小型河堤建設的水面線推求簡述

小型河堤建設的水面線推求簡述小型河堤一般修建在縣城或者縣城以下場鎮(zhèn)周邊的河流兩岸，在水面線推求上也力求簡化、直觀、安全。本文以璧山縣高峰鎮(zhèn)河堤工程為例，對小型河堤的水面線推求進而對沿程堤頂高程的計算進行簡述。一、工程概況該堤防工程位于璧山縣高峰鎮(zhèn)場鎮(zhèn)紅水河河段，下游端起于高峰鎮(zhèn)紅水河河口，上游止于高峰鎮(zhèn)孔雀橋處，設計河段全長1036m，擬建堤防沿河道右岸單面建設，堤線全長1012m。本工程是高峰鎮(zhèn)場鎮(zhèn)防洪護岸工程，由高峰鎮(zhèn)政府負責籌建和管理。該工程的建設，符合璧山縣城鎮(zhèn)總體規(guī)劃和高峰鎮(zhèn)場鎮(zhèn)規(guī)劃，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。工程建成后使岸線變得平滑順暢、岸坡穩(wěn)固牢靠，對固化河道、穩(wěn)定河勢有積極作用，大大提高了場鎮(zhèn)的防洪標準，將有效的保護河道兩邊場鎮(zhèn)沿河商業(yè)門面、居戶和企業(yè)等居民生命財產(chǎn)安全；改善和美化場鎮(zhèn)周邊環(huán)境，提升場鎮(zhèn)的形象，促進地方經(jīng)濟的快速發(fā)展。二、控制斷面的選取本工程下游末端有高峰紅水河河口堰，該堰是高峰鎮(zhèn)在紅水河上的重要控制斷面，在該堰下游附近僅有高峰紅水河河口，高峰紅水河河口位于高峰紅水河河口堰下游30m，該橋?qū)π泻橛绊懞苄。硗飧叻寮t水河河口堰高較高為2.7m，因此高峰紅水河河口回水對該堰行洪影響很小，故本次選取高峰紅水河河口堰為控制斷面。高峰紅水河河口堰堰寬75m，堰高2.7m，堰頂厚度1.6m，由于此堰沒有閘門，因此水流形態(tài)為堰流。根據(jù)底坎的形狀和厚度，堰流又可分為：V0.67,為薄壁堰流；0.67VV2.5,為實用堰流，又可分為折線型和曲線型實用堰；2.5VV10時，為寬頂堰流；10V,為短渠水流。其中，為堰頂厚度，為堰前水頭(不包括堰前行近流速水頭)，是從堰頂起算的水深。由于高峰紅水河河口堰頂厚度=1.6m，根據(jù)堰流判斷，此堰水流形態(tài)為實用堰流。根據(jù)高峰紅水河河口堰的形狀，為折線型實用堰，因此可作為控制斷面進行水面線推求。三、控制斷面的選取及水位流量關系利用實用堰流公式：Q=8smBH03/2計算得到該斷面的水位流量關系。式中：Q流量，單位m3/s；B土堰寬；——包括行近流速水頭的堰前水頭；即=H+；彳亍近流速；m一自由溢流的流量系數(shù)；Ss——淹沒系數(shù)，當下游水位影響堰的泄流能力時，堰流為淹沒堰流，其影響用淹沒系數(shù)表達；當下游水位不影響堰的泄流能力時，為自由堰流，此時Ss=1.0；g重力加速度，m/s2。折線型實用堰流量系數(shù)由于高峰紅水河河口堰下游坡為1：5，堰高1.6m，因此H0.8m時，m取0.34；當0.8mVHV1.6m時，m取0.35；當1.6mVHV2.13m時，m取0.37；當H>2.13m時m取0.38。折線型實用堰淹沒系數(shù)表由于高峰紅水河河口堰下游河底與堰頂高差為2.7m，因此當HV2.7m時，Ss=1.0。當堰上水頭大于2.7m時，根據(jù)淹沒系數(shù)表選取淹沒系數(shù)。經(jīng)上述計算高峰紅水河河口堰斷面20年一遇洪峰流量683m3/s，相應的洪水位為368.1m。水位流量關系曲線見下表。高峰紅水河河口堰水位?流量關系線四、設計洪水水面線基本參數(shù)的確定1、天然河道糙率根據(jù)現(xiàn)場踏測，河床由砂礫石和卵石組成，底坡尚均勻，床面不平整，兩側(cè)岸土、石壁相間，長有雜草樹木，形狀較整齊，查《水力計算手冊》天然河道糙率表n取0.038。工程前后河道糙率不變。2、工程后河道糙率工程后河道糙率根據(jù)《水工手冊》，結(jié)合本工程河段整治情況分析，工程河段只整修了右岸，整治后左岸堤防按照3m計，建筑材料為漿砌條石，糙率n=0.022；而河底與右岸寬仍為天然河道，故整個斷面按加權(quán)平均推算糙率為n=0.036。3、洪峰流量璧山縣高峰鎮(zhèn)堤坊工程的洪峰流量：P=5.0%、Q=683m3/s。4、起始水位本次洪水計算以高峰紅水河河口堰為起始斷面（樁號為K0+000），經(jīng)上述計算本斷面P=5.0%、Q=683m3/s，對應的洪水水位為368.1m。五、計算方法水面線計算公式：河道水面線推算采用一維數(shù)學模型，一維恒定流運動方程可寫成：求解時考慮河道局部水頭損失后，對上式沿河道方向進行差分離散，為:式中：Zu、Zd-上、下游斷面水位，m；Au、Ad-上、下游斷面過水面積，m2；ku、kd-上、下游斷面流量模數(shù)，m3/s；-局部水頭損失，對漸變流，=1，=0;As上、下游斷面間距，m；Q-斷面流量，m3/s；g-重力加速度，取9.81m/s2。六、設計洪水水面線計算本次洪水水面線計算，以高峰紅水河河口堰為起始斷面（樁號為K0+000）為起始水位，計算工程河段水位。具體計算方法為：根據(jù)上述計算公式，利用實測河道橫斷面資料、確定的河段糙率及其相應流量，按照上式從下游向上游逐段推算整個計算河段各斷面的水位。工程河段工程前后各斷面20年一遇洪水水面線計算成果見下表。工程河段水面線推算成果表七、沿程堤頂高程計算和確定1、安全超高的確定本工程主要建筑物級別為4級，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》按不允許越浪的堤防工程確定安全加高值為0.6m。2、堤頂超高的計算堤頂超高=設計波浪爬高+設計風壅增長高度+安全加高，即Y=R+e+A。設計波浪爬高按計算，風浪要素采用莆田試驗站法計算，其中平均波高按計算，平均波周期按計算，波長按計算，設計風壅增長高度按計算，由于該值很小，故在次忽略不計。在本工程計算中：多年平均最大風速以18m/s計，風區(qū)長度以300m計，安全加高以0.6m計。經(jīng)計算，設計波浪爬高為0.328m，則堤頂超高為