大理河子洲縣城段“7.26” 洪澇災害成因及現(xiàn)狀過流能力分析

劉 瑞

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001）

1 河道現(xiàn)狀及“7.26”災害成因

1.1 河道現(xiàn)狀

大理河是無定河右岸一級支流,黃河右岸二級支流,發(fā)源于陜西省靖邊縣南部天賜灣的白于山東麓,自西向東于綏德縣城東注入無定河,全長170 km,平均比降2.60‰,流域面積3906 km2。由于子洲縣城處于“兩山夾一川”的地理位置,城區(qū)及青銀高速等沿河分布,擠占河道現(xiàn)象嚴重；城區(qū)河道受兩次改河裁彎取直和城市建設發(fā)展的影響,河道寬度普遍較窄,主城區(qū)段現(xiàn)狀河寬僅47 m～80 m,河道平均比降2.60‰左右[1]。

1.2 “7.26”洪澇災害分析

2017 年7 月25 日～26 日,榆林無定河流域發(fā)生特大暴雨、特大洪水災害（以下簡稱“7.26”洪水）,造成子洲縣城被淹,縣城洪澇災害嚴重。“7.26”洪水,子洲縣城淹沒受災區(qū)面積約4.0 km2,主要淹沒范圍為縣城下段的東城區(qū),淹沒水深普遍在1.0 m～2.0 m,其中東關小學、縣水務局、人民醫(yī)院等區(qū)域受災最為嚴重,淹沒最大水深約3 m,洪水過后淤泥厚度達1 m 左右[1]。

根據(jù)災后現(xiàn)場調查和有關資料分析,子洲縣洪澇災害主要來自大理河流域暴雨、洪水。大理河發(fā)生特大洪水,同時支溝山洪暴發(fā),大理河水位暴漲淹沒城區(qū),洪水倒灌導致城內支溝排洪不暢,山洪漫溢；河洪與山洪同時發(fā)生,加之城區(qū)排水系統(tǒng)淤堵失效,致使子洲城區(qū)嚴重淹沒和內澇。經過對“7.26”洪水災害成因的初步分析,洪澇災害成因主要有：

（1）大理河洪水量級大,縣城洪峰流量約在4000 m3/s～4400 m3/s 之間,超過原縣城設計防洪標準；

（2）縣城規(guī)劃區(qū)內,還有多處河段無堤防工程,且部分已成工程防洪標準只有10 年～20 年,防洪標準偏低,防洪工程體系存在缺陷；

（3）多處堤防工程留有缺口、高速公路下穿涵洞等形成洪水倒灌通道；

（4）在縣城13.4 km 河段,跨河橋梁多達23 座,城區(qū)跨河交通橋梁太多,河道內橋墩密集,特別是多座低標準漫水橋,嚴重阻洪。

根據(jù)“7.26”災害分析結果,為摸清河道實際泄流能力,橋梁實際阻洪情況,對子洲大理河縣城段進行洪水水面線計算,為盡快編制災后治理規(guī)劃,統(tǒng)籌安排各項防洪工程建設,提高縣城整體防洪能力,是很有必要的。

2 現(xiàn)狀過流能力分析

2.1 斷面布置

本次根據(jù)河段水力要素、河道特性及河床組成變化等情況,項目段共實測38 個斷面,斷面平均間距為392 m,各橋梁處均布設有斷面,可滿足本次水面線計算的要求。斷面位置示意圖見圖1。

圖1 項目段斷面位置示意圖

2.2 河道糙率擬定

根據(jù)大理河子洲縣城段實測地形圖情況,依據(jù)河段河床組成及床面特性、河道岸壁特性、平面形態(tài)等情況,結合上游已治理段相關參數(shù),同時參照《水工設計手冊》的經驗數(shù)據(jù),本次治理河段糙率取值為0.035。

