六股河水面線計算區段劃分及斷面縱橫邊界條件探討

孟海鷹

(遼寧省鐵嶺市清河區水利局，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 況

六股河位于遼寧葫蘆島市，為該市獨流入海的河流，流經綏中縣、興城市和建昌縣，在綏中縣小李莊鄉附近注入渤海，沿岸城鎮村屯多臨河而居。六股河下游段，村屯離河較近，地勢較平坦，在遭遇較大降雨時沿岸村屯受到洪水威脅。該河流全長為162km，流域面積為3069km2。地勢由西北向東南傾斜。 地面平均海拔約200m。 山地占54%，丘陵占33%，平原占11%，沙丘占2%。

2 防洪標準

六股河興城市段沿岸由上至下流經興城市大寨滿族鄉、東辛莊鎮及劉臺子滿族鄉3個鄉鎮。流經范圍均為為鄉村防護區。防護區保護耕地面積1.04萬hm2，大寨滿族鄉、東辛莊鎮及劉臺子滿族鄉均為是興城市重點產糧區和商品糧基地。《興城市總體規劃(2006-2020)》(上海同濟大學 2009年12月)中提出“發展現代農業，著力建設‘五帶’、‘五基地’，增強農村綜合經濟實力。”防洪保護區內的劉臺子滿族鄉位于‘劉臺子水產品養殖經濟帶’內；大寨滿族鄉、東小寨鎮位于‘沿高速公路10鄉鎮高效農業精品帶’內；高家嶺滿族鄉、大寨滿族鄉、東辛莊鎮及劉臺子滿族鄉均位于‘沿六股河4鄉鎮蔬菜保護帶’內。以上鄉鎮在興城市乃至葫蘆島市農業生產占有非常重要的地位。

在六股河興城市段防洪治理的前期成果中，《六股河河道治理規劃報告》中經分析論證后確定六股河興城市段防護標準為20a一遇。《六股河興城市段防洪治理工程可行性研究報告》確定六股河興城市段防護標準為20a一遇。按照防洪保護區的規模、重要性和防護要求，考慮保護區內鄉鎮均為興城市重點產糧區和商品糧基地，并參照《興城市總體規劃(2006-2020)》中對保護區的農業發展部署，考慮與前期規劃及可研防洪標準的延續性，經過綜合考慮，設計防洪保護區六股河興城市段防洪標準為20a一遇。

3 水面線計算區段劃分及大斷面縱橫邊界條件

3.1 基本資料

設計水面線計算采用黑龍江農墾勘測設計研究院于2018年實測的河道大斷面資料，該項資料滿足本階段水面線計算需要。其斷面圖比例尺采用1∶200。此外，計算采用了本區域1986年1∶10000地形圖、1998年1∶50000地形圖、2017年10月高清晰度衛星影像圖及DEM散點數據等作為本次計算分析參考使用。設計水面線計算中各大斷面的設計洪峰流量采用本次初設的水文的成果見表1。

表1 設計水面線計算設計洪峰流量采用成果表

3.2 水面線計算區段劃分及大斷面布置

根據工程需要及河勢變化，于六股河干流入海口至青山水庫壩下共布置67個水面線計算大斷面。其中河道斷面57個，橋斷面7個，攔河閘壩斷面3個。推算水面線總里程50.81km，斷面平均間距876m，公路橋、鐵路橋及攔河閘壩等攔跨河建筑物處均布置水面線計算大斷面。

區段六股河干流主槽中已建3座攔河閘壩，至下而上分別為綏中六股河公園橡膠壩、六股河攔河閘、西邊村閘。本次水面線計算以攔河閘壩作為控制性節點，對水面線計算區段劃分為以下4段：首段為入海口至綏中六股河公園橡膠壩壩下段，區段長16.70km，里程樁號K0+000至K16+702；二段為六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段，區段長2.50km，里程樁號K16+702至K19+206；三段為六股河攔河閘至西邊村閘閘下段，區段長27.91km，里程樁號K19+206至K47+120；尾段為西邊村閘至青山水庫壩下段，區段長3.69km，里程樁號K47+120至K50+808。

3.3 起始斷面與起點水位

3.3.1 入海口至綏中六股河公園橡膠壩壩下段(K0+000至K16+702)

根據葫蘆島潮位站年最高潮位頻率分析成果，采用六股河入海口20a一遇設計高潮位作為入海口至綏中六股河公園橡膠壩壩下段水面線計算的起點水位。P=2%起點水位為2.68m，P=10%起點水位為2.58m。

3.3.2 六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段(K16+702至K19+206)

