涪江绵阳武都段分汊河道水面线计算方法浅析

2010-04-18黄永忠

四川水利 2010年6期

黄永忠

(达州市水利电力建筑勘察设计院,四川达州,635000)

1 问题的提出

在堤防工程建设中,水面线计算是一项十分重要的工作,推算好水面线是整个设计的坚实基础,也是确定堤防工程规模和方案的关键依据。江油市武都镇堤防工程位于涪江武都水库大坝下游河段右岸上中脊至中中脊之间,该段河道上有上中脊、中中脊两个江心洲,而且下游还有下中脊与之连成一串,左右两侧均有支壕。其中,上中脊和中中脊主壕在右侧,支壕在左侧,下中脊主壕在左侧,支壕在右侧。该段河道水力学关系十分复杂,不能全程按单一河道推算其水面线,而应按分汊河道处理。

2 河流概况

涪江是嘉陵江右岸的最大支流,也是四川省腹部地区的一条重要河流,发源于川西北松潘县境内岷山雪宝顶北坡,自西北向东南流经绵阳市的平武、江油、涪城、游仙、三台,遂宁市的射洪、蓬溪,市中区及重庆市的潼南、合川等县(市区),于合川城关汇入嘉陵江。干流全长 675km,平均比降 1.4‰,流域面积 36400km2,地理坐标介于东径103°44′～ 106°16′,北纬 29°58′～ 32°44′之间。流域地势自西北向东南倾斜,西北高、东南低,西北海拨高程在 5588m～1188m之间。地貌可分为山地、丘陵、平原三大类型,分别占流域面积37.9%、56.9%及 5.2%。涪江干流在江油武都、安县以北为上游,地处岷山及龙门山区,属中、高山地貌,海拨高程在 600m～5588m之间,面积约1.26万 km2,占流域面积 34.6%。区内山高、谷深、坡陡,区域地质构造复杂,断裂发育。后龙门山及北川一带地壳稳定性较差,地震基本烈度在8度以上,崩塌、滑坡、泥石流等山地灾害比较发育;上游及中游支流的中上游河流穿行于高山区,河谷多呈“V”型,两岸谷坡陡峻,一般在 40°左右,河谷阶地零星分布。江油武都、安县一线以南为中下游丘陵平坝区,面积 2.38万 km2,占流域面积 65.4%,海拨高程一般在 190m～800m之间变化,除分水岭一带有零星山地,河谷有冲积平原以外,绝大部份为中、浅丘地形。该区域地质构造简单,红层广布,岩层产状平缓,地壳稳定,地震基本烈度 5°～6°。区内耕地集中,农垦发达,土地利用率高,域内植被相对较差,水土流失比较严重。沿江干流两岸分布有低矮而平缓的平坝,为本流域经济活跃的区域,广布中小城镇,人类活动频繁。

涪江武都段有 3个江心洲,河道被分为左右两汊,其中上中脊、中中脊主槽在右汊,河床宽度约 300m,左汊河道宽度约 150m,断面不太规则;下中脊主槽在左汊,河槽宽度约 280m,断面不规则,右汊已封堵。涪江武都镇段河段河道形态示意见图 1。

图 1 涪江武都段河道形态示意

3 水面线计算

3.1 基本依据及方法

将工程河段自下而上分为三段:由于中中脊下游右侧支壕已封堵,因此控制断面选在中中脊下游干流河段上,控制断面至中中脊分汊起为第一段;中中脊分汊起至上中脊分汊结束为第二段;上中脊分汊结束至上游结束断面为第三段。首先从控制断面开始,分别假定左右两汊不同分流量(两汊流量之和等于总流量)进行试算,分别推算左右两汊河道水面线,取其上游两汊开始分流断面水位相等的分流比成果。上中脊也采用此法计算,上中脊与中中脊之间的河道按单一河槽法计算,按河道非均匀流水面曲线计算方法,采用伯努力能量方程式计算。

式中:Z上、Z下——分别为上断面和下断面水位高程;

hf、hj— —分别为上、下断面之间的沿程水头损失和局部水头损失;

α上、α下、V上、V下— —分别为上、下断面动能修正系数和断面平均流速。

3.2 河床糙率的确定

在进行控制断面水位流量关系确定时,糙率的确定是关键。在没有实测流量资料的情况下,历史洪水调查是确定好糙率的一个重要手段。本次计算时,在工程河段找到了三个 1976年洪水的三个洪痕,并对其进行了高程测量。计算时,采用了既满足分流情况也基本符合历史洪水水位的成果,并根据该河段的岸坡特性和河床组成情况,查《天然河道糙率表》,同时参考涪江类似河段的糙率,最后综合确定该河段糙率为 0.04。

3.3 分流比的试算

根据已确定的参数,先假定两汊不同的分流量(两汊流量之和等于总流量)进行试算,分别推算左右两汊河道水面线,取其上游两汊开始分流断面水位相等且基本满足历史洪水调查成果的分流比成果。经分析试算,当河道流量为 4500m3/s时,上中脊分流比为:左汊 1150m3/s占 25.6%,右汊 3350m3/s占 75.4%;中中脊分流比为:左汊1500m3/s占 33.3%,右汊 3000m3/s占 66.7%。

3.4 成果的合理性分析

根据《河道整治规范》等相关技术规程规定,对汊道型河道试算的水面线成果应采用实测资料或调查资料进行验证,以确保水面线成果更符合河道实际情况。本次设计过程中找到了 1998年洪水的三个洪痕,并对其进行了高程测量。通过采用 1998年相同流量推求的水面线高程与实测1998年洪水位高程相比较,以验证成果的合理性。实测成果与本次计算成果验证见表 1。