2.3 起始斷面水位計算

（1）以項目河段下游順直平整的H27 斷面起始斷面,橫斷面示意圖見圖2,采用曼寧公式計算該斷面設計洪水位,水位流量關系曲線見圖3,計算公式如下：

圖2 H27 橫斷面示意圖

圖3 H27 斷面水位流量關系曲線

式中：Q 為流量,m3/s；A 為過水面積,m2；n 為河床糙率；R為水力半徑,m；I 為水面比降。

在水位流量關系圖中查取相應頻率洪峰流量對應的水位即為該斷面設計洪水位。

（2）H18 斷面處是漿砌石滾水壩,按寬頂堰計算該斷面設計洪水位,水位流量關系曲線見圖4。堰流公式如下：

圖4 H18 斷面水位流量關系曲線

式中：Q 為流量,m3/s；m 為流量系數(shù),取值為0.36；σs為淹沒系數(shù)；取值為1.0；b 為過水斷面凈寬,m；H 為堰頂水頭。

在寬頂堰水位流量關系圖中內插出相應頻率洪峰流量對應的水位即為該斷面設計洪水位。

2.4 水面線推求

（1）計算方法

本河段根據(jù)天然河道恒定非均勻流,采用能量方程分段計算水面線。以下游H27 斷面作為起始斷面向上游推算至滾水壩斷面；再以滾水壩為起點,按照堰流公式計算水位后,向上游推算至工程起點。計算公式為：

式中：Z2為下游斷面水位高程,m；Z1為上游斷面水位高程,m；為動能修正系數(shù)；v 為斷面平均流速,m/s；J 為斷面平均水力坡度；K 為斷面流量模數(shù)；R 為水力半徑；X 為濕周；為局部水頭損失系數(shù)；n 為糙率；A 為斷面面積,m2；Q 為流量,m3/s[2]。

（2）橋梁壅水計算

項目河段內跨河橋梁共有23 座,其中規(guī)模較大的橋梁有15 座,橋梁參數(shù)統(tǒng)計表見表1。各橋梁跨度小、河道內橋墩密集,已構成橋組；加之青銀高速5 座斜跨大理河,使得本次橋梁壅水分析具有橋組、斜橋等綜合性和復雜性。鑒于災后重建的時間緊迫,難以進行專題研究。本規(guī)劃暫未考慮橋組和斜跨橋梁的壅水影響,僅按常規(guī)橋梁壅水進行分析。

項目段內漫水橋的設計洪水位,均按扣除阻水面積后的修正過水斷面代入能量方程中直接求解。其余規(guī)模較大的橋梁,根據(jù)《鐵路工程水文勘測設計規(guī)范》中的有關規(guī)定和如下經驗公式計算：

式中：ΔZ 為最大壅高,m；η為系數(shù),根據(jù)河道類型和河灘過水能力而定；υm為建橋后,通過設計流量時的橋下斷面平均流速,m/s；υo為通過設計流量時,橋位斷面天然水流全河床斷面平均流速,m/s。

橋下平均流速Vm計算：

式中：Vm為橋下斷面河槽的平均流速,m/s；Q 為河道流量；A天然為建橋前河道洪水面積；A阻水為投影阻水面積。

壅長計算：

式中：L 為壅水長度,m；ΔZ 為最大壅高,m；J 河床比降。

設計洪水位加上壅高即為該處橋梁影響后的洪水位,由于各橋梁壅長不等,在壅長范圍內按比降計算到影響斷面,對影響斷面設計洪水位疊加壅高即為該處受橋梁影響后的合計洪水位。壅水計算成果見表2。按規(guī)范要求,非通航河流的橋下最小凈空為0.5 m,由表2 可以看出,各橋梁凈空為-3.03 m～10.64 m,對凈空不滿足要求的橋梁后期應改建或拆除。

表2 項目段橋梁壅水計算成果表

（3）水面線計算成果

大理河子洲縣城段30 年一遇水面線成果見表3；水面線成果與實測洪痕點對比成果見圖5。

圖5 水面線成果與實測洪痕點對比縱剖面圖

表3 項目段30 年一遇水面線成果表

續(xù)表3

2.5 水面線合理性分析

本次計算大理河項目段30 年一遇水面線成果與子洲縣城段“7.26”洪水實測斷面及洪痕數(shù)據(jù)對比,糙率、比降等參數(shù)取值一致,同一控制斷面的計算水位與實測洪痕差值范圍為0.15 m～0.29 m,因此本次計算水面線成果是合理的。

3 結語

本文淺談了大理河子洲縣城段“7.26” 洪澇災害成因及洪水水面線的計算方法,并對計算結果進行了合理性分析。本次通過水面線計算,對縣城現(xiàn)狀泄流能力進行了分析,對災后重建提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。今后應吸取經驗教訓,對防洪治理工程進行系統(tǒng)性、統(tǒng)一性規(guī)劃,嚴格按照規(guī)劃要求實施,構建完善的防洪生態(tài)體系。