某河道防洪規(guī)劃水面線研究

楊東光

摘? 要：基于某河道防洪規(guī)劃工作，針對水面線計(jì)算展開探討，主要涉及到河道劃分、水頭損失、起始水位等方面的內(nèi)容，上述均是貫穿于河道防洪規(guī)劃的難點(diǎn)，基于本文的探討旨在提出可行建議，提升水面線設(shè)置精確性，推動河道防洪工作的開展。

關(guān)鍵詞：河道? 防洪規(guī)劃? 水面線計(jì)算

在整個防洪規(guī)劃體系中，水面線計(jì)算復(fù)雜度較高，難度相對較大，但又是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，直接影響到防洪工程體量與成本概算，被視為是“牽一發(fā)動全身”的環(huán)節(jié)。對此，必須基于可行方式做好水面線計(jì)算工作，以保障防洪規(guī)劃方案可行性。

1.水面線計(jì)算中的技術(shù)問題

基于特定流程展開水面線計(jì)算工作：從河道地形圖出發(fā)，對所處河道采取分段操作，分析各區(qū)段對應(yīng)的橫斷面情況，精確得到主槽與灘地界限，利用網(wǎng)絡(luò)與圖書館資源獲取歷史洪痕資料，在此基礎(chǔ)上明確水面比降，加之對恒定非均勻流方程的分析可以進(jìn)一步得到斷面局部損失系數(shù)，做好上述準(zhǔn)備工作后便可明確起始水位，以及處于洪峰狀態(tài)下的水位，并對上述所得結(jié)果展開可行性分析。

1.1規(guī)劃河道的分段

在展開水面線計(jì)算工作時(shí)，要建立在橫斷面水利要素之上，將整個待定區(qū)域劃分為多個河段，以便展開針對性計(jì)算。遵循河道分段原則，只有河床平均底坡、斷面糙率等各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到相同的狀態(tài)時(shí)，方可隸屬于同一分段中;就常規(guī)的平原河流而言，單個河段水位差需介于1～2m，同時(shí)各個河段的長度差也要得到合理控制，以2～4km為宜。如果表現(xiàn)出收縮或是擴(kuò)張型河段，此時(shí)會帶來明顯的橫斷面變化現(xiàn)象，有必要對河段采取加密措施，以保障水面線計(jì)算精度。此外，部分河段歷史階段內(nèi)產(chǎn)生大量洪水，遇到此情況需仔細(xì)查閱相關(guān)資料，分析沿線各水位狀態(tài)下的洪痕線，需達(dá)到大體一致的狀態(tài)，這也是可行的河段劃分方式。

某河道流域是典型的平原洼地，勘察資料表明河道平均比降為0.85‰，以上述提及的原則為指導(dǎo)，將河段長度設(shè)定為2km，并提出水位差1.2m的要求。綜合歷史斷面資料，展開平面演變分析后，重點(diǎn)對河寬變化較大以及急彎處采取處理措施，在實(shí)測斷面基礎(chǔ)上新增5處。新民河河段較為特殊，設(shè)置有4座橋梁等建筑物，有必要深入分析建筑物所在斷面與下游50m區(qū)域，看此部分的天然斷面情況。自1954年運(yùn)營以來，該河道存在洪痕線（指的是高、中、低三大洪痕），同時(shí)水文站將河段長度確定為1km?；谏鲜鰞?nèi)容，本次長達(dá)35km的河道共確定為28個斷面，產(chǎn)生的平均間距為1250m。

1.2局部水頭損失的選取

就常規(guī)狀況而言，若河段逐步收縮，此情形下水流并不會帶來回流現(xiàn)象，因此可不考慮局部水頭損失問題;當(dāng)然，如果部分河段出現(xiàn)障礙物，如橋墩等結(jié)構(gòu)，此時(shí)會加大河槽斷面并產(chǎn)生更多的支流匯集區(qū)，此情形下水流易與岸壁脫離，進(jìn)一步帶來了水渦旋，最終表現(xiàn)出回流現(xiàn)象，在此過程中會產(chǎn)生持續(xù)性的局部水流阻力，因此有必要分析局部水頭損失的影響。

部分區(qū)段的斷面急劇變化，或是出現(xiàn)河道急彎處，在面對此類特殊性較強(qiáng)河段時(shí)要充分考慮局部水頭損失。以合理方式改進(jìn)糙率，可初步推算出水頭損失系數(shù)，一方面要確保該系數(shù)值處于經(jīng)驗(yàn)取值區(qū)間內(nèi)，另一方面則要確保河道糙率滿足本次規(guī)劃驗(yàn)證值所提出的要求。技術(shù)人員改進(jìn)糙度后，分析《水力計(jì)算手冊》中給出的經(jīng)驗(yàn)值，最終確定出各部分的局部水頭損失系數(shù)，于彎道部分為0.05，于橋墩部分為0.18，相較之下河道擴(kuò)散段較為特殊，介于-0.45～-0.75范圍內(nèi)。

