王河流域河道治理工程設(shè)計(jì)中水面線推求及洪痕驗(yàn)證探析

王丹丹

(遼寧省盤(pán)錦水文局，遼寧 盤(pán)錦 124010)

1 王河流域概況

王河為遼河右岸一級(jí)支流，由泡子沿水庫(kù)下游約5 km進(jìn)入調(diào)兵山市境內(nèi)，是調(diào)兵山市主要的過(guò)境河流，本次擬采取工程措施進(jìn)行治理的河段位于調(diào)兵山市東北約5 km，大明鎮(zhèn)以南約2 km。王河調(diào)兵山市境內(nèi)兩岸基本均有連續(xù)堤防，且大部分均達(dá)到了設(shè)計(jì)10 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，受王河附近地質(zhì)沉降的影響，2009年之前治理河段內(nèi)王河河道有較為明顯的沉降，雖然2009年之后，地質(zhì)沉降已不明顯，但之前歷次堤防加高、培厚中對(duì)于堤坡生態(tài)恢復(fù)的忽視，已致使多數(shù)堤坡生態(tài)環(huán)境破壞，植被覆蓋率極低，抗沖能力及水土保持能力較差。

2 流域河道治理工程概況

以《中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)》文件精神為指導(dǎo)[1]，結(jié)合工程現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，根據(jù)河道地形、地質(zhì)及水文情況，在保證防洪前提下，突出重點(diǎn)科學(xué)合理布置工程措施，本次治理工程以堤防防護(hù)工程為主。

2.1 王河干流治理方案

為保證兩岸堤防不被沖刷繼續(xù)沖刷，王河干流根據(jù)河道現(xiàn)狀、主流走勢(shì)及10 a水位等綜合確定對(duì)左、右岸堤防水流有頂沖趨勢(shì)、過(guò)水?dāng)嗝嫘　?0 a水位淹沒(méi)較高的堤防段迎水側(cè)采取綠濱墊防護(hù)至10 a水位，根據(jù)洪水淹沒(méi)深度統(tǒng)一規(guī)劃防護(hù)長(zhǎng)度，水位以上及背水側(cè)采取生態(tài)防護(hù)[2]。對(duì)于10 a水位剛上灘河段右岸堤防為穩(wěn)固堤坡，兩岸采取生態(tài)防護(hù)措施。對(duì)干流治理段全線堤防堤頂路進(jìn)行維修加固，在必要位置設(shè)置錯(cuò)車(chē)平臺(tái)和上堤坡道，確保汛期防汛搶險(xiǎn)車(chē)輛能夠正常通行。

2.2 柏家溝河支流治理方案

針對(duì)柏家溝河支流現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，對(duì)河道左岸全線及右岸存在村莊段堤腳采取固腳防護(hù)措施，對(duì)兩岸邊坡整形，修整主槽過(guò)水?dāng)嗝?，保障河道行洪能力，河道迎水?cè)兩岸及左岸背水側(cè)采用生態(tài)防護(hù)[3]，左岸全線布置堤頂路，堤頂寬度不足位置進(jìn)行適當(dāng)加寬處理。

2.3 主要建設(shè)內(nèi)容

治理工程共治理河長(zhǎng)11 460 m，其中王河干流治理6 950 m，柏家溝支流治理河段長(zhǎng)4 510 m。王河干流主要包括兩岸堤防治理7 475 m，其中左岸625 m(左岸分下、下游兩段，上游100 m，下游525 m)，右岸6 850 m。

王河干流共布置綠濱墊護(hù)坡3 880 m，其中左岸645 m，右岸3 235 m；兩岸共布置堤頂路7.5 km，設(shè)置上堤坡道4處共0.3 km，錯(cuò)車(chē)平臺(tái)8處，堤防背水坡播撒草籽(摻花籽)4.16萬(wàn) m2，栽植紫穗槐12.95萬(wàn)株。

柏家溝河支流固濱籠護(hù)岸5 002 m，其中左岸3 650 m，右岸1 352 m；河道右岸沖溝防護(hù)2處；左岸布置堤頂路4.51 km，布置錯(cuò)車(chē)平臺(tái)5處共0.3 km，設(shè)置錯(cuò)車(chē)平臺(tái)8處；堤防背水坡播撒草籽(摻花籽)3.28萬(wàn) m2，栽植紫穗槐16.28萬(wàn)株，栽植垂柳0.1萬(wàn)株，防護(hù)圍欄60 m。

3 水面線推算及洪痕驗(yàn)證

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

王河本段堤防目前已建設(shè)完成，現(xiàn)狀堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇。本次治理是調(diào)兵山市重點(diǎn)農(nóng)村防洪河道，涉及兩岸的大明鎮(zhèn)及王河干流沿線村屯。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》中鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)的等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)確定方法，本工程王河干流及柏家溝支流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)宜定位10 a一遇，這與《治理工程》中所確定的王河防洪標(biāo)準(zhǔn)也是一致的。