六股河公園橡膠壩建成于2011年，根據《綏中縣六股河公園橡膠壩工程初步設計報告》，綏中六股河橡膠壩工程建筑物級別為3級，由橡膠壩、放水閘、水源井、排水泵房和護岸工程組成。橡膠壩壩長為534m，分為7跨，每跨長75m，設計壩高為1.7m。橡膠壩底板頂高程為10.4m，底板厚0.9m，底板順水流長度6.5m，正常蓄水位12.1m。中墩厚1.0m，墩頂高程13.1m。壩袋型式為充水式、雙錨固、堵頭式壩袋。閘室下游布置消力池及海漫、拋石防沖槽。橡膠壩右側河道布置放水閘，尺寸2.0m×1.5m(寬×高)。閘室控制段長6.5m，底板高程10.4m，閘墩頂高程與橡膠壩閘墩頂高程一致，為13.1m。閘室下游接消力池、海漫，結構形式與橡膠壩消能工程形式相同。

《綏中縣六股河公園橡膠壩工程初步設計報告》中對橡膠壩建成后對河道防洪的影響進行了分析，計算了橡膠壩不同頻率壩上水位，20a一遇設計流量5111 m3/s，與本案同標準設計流量基本一致。該報告中20a一遇壩上水位14.57m，未列出壩下水位計算值。本次初設對橡膠壩壩上、壩下水位進行了復核，計算得出20a一遇壩上水位14.55m，壩下水位14.42m，壩上水位與上述成果基本一致。本次初設六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段起點水位仍采用橡膠壩初設中計算的20a一遇壩上水位14.57m，壩下水位14.42m；10a一遇壩上水位14.31m，壩下水位14.11m。

3.3.3 六股河攔河閘至西邊村閘閘下段(K19+206至K47+120)

六股河攔河閘始建于1967年，2013年該閘進行了除險加固。根據《綏中縣六股河攔河閘除險加固工程初步設計報告》，六股河攔河閘工程等別為Ⅱ等，考慮水閘失事后對下游造成的災害損失不大，確定溢流壩、沖沙閘、進水閘等主要建筑物的級別為3級1-3]。加固后由溢流壩、沖沙閘、進水閘及兩岸翼墻等組成[4]。溢流壩布置在主河道，總長346.0m，沖沙閘布置在溢流壩右側，總寬60.0m，進水閘布置在河道右岸、沖沙閘上游15m處。溢流壩壩體結構由壩前鋪蓋、壩體、下游護坦、消力池、海漫、防沖槽及左岸翼墻組成。溢流壩堰型為駝峰堰，壩頂高程為14.35m。采用跌坎消能，溢流壩下游為一級護坦，長18.60m，頂高程為13.10m，一級護坦末端為跌坎，跌坎頂高程為13.10m，跌坎下游為二級護坦，長12.20m，頂高程為11.80m。防沖槽順水流方向長7.00m，頂高程由11.80m降至11.20m，防沖槽最大深度為2.40m。新建60.00m寬的沖沙閘。閘底板頂高程為12.50m，采用底流消能，消力池長11.0m，池深為0.5m，底板頂高程為11.30m[5-7]。鋼筋混凝土海漫長17.80m，頂高程為11.80m，厚0.50m。防沖槽采用格賓石籠結構，長度為9.0m，頂高程由11.80m降至11.20m，防沖槽最大深度為2.40m。

《綏中縣六股河攔河閘除險加固工程初步設計報告》中對加固后攔河閘上下游水位進行計算分析，20a一遇設計流量5110m3/s，與本案同標準設計流量一致。該報告中20a一遇閘上水位17.51m，閘下水位16.70m。本次初設對攔河閘閘上、閘下水位進行了復核，計算得出20a一遇閘上水位17.43m，閘下水位16.10m，本次復核計算結果均略小于初設成果。本次初設六股河攔河閘至西邊村閘閘下段起點水位仍采用攔河閘除險加固初設中計算的20a一遇閘上水位17.51m。閘下水位采用初設成果中的閘下水位16.70m；20a一遇閘上水位17.19m，閘下水位16.12m。設計流速采用值仍以本次復核計算為準。設計成果將偏于安全。

3.3.4 西邊村閘至青山水庫壩下段(K47+120至K50+808)

西邊村閘始建于1970年，建成至今未進行過規模性除險加固，僅于1994年進行過壩體灌漿防滲墻施工。由于閘壩損壞及壩上淤積，該閘如今已基本廢棄，不能發揮其正常興利效益，無留存設計資料。根據本次現場查勘及測量成果，該閘由攔河壩、沖沙閘及進水閘組成。攔河閘總長365.30m，其中，攔河壩為堆石混凝土面板壩，壩長346.12m，壩頂高程為50.32m，以下游平均河底計算的平均壩高為1.66m。攔河閘為漿砌石結構，共5孔，總凈寬12.50m，閘底板高程48.85m[8]。本次初設對攔河閘閘上、閘下水位進行了計算，由于沖沙閘閘門年久失修，計算中忽略沖沙閘過流能力，以總壩長365.30m，壩頂高程50.32m計算。計算得出20a一遇閘上水位53.42m，閘下水位52.65m。西邊村閘至青山水庫壩下段起點水位采用本次計算的20a一遇閘上水位53.42m，閘下水位52.65m；10a一遇閘上水位53.08m，閘下水位52.04m。

