受洪水頂托影響的中小河流水利計算

受洪水頂托影響的中小河流水利計算湯金頂;程玉祥【摘要】受出口洪水頂托影響的中小河流河段，其設(shè)計洪水位不但受本流域降雨形成的洪水影響，而且也受下一級河流洪水頂托影響,不同標(biāo)準(zhǔn)洪水影響程度不同，即使是同一標(biāo)準(zhǔn)洪水、洪水組合不同影響程度也不同，從而決定著河道治理方案和工程規(guī)模.東至縣堯渡河中下游縣城河段受長江洪水頂托影響，同時縣城河段又對其支流產(chǎn)生頂托影響，通過現(xiàn)狀與規(guī)劃方案的水利計算，提出了較優(yōu)的河道治理方案.【期刊名稱】《浙江水利科技》【年(卷)，期】2010(000)006【總頁數(shù)】3頁(P6-7,10)【關(guān)鍵詞】洪水頂托影響;中小河流河段;水利計算;堯渡河;治理方案【作者】湯金頂;程玉祥【作者單位】浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江，杭州,310020;浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江，杭州,310020【正文語種】中文［中圖分類】TV2141問題的提出我國中小河流眾多、分布廣,流域面積在100km2以上的河流約有5萬多條，在200km2以上的有5000多條，在1000km2以上的約1700多條。大部分中小河流主要是20世紀(jì)50—80年代通過群眾投工投勞進(jìn)行治理，總體標(biāo)準(zhǔn)偏低、質(zhì)量偏差，處于〃大雨大災(zāi)、小雨小災(zāi)”的局面,特別是近些年來極端天氣事件增多，中小流域常發(fā)生集中暴雨,形成較大洪水，造成比較嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。本文以安徽省東至縣堯渡河中下游(縣城河段)河道治理工程中的水利計算為例，介紹受出口洪水頂托影響的中小河流治理水利計算的一般方法。2河流概況堯渡河。堯渡河位于長江南岸，屬長江一級支流，經(jīng)東流新閘匯入長江。堯渡河?xùn)|至縣城河段位于堯渡河中游、縣城以西,自東山撇洪溝出口至梅城河出口長5.25km,是1974年開始改道而成的，河道順直，現(xiàn)狀河底寬度130~260m,河底深泓點(diǎn)高程12.7~8.5m,河道坡降0.8%。,特征位置集水面積為東山撇洪溝出口下447km2、水文站(汪公廟站址)457km2、赤頭橋(梅城河出口橋)上470km2、赤頭橋下496km2。保護(hù)縣城的右岸堤防,1974年改道時按50a一遇洪水位超高1.0m設(shè)計,現(xiàn)狀堤頂高程22.3-21.1m。梅城河。梅城河位于城北、縣城下游,在赤頭大橋匯入堯渡河，集水面積26.5km2,河道長度10.93km,河道平均坡度9.63%。?？h城防洪圈段自周村河出口至赤頭大橋長2.65km,現(xiàn)狀河底寬度4~76m,河底深泓點(diǎn)高程16.8~9.2m,保護(hù)縣城的左岸堤頂高程22.2~20.1m。周村河。周村河位于城東北，是梅城河支流，集水面積4.4km2,河道長度4.22km,河道平均坡度6.8%。。縣城防洪圈段河道長0.94km,現(xiàn)狀河底寬度4~31m,河底深泓點(diǎn)高程22.5~16.5m,保護(hù)縣城的左岸堤頂高程24.8-22.0m。東山撇洪溝。東山撇洪溝位于城南、縣城上游，集水面積4.8km2,河道長度3.74km(含上游天然河道)，河道平均坡度7.0%。?？h城防洪圈段河道長1.624km,現(xiàn)狀河底寬度5-22.5m,河底深泓點(diǎn)高程18.3~13.2m,保護(hù)縣城的右岸堤頂高程22.3-20.5m。