏臨河路-漢宜高速公路一線，東南至滬渝高速公路，西南至點軍宜萬鐵路-翻壩高速公路，西北至牛扎坪南側，北以長江-伍家崗宜萬鐵路-合益路-東山四路-花溪路為界，見圖1。所以目前柏臨河從土門大橋至臨江溪大橋段全部為新區建設的范圍內，其河道防洪設計標準為20年一遇。

2 材料和方法

2.1 河流分段原則

（1）計算斷面內，應控制其斷面糙率、尺寸、坡降等水力參數的變化幅度。

（2）同一計算斷面內應保證沒有其他支流匯入或流出。

（3）計算斷面的水位差應控制在一定范圍（平原區0.2～1.0m，山區1.0～3.0m）。

（4）對于重要區域（如工廠、城鎮等）。需多設置幾個計算斷面。

研究河段選取及分段

研究河段選取土門大橋至臨江溪段，根據河流分段原則，將其劃分為兩段：（1）土門大橋至后河出口段（樁號0+000～7+931）；（2）土門河出口至臨江溪大橋段（樁號7+931～14+831），并在兩個河段分別設置10個計算斷面。

2.2 水面線計算方法

試算法、圖解法及簡算法是水面線計算的常用方法，而試算法具備精確度高、工程領域應用廣等優勢，因此本研究用該方法計算水面線，此方法原理為：根據河流實際情況，將其劃分為若干河段并分段計算水面線，進而將各河段的水面線整合為該河流的水面線。其計算公式如下：

分別為上、下游斷面的行近流速水頭、沿程水頭損失和局部水頭損失（m）；Q、△s——分別為上下游斷面間距（m）、斷面流量（m3/s）；為上下游斷面之間的平均流量模數，R為水力半徑，n為河道糙率；ζ為局部水頭損失系數，逐漸擴散段取ζ取-0.33～-0.5，急劇擴散段取ζ取-0.5～-1.0，對于河道的收縮段，一般不再另外計入局部水頭損失，ζ取0，順直河段ζ取0。

通過試算法求解上述基本方程，在已知上或下斷面水力要素情況下，可通過迭代依次求解另一斷面水位。本次柏臨河計算河段長11.90km，水位起算從下游開始，起算斷面選擇入江口（樁號14+831）。宜昌站2%、5%水位分別為51.43m、50.60m，對應柏臨河入江口水位分別為50.63m、49.80m。

結論

（1）用已有監測和勘測資料，通過試算法計算了柏臨河20個計算斷面在洪水頻率為2%和5%條件下的水面線。

（2）綜合考慮新區建設范圍和防洪要求，初步提出了柏臨河治導線規劃方案。

3 結果

根據上述方程進行迭代計算得到的結果如表1所示；采用2013年11月的勘測的河流斷面資料進行過流能力復核，得到的柏臨河在20年和50年一遇的洪水時的水面線如圖2所示。

由表1知，柏臨河在遭遇20年或50年一遇的洪水時，魏玲橋段、宜黃高速段及總部基地三處的防洪壓力較大，據資料分析發現，柏臨河河道從土門河至臨江溪段平均河寬約112m，最大河寬202m，最小河寬僅50m，存在多處卡口：魏玲橋河寬50m，總部基地河寬63～79m，宜黃高速大橋附近消力池河寬78m。目前，柏臨河正處于宜昌新區的開發階段，需綜合考量并布置治導線以提高區域防洪能力，治導線的第一原則是因勢利導，并結合現有的提防、自然節點布置治導線，制定治導線后以水力參數進行校核，并調整不滿足要求的河段，重復計算，最終得到如圖2所示的防洪治導線，該治導線制定的總體方案為：控制河寬110m，由主槽向右岸灘地擴挖，岸坡坡比設為1：2.5。

參考文獻

[1]馬良，張紅武，鐘德鈺.基于制衡機制的治導線設計[J].水利學報，2016（10）：1315-1321.

[2]韓曾萃，余祈文.錢塘江尖山河段治導線初步研究[J].科技通報，1985（06）：11-14.

[3]韓西軍，楊樹森.海河口治導線規劃方案的研究[J].水道港口，1998（03）：12-20.

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[10]唐洪武，丁兵，楊明遠.河口治導線放寬率的確定[J].水利學報，2008（01）：59-65.