基于鲅魚圈區紅海河設計洪水及堤防斷面設計分析

甘 宇

(遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125300)

1 概 述

紅海河位于遼寧鲅魚圈區的南部，河流由東向西流經蓋州市及鲅魚圈區，在紅海村入海口處注入渤海灣。流域西向渤海灣，南靠熊岳河，北鄰大沙河。該處地理位置優越，是開發旅游的最佳場所。按照市城市總體規劃方案，將在紅海河建生態公園，向公眾展示自然景觀的價值，突顯鲅魚圈區人依河傍海而居的城市特色。

紅海河河北岸為老城區，河南岸為規劃新城區。現河道淤堵嚴重，與開發區現代化城區建設極不適應，故本段堤防所保護地域范圍在地區經濟發展中占有重要地位，鲅魚圈政府決定投資進行紅海河整治工程，可以提升了兩岸土地的價值，提高城市的品位，促進鲅魚圈區經濟的發展。紅海河治理河段為紅海河1+630—3+230段(平安大道橋至高速公路橋)，全長為1600m。

2 工程地質

2.1 場地的工程地質條件

沒有做地質勘察工作，參照《營口經濟技術開發區月亮湖湖堤巖土工程勘察報告》地質資料。根據現場鉆探數據和室內巖土測試結果(土的物理力學性質指標)以及現場標準滲透測試，N值橫縱向變化。

1)中粗砂：黃色-灰黃色，含灰色黏粒和黏塊，分選不好。河口處砂呈淺黃色，質純(不含泥)分選好，呈松散狀態。厚度橫縱向變化大。

2)淤泥：黑色至深灰色，薄層流，流體可塑性，可壓縮性高。厚度橫縱向變化大。

3)粉質黏土：黃色，薄層，可塑性，適中的可壓縮性[1-2]。

4)中粗砂層：黃色，標準貫入試驗N值15-35(從上到下N值由15到35)。上部呈中密狀態，下部呈密實狀態。

2.2 場地水文地質條件

紅海河水位變化受大氣降雨和潮汐影響(變化大)。

3 設計洪水

紅海河采用遼寧省無資料地區的設計方法來計算，紅海河流域屬水文分區Ⅳ區，北支控制面積F=15.25 km2,比降J=2.01‰，河長L=6.75km。紅海河北支50a一遇設計洪水計算如下：

2)計算1、6、24h和3d的設計面雨量及n1p、n2p值。

F=15.25km2,t=24小時，點面折減系數KF=1.0，計算：

3)計算τ歷時設計面雨量及面暴雨強度Ip。

4)φP=0.79。

5)計算洪峰流量：

QP2%=0.278φp·ip·F=0.278×0.79×49.44×15.25=165.6m3/s

紅海河南支采用同樣的方法進行洪峰流量計算。

-高速公路橋，防洪堤防是洪峰流量起決定影響的工程，紅海河橋-金冷水段(0+000-1+783)以南北支匯流點金冷水作控制點計算洪峰流量，經計算得出南、北支流發生同頻率50年一遇洪水時匯流時間基本一致[3]-[5]，不存在錯峰疊加的情況，所以金冷水控制點的洪峰流量直接采用南、北支流的洪峰流量疊加值；金冷水-高速公路橋段(1+783-3+347)以高速公路作控制點計算洪峰流量。控制點洪水計算成果見表1。

表1 紅海河洪水計算成果表

本次設計1+630-3+230段堤防位于金冷水-高速公路橋段，以高速公路作控制點計算洪峰流量，因此，設計洪峰流量為348.3 m3/s。

4 潮水資料系列

紅海河位于鲅魚圈區南部，西臨渤海遼東灣。紅海河系感潮河段，根據營口站1955-2020年共66年潮位資料分析的潮位特征值見表2。

表2 營口站潮位特征值表

4.1 設計潮位分析計算

4.1.1 潮位資料

沒有測得的潮位數據，遼東灣內有營口、四道溝潮汐站、鲅魚圈海洋站。其資料情況見表3。

表3 營口地區遼東灣上主要測站潮位資料年限表

4.1.2 設計潮位分析確定

1)營口站設計潮位的推求：

營口站1955-2020年共66年的年最高潮位系列資料，經計算營口潮位站Cv為0.055，CS/Cv為22.5，頻率計算詳見表4。

表4 營口潮位站年最高潮位頻率分析成果表

2)四道溝站設計潮位的推求：

表5列出了四道溝站1960年—1985年26年的高潮。通過計算四道溝潮位站系列資料可知Cv為0.058，CS/Cv為2.5，頻率分析成果見表5。

表5 四道溝站年最高潮位頻率分析成果表

3)鲅魚圈海洋站設計潮位的推求：

根據極值Ⅰ型分布曲線對其資料系列進行頻率計算：

hp=h+λpn·S

(1)