堯渡河集水面積較大，流域內(nèi)調(diào)蓄容積小，使得出口處的東流新閘在洪水期一般均處于開啟狀態(tài)，長江回水可至縣城河段，同時縣城河段洪水又對其支流梅城河、東山撇洪溝產(chǎn)生頂托影響。3防洪規(guī)劃方案與防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3.1防洪規(guī)劃方案1974年，堯渡河縣城河段改道后，形成了目前縣城防洪格局，經(jīng)多年來的運(yùn)行,認(rèn)為現(xiàn)狀防洪布局基本合理，維持現(xiàn)狀防洪方案、圈堤布局及大部分堤線布置。同時，根據(jù)河道現(xiàn)狀與存在問題,對河道底寬進(jìn)行控制，堯渡河堯渡大橋以上最小底寬控制為160m、以下130m,梅城河14m,東山撇洪溝8m。3.2防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《東至縣城總體規(guī)劃》（修編稿）,2020年縣城總?cè)丝诳刂圃?萬~10萬,根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，非農(nóng)業(yè)人口少于或等于20萬的縣城屬于一般城鎮(zhèn)，城市等別為IV等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20-50a一遇。4防洪水利計算防洪水利計算的主要任務(wù)是計算河道設(shè)計水面線,為河道治理和堤防設(shè)計提供依據(jù)，其方法有自下而上的恒定流水面線法和自上而下的一維非恒定流水動力模型法。恒定流水面線法一般適用于山區(qū)、丘陵區(qū)，現(xiàn)在使用較廣。堯渡河?xùn)|至縣城河段屬山丘區(qū),水面線計算采用恒定流水面線法。4.1堯渡河4.1.1河道斷面資料2006年在堯渡河干流上起東山撇洪溝出口下、下至赤頭橋上5.25km縣城河段共測了105個橫斷面，斷面間距基本為50m。4.1.2設(shè)計洪水堯渡河上有東至水文站，通過對流量法和暴雨法設(shè)計洪水成果的比較,確定采用考慮歷史洪水的流量系列法頻率計算成果。4.1.3起始水位水面線計算從梅城河出口開始，需要計算梅城河出口處各頻率洪水位。東至水文站雖有建站以來水位資料，但由于該站經(jīng)歷3次搬遷,1977年8月在水文站下游1.5km處新建1座跌水堰,1998年和1999年大洪水又將測驗設(shè)施和跌水堰沖毀，故該站水位系列不具備一致性。堯渡河出口處的東流新閘,具有1971—2007年汛期實測水位資料;梅城河出口上游400m處的赤頭排澇站,具有1994—2007年汛期實測水位資料。根據(jù)東流新閘與赤頭站汛期50余組同期實測水位分析，赤頭站外水位比東流新閘水位高0.1~0.5m左右,二者相關(guān)關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)為0.999。利用東流新閘水位，延長赤頭排澇站最高外水位系列到1971—2007年,進(jìn)行頻率分析得出梅城河出口處各頻率洪水位。4.1.4河道糙率堯渡河河道寬闊、順直，河道內(nèi)無障礙物，兩岸堤防較標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)狀和規(guī)劃情況下各斷面糙率取小值0.025。4.1.5跨河建筑物堯渡河縣城河段自上而下現(xiàn)建有堯渡大橋、堯渡新橋與橡膠壩3座建筑物，三建筑物均產(chǎn)生一定量的壅水。橋梁壅水根據(jù)《公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范》(JTJ062—91)推薦公式計算;橡膠壩在高水位時全部淹沒，由于水深深、流速小,壅水高度估算確定。4.1.6水面線計算水面線計算分現(xiàn)狀與規(guī)劃2種情況分別計算。(1)現(xiàn)狀水面線計算。