沁河下游河道疏浚主要技术参数分析

□倪菲菲 □赵秀凤

(1 河南黄河勘测设计研究院；2 河南水利与环境职业学院)

1 沁河下游河道疏浚流量分析

1.1 五龙口+山路平流量变化分析

由五龙口+山路平1954-2012年间的6 个不同时段的汛期各级流量出现的几率及水沙特征可以看出，日平均流量>100m3/s流量出现的几率，自20世纪70年代以后开始减少，由20世纪50年代的37.60%，减少到2000-2012年的6.0%。来水量明显减少，由20世纪50年代的11.50 亿m3，减少到2000-2012年的1.50 亿m3。沙量由20世纪50年代的780 万t，减少到2000-2012年的34 万t。2000年以后，>500m3/s 流量年均仅0.20d，仅为0.10%。

1.2 武陟站流量分析

沁河武陟站有实测记录以来1950-2000年间，最大洪峰流量4130m3/s，3000m3/s 以上洪水两次，分别为1954年和1982年，1000m3/s 以上洪水14 次，600m3/s 以上洪水25 次，占统计年限的48%，600m3/s 以下的枯水时间达52%。1982年大洪水过后至2000年18a 间超过600m3/s 洪水仅5 次。2000年以后，沁河下游枯水现象越趋严重，径流量衰减明显。统计整理武陟站2001-2012年流量资料，见图1。由图可见，近10a 来，武陟站未出现1000m3/s 以上的洪水，超过600m3/s 洪水也仅2 次，全年大部分时间流量都在100m3/s 以下。沁河下游年内来水量基本都集中在汛期，其他时间径流量很小。

根据武陟站多年水位流量资料，点绘水位流量关系曲线。根据武陟水文站所在河道大断面套汇图读出该位置平滩水位为104.50m，依据水位流量关系曲线，查找该平滩水位对应的流量为592m3/s，即武陟断面平滩流量为592m3/s。

图1 2001-2012年武陟站来水统计图

综上所述，从不同时段的来水来沙量分析表明，沁河下游水沙呈逐年代递减的趋势考虑河道近年来多是枯水系列，河床有萎缩的趋势，故沁河下游河道疏浚治理流量取600m3/s 是合适的。

2 河道疏浚宽度分析

2.1 公式计算

利用水流连续方程和曼宁公式得出设计河宽：

根据以上五龙口至石荆桥河段河道参数统计分析数据成果，式中：

K—河相关系，丹河口以上6.90，丹河口以下8.28；Q—设计流量，取600m3/s；n—主槽糙率，丹河口以上取2.60×10-2，丹河口以下取2.10×10-2；J—设计流量下河床比降，丹河口以上取0.601‰，丹河口以下河段取0.398‰。

根据计算，当设计流量取600m3/s 时，河口以上设计河宽为196m，丹河口以下设计河宽为215m。

2.2 主流摆动幅度分析

分析1985～2012年五龙口至石荆桥河段内27 个河道大断面主流摆动强度。见表1。表明，1985年以来C.S.1～C.S.27 断面间河道年摆幅在54～1008m 之间，平均年度最大摆幅为376m，自上游至下游，河道摆幅逐渐增大。

表1 主流线摆动强度统计表

2.3 疏浚宽度分析

设计流量600m3/s 条件下，丹河口以上河段相应设计河宽为196m，丹河口以上河段河道主流平均摆动幅度较小，多小于理论计算河宽，因此，丹河口以上河段河道疏浚宽度采用计算值，取200m 较为合适。丹河口以下河段设计河宽计算值为225m，但其河道主流平均摆动幅度较大，这与该河段畸形河湾较多，河势散乱造成的，考虑到河道疏浚后主流归顺，畸形河势将得到改善，丹河口以下河段河道疏浚宽度取300m。

3 疏浚范围划定

根据各河段河道疏浚宽度，参照沁河下游现有河势流路，绘制沁河下游河道疏浚的平面控制线。平面控制线的主要绘制原则是：①基本沿用现有河槽，充分结合现有河势流路；②畸形河湾处，规划弯道布局合理、曲率半径和中心角适中，进行疏浚治理。

由疏浚控制线与现状河道水边线围成的主河道以外的区域即为疏浚区域。根据疏浚控制线，将沁河下游疏浚控制线范围内主河道以外的区域划分为45 个疏浚区域，其中，沁阳河务局22个，博爱河务局7 个，温县河务局4 个，武陟第一河务局6 个，武陟第二河务局6 个。

4 疏浚理想河槽设计

4.1 理想河槽设计水深

疏浚流量600m3/s 条件下，分别计算丹河口以上河段及丹河口以下河段相应疏浚宽度的断面平均水深值。丹河口以上河段，河床比降为0.60‰，糙率为2.60×10-2，计算理想河槽平均水深为2.02m；丹河口以下河段，河床比降为0.398‰，糙率为2.10×10-2，计算理想河槽平均水深为1.57m。

将设计断面概化为规划流路下的理想河槽，理想河槽主要参数如图2所示。

根据等面积原则求出丹河口以上河段理想疏浚河槽最大水深hmax=4.04m，丹河口以下河段理想疏浚河槽最大水深hmax=3.14m。

图2 理想河槽示意图

4.2 理想河槽设计洪水位

天然河道水面线计算的一般公式为[1]：

式中：z—断面水位，m；υ—断面平均流速，m/s；g—重力加速度，m/s2；α—动能校正系数，反应断面流速分布的均匀程度，本次计算取为1；Q—断面流量，m3/s；Δl—断面间距，m；K—糙率与比降的综合系数；ζ—河段平均的局部水头损失系数，与河道断面变化情况有关，在顺直和收缩河段可取值为0，本次计算取为0。

下标1 和2 分别表示上游断面和下游断面。

根据设计流量、糙率、河道比降以及大断面资料，采用河道水面线计算公式，计算沁河下游河道设计流量600m3/m 下各大断面对应的设计洪水位，计算成果见表2。

表2 现状河道600m3/s 下的设计洪水位计算成果表

5 疏浚总量分析

将理想河槽与现状河道大断面叠加即可得出疏浚断面。根据各疏浚范围，计算各疏浚区域的疏浚量。计算得沁河下游河道疏浚总量为5981.58 万m3。其中，沁阳河务局2610.13 万m3，博爱河务局887.30 万m3，温县河务局246.71 万m3，武陟第一河务局1277.62 万m3，武陟第二河务局959.80 万m3。

6 结语

一方面，沁河下游河道治理必须重视行洪影响问题，沁河河道内应始终坚持不宜大规模建设永久性工程的这一原则，然而，对于今后沁河下游畸形河势治理，不能一味地被动防守，应采取疏浚措施逐步对其调整，从而逐渐消除畸形河势。另一方面，长期无序的开采在某些河段的河床留下了几米甚至十多米的深坑，致使河势改变，采砂破坏的河床形态急需恢复。因此，及时开展沁河下游河道疏浚，规范化河道管理对于改善河势、保障防洪安全、指导水工程建设和涉水涉河项目管理、促进沿河经济发展都具有积极的意义。