2.起始水位的確定

以斷面起始水位為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上可以推求河段水面線。在分析支流河段起始水位時(shí)，要充分明確支流與匯入干流兩部分在歷史階段內(nèi)出現(xiàn)的洪水情況，具體有：若干流與支流均發(fā)生了洪水現(xiàn)象，則要分析干流為主支流相應(yīng)和支流為主干流相應(yīng)兩大場景，得到各自對應(yīng)的外包線，將所得結(jié)果視為支流設(shè)計(jì)水面線;反之，若干流與支流未發(fā)生洪水現(xiàn)象，便要考慮支流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)干流流量相應(yīng)和干流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)支流流量相應(yīng)兩大場景，分析各自對應(yīng)的外包線，將所得結(jié)果視為支流設(shè)計(jì)水面線。

本項(xiàng)目距河口上游65km處設(shè)置有一座水庫，受該區(qū)域地質(zhì)、氣候環(huán)境的影響，會在水庫左側(cè)支流山區(qū)產(chǎn)生大范圍降雨，并帶來水庫大規(guī)模洪水問題。同時(shí)，該水庫右側(cè)支流表現(xiàn)出少雨的特性，區(qū)域內(nèi)以黃土沙丘居多，不利于植被生存?；趯拥绤R合口分析，在水庫洪水尚未到達(dá)時(shí)，該段河道洪水已經(jīng)出現(xiàn)了提前下泄的情況。分析河口水文站自建成以來的62年數(shù)據(jù)得知，以1969、1975與1991等3年的洪水規(guī)模最大，同時(shí)也總結(jié)出了遼河洪峰狀況，具體內(nèi)容如表1所示。

基于上述內(nèi)容得知，水庫及其上部渠道基本上不會出現(xiàn)洪水問題，在大范圍洪水暴發(fā)的年份，同時(shí)間段內(nèi)遼河平槽流量為1000m3/s。基于此，確定水面線計(jì)算的合適起點(diǎn)斷面，即指的是河道與遼河入河口，進(jìn)一步分析，為滿足遼河與本河道不發(fā)生洪水的要求，采用的是組合流量的方式，以遼干1000m3/s平槽流量為基礎(chǔ)，綜合考慮到養(yǎng)息牧河流量情況，在此基礎(chǔ)上圍繞匯流點(diǎn)在遼干斷面的情況展開分析，確定具體水位插值，具體如表2所示。

基于對上述內(nèi)容的分析，若以遼干為主要洪水來源時(shí)（表明出現(xiàn)了50年一遇洪水），可以得知河道洪峰為60m3/s，進(jìn)一步推算出河道起點(diǎn)水位為35.13m。

關(guān)于河道設(shè)計(jì)水面線，本項(xiàng)目共采取兩種方式，即“河道設(shè)計(jì)、遼河相應(yīng)”與“遼河設(shè)計(jì)、河道相應(yīng)”，經(jīng)由上述操作后可得到兩種外包線，即指的是河道設(shè)計(jì)水面線。

3.計(jì)算成果合理性分析

分析各設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水面線，在此基礎(chǔ)上與實(shí)測洪痕展開對比分析，將二者繪制在同一圖紙中。遵循如下分析原則展開：計(jì)算水面線要達(dá)到足夠平順光滑的效果，除去急劇收縮和擴(kuò)展等極端區(qū)域外，其余的水面線均不可出現(xiàn)大范圍轉(zhuǎn)折問題;各水面線應(yīng)達(dá)到彼此協(xié)調(diào)的狀態(tài)，且不出現(xiàn)交叉問題。

經(jīng)上述原則展開分析，經(jīng)由本次規(guī)劃后，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)水面線坡度表現(xiàn)為大體一致的特性，當(dāng)遇到橋墩等建筑物，會出現(xiàn)輕微水面線奎高現(xiàn)象，幅度介于0.05～0.18m范圍內(nèi)，此外余下的區(qū)域都達(dá)到足夠平滑狀態(tài)?；诤拥篮樗圹E可進(jìn)一步判定所得水面線成果，與實(shí)測水面線對比后并未出現(xiàn)交點(diǎn)，基本呈平行狀態(tài)?？傮w來說，本文提出的方案具有可行性。

4.結(jié)束語

綜上所述，河道堤防設(shè)計(jì)是保障水域安全的關(guān)鍵措施，要建立在水面線計(jì)算結(jié)果之上，不可對項(xiàng)目投資造成影響。所以，實(shí)際項(xiàng)目中必須高度注重河道劃分以及局部水頭損失等多方面問題，本文所提及的方法實(shí)證后具有可行性，可以為河道防洪水面線計(jì)算工作提供一定指導(dǎo)。

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