保護(hù)縣城的右岸堯渡大橋上500m以下堤頂高程超50a—遇水位1.5m以上,堤頂高程滿足設(shè)計要求；以上堤頂高程超50a一遇水位0.6~1.3m(局部超1.5m以上),堤頂高程不足。左岸堯渡大橋下600m以上堤頂高程超20a一遇水位1.5m以上（局部超1.0~1.3m），堤頂高程基本滿足設(shè)計要求;以下堤頂高程超20a一遇水位不足1.0m,堤頂高程不足。（2）規(guī)劃水面線計算。規(guī)劃方案考慮對河道進(jìn)行清淤，清淤后50a一遇降低水位最大值僅0.06m,效果不明顯,說明堯渡河縣城河段高水位主要受長江水位控制，清淤不能有效降低水面線。雖然如此，為改善河道環(huán)境，利于引水進(jìn)入城區(qū)（進(jìn)水口為堯渡大橋上游的堯渡老河進(jìn)水閘），以及水利血防的需要,設(shè)計考慮了河道清淤措施。4.2梅城河4.2.1河道斷面資料2006年,在梅城河上起周村河出口下、下至梅城河出口2.65km河段共測了54個橫斷面，斷面間距基本為50m。4.2.2洪水組合梅城河設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇,其洪水位受堯渡河干流回水和自身洪水的雙重影響，在水面線計算時，必須考慮兩河洪水組合（見表1）。表1梅城河洪水組合表頻率/%洪水組合5堯渡河干流50a一遇水位19.1m、遭遇梅城河5a一遇流量93m3/s,與堯渡河干流5a一遇水位16.6m、遭遇梅城河20a一遇流量228m3/s的外包線10堯渡河干流50a一遇水位19.1m、遭遇梅城河5a一遇流量93m3/s,與堯渡河干流5a一遇水位16.6m、遭遇梅城河10a一遇流量158m3/s的外包線20堯渡河干流50a一遇水位19.1m、遭遇梅城河5a一遇流量93m3/s,與堯渡河干流5a一遇水位16.6m、遭遇梅城河5a一遇流量93m3/s的外包線4.2.3河道糙率梅城河現(xiàn)狀河道彎曲,右岸為山或土坎，岸坡和局部河道有阻水植物,現(xiàn)狀和設(shè)計河道不拓寬情況下各斷面糙率取0.04,設(shè)計河道拓寬情況下各斷面糙率取0.035。4.2.4水面線計算水面線計算分現(xiàn)狀與規(guī)劃2種情況分別計算。1995年，“05.25”暴雨暴發(fā)山洪，梅城河堤普遍漫水，縣一中背后河堤決口，校舍被淹，死亡3人，縣城進(jìn)水1~3m。1995年災(zāi)后，在上游950m段左岸堤頂興建了1.2m高的防洪墻，現(xiàn)狀防洪墻部分鋼筋外露，安全運(yùn)行不能得到保證?，F(xiàn)狀水面線計算。保護(hù)縣城的左岸下游1.71km堤防堤頂高程超20a一遇水位1.5m以上，堤頂高程滿足設(shè)計要求;上游0.95km堤頂高程超20a一遇水位1.12~1.37m,堤頂高程不足，同時1995年災(zāi)后建設(shè)的防洪墻存在安全隱患。規(guī)劃水面線計算。規(guī)劃方案分拓寬河道和加高堤防2種方案，拓寬河道方案最小底寬為14.0m。水利計算結(jié)果表明,河道拓寬方案，上游1.8km河段水位均有所降低,20a—遇水位最大降幅為1.21m,投資比加高堤防方案省，同時拓寬段河道位于縣一中下游,無拆遷，易實施,加高堤防方案因加高段位于縣一中及上游，需拆遷房屋，實施難，因而推薦河道拓寬方案。以同樣方法對東山撇洪溝和周村河進(jìn)行了水面線計算,并確定合理的治理方案。5結(jié)語根據(jù)初步安排,2009-2011年治理的中小河流項目數(shù)量多，建設(shè)任務(wù)重，每個縣一般均有10個以上項目。然而，很多中小河流前期規(guī)劃設(shè)計工作嚴(yán)重滯后,前期設(shè)計工作的進(jìn)度,是決定中小河流治理任務(wù)能否順利完成的關(guān)鍵之一,前期設(shè)計工作的優(yōu)劣，決定著中小河流治理投資效益