3.2 水面線推求

3.2.1 計(jì)算范圍

由于王河為界河，為保證兩岸成果一致性，本次治理工程干流水面線采用2020年8月編制的《王河鐵嶺縣段現(xiàn)狀堤防防洪能力分析評(píng)價(jià)》中的成果。

柏家溝支流水面線計(jì)算長(zhǎng)度即為工程治理長(zhǎng)度，下游起于入河口，上游止于鎮(zhèn)柏線公路，計(jì)算總長(zhǎng)度4.51 km。

3.2.2 王河水面線計(jì)算條件

根據(jù)王河河勢(shì)的變化規(guī)律，結(jié)合工程布置情況，共布置了四個(gè)控制斷面，大臺(tái)山閘前斷面位于大臺(tái)山閘前，集水面積388.1 km2；斷面Ⅰ(口古范斷面)位于口門(mén)沿排水站匯入口上游100 m，集水面積317.9 km2；斷面Ⅱ(新開(kāi)河匯入口以上)位于新開(kāi)河匯入口上游100 m，集水面積285.9 km2；斷面Ⅲ(楊河匯入口以上)位楊河匯入口上游100 m，集水面積246.4 km2；王河各控制斷面設(shè)計(jì)流量成果見(jiàn)表1。

表1 王河設(shè)計(jì)流量分段表 m3/s

王河干流與支流楊河遭遇情況為：王河干流發(fā)生10年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，楊河口處王河干流對(duì)應(yīng)水位為68.93 m，楊河口相應(yīng)流量為16.25 m3/s；楊河發(fā)生10 a一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，楊河口設(shè)計(jì)流量為63.94 m3/s，王河干流相應(yīng)水位根據(jù)干流水位流量關(guān)系確定為68.44 m。

3.2.3 柏家溝河水面線計(jì)算條件

柏家溝河治理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，采用2020年9月實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，坐標(biāo)采用國(guó)家2000大地坐標(biāo)系，高程為85高程系統(tǒng)。柏家溝支流起點(diǎn)水位采用匯合口位置王河10年水位線。計(jì)算主槽糙率采用范圍為0.027～0.029，灘地糙率采用范圍為0.05～0.065。

3.2.4 計(jì)算方法

水面線計(jì)算采用能量方程式進(jìn)行計(jì)算，其中橋壅水計(jì)算采用鮑氏公式[4]，一般斷面間用能量方程式推算。

(1)能量方程式：

(1)

式中：Z1、Z2為分別為下、上游斷面的水位，單位為m；hf、hj為分別為上下斷面間的沿程、局部水頭損失，單位為m；u1、u2為分別為下、上游斷面的流速，單位為m/s。

(2)鮑氏公式：△Z=ξ(V2-V12)

V=2PVS/(1+P) V1=Q/(W過(guò)+W阻)

(2)

式中：△Z為橋壅水高度(m)；ξ為系數(shù)(與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān))； V 為有沖刷情況時(shí)，橋下平均流速(m/s)；V1為天然條件下橋位處平均流速(m/s)；P 為與橋孔沖刷有關(guān)的系數(shù)； W過(guò)、W阻為橋的過(guò)水和阻水?dāng)嗝婷娣e(m2)；VS為橋下設(shè)計(jì)洪水流速(m/s)。

3.2.5 計(jì)算成果

王河10%設(shè)計(jì)洪水水面線成果見(jiàn)表2。

表2 王河10%設(shè)計(jì)洪水水面線成果表

3.3 洪痕驗(yàn)證

2019年12月對(duì)王河洪水進(jìn)行調(diào)查，各斷面洪痕都在大堤堤腳以上0.3～0.9 m之間，洪水驗(yàn)證河道糙率，主槽糙率0.02～0.025，灘地糙率0.03～0.06，結(jié)合驗(yàn)證結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘河道現(xiàn)狀、河床質(zhì)地及植被情況，依據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》，參考其他類(lèi)似已建工程及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，綜合確定本次設(shè)計(jì)王河干流主槽糙率0.02～0.025，灘地糙率0.03～0.05。支流楊河無(wú)明顯灘地，斷面綜合糙率取0.03。見(jiàn)表3和表4。

表3 2019年洪痕高程表

表4 2019年洪痕驗(yàn)證計(jì)算成果表

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)王河干流調(diào)兵山境內(nèi)河段以及重點(diǎn)保護(hù)柏家溝支流的綜合治理，使王河調(diào)兵山境內(nèi)段河段全線及柏家溝支流大明鎮(zhèn)一側(cè)堤防能夠抵御洪水沖刷。通過(guò)本工程的實(shí)施以及新開(kāi)河治理相關(guān)規(guī)劃，王河調(diào)兵山境內(nèi)將形成完整的防洪系統(tǒng)，徹底解決調(diào)兵山王河河道的防洪安全問(wèn)題，切實(shí)保障了河段沿線人民生命及財(cái)產(chǎn)的安全，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供防洪安全保障和助力。