3.4 糙率選取

《遼寧省葫蘆島市六股河流域規劃報告》中根據水文站實測的糙率，并結合當時河道植被等地物及河床質組成情況選取糙率，并用1975年洪水實測洪痕資料進行了驗證，《2000年規劃》中六股河干流入海口至青山水庫壩下段采用的糙率見表2。

表2 六股河干流入海口至青山水庫壩下段采用的糙率統計表

《六股河河道治理規劃報告》中利用當時的綏中站水位-流量關系曲線作控制，反算入海口-綏中站河段的糙率，模擬該河段天然洪水總比降，從而達到計算水面線與天然水面線相似的目的。同時，利用《遼寧省葫蘆島市青山水庫工程初步設計報告》中提出的青山水庫壩下200m處水位-流量關系曲線，用青山水庫壩下200m處水位-流量關系控制，驗證計算綏中站-青山水庫壩下糙率。六股河干流入海口至青山水庫壩下段采用的糙率見表3。

表3 六股河干流入海口至青山水庫壩下段采用的糙率統計表

2011年綏中水文站(K17+155)下游453m處建設了六股河公園橡膠壩(K16+702)，同時，為了形成景觀水面，對上下游河道主槽進行了拓寬，之后綏中站水位流量關系發生了較大變化。2012年“8.04”洪水，綏中站實測洪峰流量3600m3/s，對應水位14.28m。本次初設根據以上資料反推綏中站“8.04”洪水中糙率值，經試算，當主槽糙率為0.022，左、右岸灘地糙率為0.06時，對應洪峰流量3600m3/s的水位為14.293m，與實測水位最為契合，該試算反推糙率本次初設參考使用。

2012年至2015年綏中市陸續的對右岸沈山鐵路橋(K15+515)至王寶河入河口(K20+042)段河灘進行了規模的景觀治理，現場查勘發現該段地物變化較大。原有的河灘地、農田已經轉變為景觀建筑、小品、鋪裝及景觀樹木，較之“8.04”洪水時，右岸河灘地物阻水性明顯增強。本次初設根據實際情況對該段右岸河灘糙率進行加大，該段右岸河灘糙率從0.06調整為0.08-0.10。

參考表2、表3的糙率選取，考慮“8.04”洪水中綏中站糙率反推情況，同時對后期地物變化較大的河段進行糙率優化調整，最后確定的六股河干流入海口至青山水庫壩下段糙率取值見表4。

表4 六股河干流入海口至青山水庫壩下段糙率取值統計表

3.5 大斷面縱橫邊界條件

近十幾年來，由于社會經濟發展迅速，沙源需求增加，六股河內采砂規模加大。加之2012年“8·04”大水使六股河本河段河道嚴重下切，尤其是入海口-牛彥章河段更甚。以王寶屯、賈河沿附近為例，該段河道主槽平均下切3.8m，最大深達5m之多，與原規劃中河底差別很大。現狀主槽其深泓線已不是天然情況，不能作為設計河底。2012年“8·04”洪水，綏中站實測洪峰流量3600m3/s，對應水位14.28m。查閱《2009年規劃》中當時綏中站的水位流量關系曲線，當流量3600m3/s，曲線對應水位15.81m，水位相差1.53m，除了該斷面主槽進行了拓寬之外，河底較之當時下切近1.3m也是水位變化的主要原因。

此外，本河段《2009年規劃》之后，2011年新建了六股河公園橡膠壩，2013年六股河攔河閘進行了除險加固，控制性建筑物節點有所增加及改變。因此，本次初設將入海口(K0+000)-牛彥章(K28+241)河段未受采砂影響的斷面主槽平均河底與各閘、壩的沖沙閘底板高程，下游海漫末端高程作為本河段侵蝕基準面的控制基點，其連線所形成的河底，即為入海口-牛彥章河段設計縱剖面為設計河底，且與1995年河道深泓線接近。其它河段采用河底與原規劃基本一致，采用實測斷面河底。所有砂土結構臨時性穿河漫水路，本次20a一遇設計洪水計算均不考慮其作為控制基點。六股河入海口-牛彥章河段設計河底控制基點見表5。

表5 六股河入海口-牛彥章河段設計河底控制基點統計表

4 結 語

六股河干流入海口至青山水庫壩下段左岸大多數為興城市地界范圍，歷次洪水對沿岸岸坎沖刷、沖兌較為嚴重，村莊房屋上水次數較少，影響范圍較小。本次初設中擬對左岸按照現有堤防保持不變，不新建堤防，按照實測河道斷面計算水面線。河段右岸為綏中地界范圍，《2009年規劃》中布置了多處新建堤防，六股河綏中段的初設報告中采用的堤線與《2009年規劃》基本一致，該案與本案同期報批，本初設按照《2009年規劃》及送審的六股河綏中段的初設報告，對右岸新建堤線位置進行水面線計算大斷面封閉，作為橫向邊界條件。