式中：λpn為與頻率P及資料年數n有關的系數；S為潮位系列的均方差[6-7]。

頻率計算結果詳見表6。

表6 鲅魚圈海洋站年最高潮位頻率分析成果表

4.2 設計潮位分析確定

根據以上分析可知，四道溝和營口潮位站的計算結果較接近，在≤20a一遇鲅魚圈海洋站的潮位低于營口站,但差距不大,其中10a一遇的差距為3.6%,20a一遇的差距是1.0%，50a一遇的差距是1.2%[8]。

5 工程任務和規模

5.1 工程建設的必要性

5.1.1 河道及堤防現狀

紅海河河道及堤防的現狀在防洪上存在很多問題，主要問題是：

1)防洪標準低。

既有堤防斷面矮小，尤其右岸堤防幾乎不存在，防洪能力很低。

2)河道泄流條件差。

河道內違章建筑、生活垃圾等障礙物很多，人為的私挖亂采亂建現象嚴重，河道已失去原貌，行洪斷面狹窄，阻水嚴重。

根據以上河道現狀問題分析一旦高標準洪水與海水大潮上漲相遭遇，目前的河道將造成巨大的洪澇災害，大量房屋、養殖場、果樹和糧田將被洪水淹沒和毀壞，對人們的生活和生產構成災難性威脅，勢必造成巨大的經濟損失。

5.1.2 鲅魚圈城區近期規劃

紅海河將成為鲅魚圈新規劃城區的中心河流，河北岸為老城區，河南岸為規劃新城區。沿河兩岸將興建大量的高標準建筑，很多重要的企事業單位、學校、醫院、居民住宅區等將座落在紅海河兩岸。根據城區規劃建設要求，現狀河道無法與城市的經濟快發展相適應，而且嚴重損害開發區的形象。

5.2 工程建設任務

為了促進鲅魚圈區經濟快速發展，美化、綠化、亮化城市，紅海河作為城區的一條中心河流，鲅魚圈區政府決定沿河建設帶狀生態公園，要求紅海河大水年不成災，小水年不斷流，起到保衛城市、美化城市的作用。

1)提高防洪標準，按照設計要求及時規范、清理、整治河道，沿河兩岸筑高標準防洪堤防，堤線布置合理，使河道橫斷面充足，有利于泄洪暢通。

2)紅海河為季節性河流，汛期洪水泛濫，但在非汛期，河床內水量很少，近年來由于連續干旱，有時河床會發生斷流現象[9-10]。為了配合公園景觀建設的需要，使河床內在干旱季節不斷流，需在河床上修建2座截水橡膠壩。橡膠壩必須滿足汛期河道泄洪要求。

5.3 建設規模

河道整治工程位于紅海河橋上1+630-3+230段，堤防長1600m。根據上述規范選定鲅魚圈區城市防洪標準為50a一遇，橫跨堤防的相應建筑物應滿足50a一遇的防洪設計標準。

5.4 水面線推算

本次紅海河初設工程段為高速公路橋下游1+630-3+230段，共1600m。起始控制水位以50a一遇設計潮位3.21m加上橋上游水面壅高0.05m確定。本段以洪峰流量348m3/s作控制，進行天然河流水面曲線計算，確定終點控制點水位。終點水位確定后，按河道地形坡度確定比降，按明渠均勻流設計河床過水斷面形式、尺寸。經過水利計算，得出紅海河本次規劃河段的設計水力要素，成果見表7。

表7 設計過水斷面水力要素表

5.5 堤防設計

5.5.1 堤線布置

根據現有地形條件，堤線布置在保證河道行洪順暢的前提下，按原河道走向，盡量減少挖填方量。

5.5.2 堤防斷面設計

根據堤防工程設計相關要求，確定堤防設計為復式斷面，河道按人工河道整治，河底采用土渠底土工膜防滲。堤腳采用漿砌石擋土墻，堤身為土堤，迎水坡坡度按工程技術要求并結合景觀規劃設計需要，坡度較緩，坡比在1∶10-1∶20之間，堤坡防護措施采用草皮及低灌木植物措施保護，背水坡坡比為1∶2.0。堤頂有通車要求，堤頂寬度設計為8.5m。堤防高度、及堤腳沖刷深度通過計算確定。

6 結 語

工程的修建，有效地保護了當地人民的生活，同時提高了抵御潮汐和洪水的能力，控制了土壤侵蝕，在保護人民生命和生態環境方面發揮了良好作用。另外，該河地理位置優越，工程建設與旅游開發相結合，會形成一條亮麗的風景線。