辽河设计断面选取与设计水位探究

金文（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110006）



辽河设计断面选取与设计水位探究

金文
（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110006）

［摘 要］辽河水文资料较为全面，水力计算断面测量也有多个年份。辽河作为多沙河流，工程设计时水力计算断面的选取是非常重要也是非常困难的，设计水位的采用也不能简单的直接引用一套断面计算成果，应是在综合分析工程运行期各种可能工况的前提下，对计算水位进行量化处理后，方可采用。文章主要从辽河多年断面之间相对关系，利用断面分析、泥沙分析等多种方法，探讨适合作为近年辽河设计采用计算断面以及计算水面线成果的处理方式。

［关键词］辽河；断面选取；设计水位

1 概况

辽河自20世纪80年代开始有较为系统全面的全河河道大横断面测量，其中相对较为完整有5年：1980，1990，1996，2006，2011年。1980年断面为辽河干流现有堤防系统整修时的设计断面；1990，1996，2006年为辽河大洪水以后隔年或隔几年后的测量断面；2011年断面为目前辽河上下游最新的河道大横断面资料。1990年断面和1996年断面当年测量时以抽测复核为主，因此其断面密度和断面长度均比其他3个年份要小，不适合作为计算断面。根据辽河各泥沙测站资料情况反映，辽河从福德店至河口多年平均含沙量2.35～4.39 kg/m3，介于多沙河流和少沙河流之间，又根据辽河泥沙以及河道淤积特性的一般分析结论，辽河基本上属于洪冲枯淤河流。辽河经过20世纪70年代十余年连续枯水年，河道断面尤其是主槽淤塞较为严重，河段断面过流能力较小，工程设计采用成果偏于安全。因此，在2005年之前，辽河干流上的工程设计水力计算断面采用绝大部分为1980年断面。2005年，辽河干流上唯一具有调蓄洪水功能的大型水库—石佛寺水库建成，该水库的建设运行很大程度上改变了辽河上下游河道的冲淤规律，到目前为止，河道内新的冲淤平衡仍然没有完成。这样就给近年以及其后数年内辽河干流上水利工程治理提出一个难题，即工程设计对应的水利计算断面应如何选取，设计水位应如何采用。

2 断面稳定性分析

在确定计算选取断面之前，应首先分析各套断面的稳定性，即相对于辽河多年长系列而言，是过流能力偏大还是偏小还是居中，进而分析采用该套断面进行计算的结果是否偏于安全，为后续设计水位采用提供依据。河道断面过流能力大小一般可以采用两种方法进行分析：一种是断面比较法，即槽容量法；另一种是输沙量平衡法。

2.1 断面比较法

在各套断面的同一断面设置相同的高水位，一般高水位以在原设计水位附近为宜，利用绘图软件计算高水位以下河滩面及河底以上部分断面的过流面积，列表比较各套断面同一断面的过流面积差值，并引入各断面间流心距，立体计算整个河道各套断面的过流能力。为了与输沙量平衡法进行对比，列举以辽河水文站为节点的相关分析成果，此次分段进行统计，由于辽河河道较长。统计结果见表1。

由表1可见，福德店至石佛寺库尾即凡河口以上段，河道由1980—2006年、由2006—2011年呈现逐年冲刷的态势，河道过流面积增大，河道由1980—2011年30余年间平均冲刷深约0.15 m。石佛寺库尾至马虎山段，1980—2006年冲淤基本平衡，2006—2011年呈现略冲状态，但幅度较小。马虎山至巨流河段，则在1980—2006年间呈现略有冲刷的态势，河道平均冲深约0.15 m，2006—2011年略有淤积，整体上看1980—2011年河槽仍然以冲刷为主，但幅度较小。巨流河以下尤其是巨流河至辽中段，是辽河淤积的主要河段，受辽河西部支流特别是柳河下泄泥沙的影响较大，从长系列来看，1980—2011年，河道平均淤积厚度超过0.2 m，对河道过流面积影响较大。辽中至六间房段，或者进一步下延大约至L83断面，河道由上游的淤积渐进发展至以冲刷为主，尤其是2006—2011年，柳河近年没有大水发生，下泄泥沙较少且由于此段距离柳河口渐远，致使该段在河道冲淤基本平衡的基础上呈现略冲的态势，但幅度很小且从长系列看此种趋势也不够稳定。六间房以下或者L83以下，受盘山闸运用影响，河道基本呈现淤积的态势，但受惠于近年柳河未有大水发生，在2006—2011年间淤积状况并不特别严重，在2006年之前该段淤积较为严重，也是其在2003年以后安排河道清淤的主要原因。

表1 辽河历年断面过流能力分段统计表

2.2 输沙量平衡法

利用辽河干支流泥沙测站统计资料，分析得出干流上下两站之间在某一年份的泥沙淤积或冲刷量，并根据长系列资料分析洪、中、枯水年状况下的河道冲淤规律，结合历年大洪水时各水文站汛前、汛中、汛后断面，分析大洪水状况下的河道一般冲淤规律。在干流泥沙资料统计时，应特别注意主要支流尤其是含沙量较大支流下游泥沙测站资料的统计和分析，在条件具备时还应分析干支流洪水历时遭遇情况，进而配合断面比较法分析得到干流淤积部位、淤积厚度与洪水组合情况的关系。由于是以泥沙测站为节点进行统计，因此，分析成果原则上仅能反映两站之间的泥沙冲淤总量变化情况。为了统计成果更直观地与断面比较法进行对比，此研究引入断面平均淤积状态进行分析说明，平均淤积为将区段泥沙淤积总量除以区间河道面积，不单独做主槽和滩地的区分，统一用平均值进行说明。统计结果见表2。为了与断面比较法进行对比，将泥沙资料按照1980年以前、1980—2005年、2006—2011年3个时段分别进行统计。

表2 1954-2011年辽河干流各河段泥沙淤积厚度统计表 m

从表2中可见，铁岭以上河段基本呈现逐年冲刷态势，1980年以后河道平均冲刷超过0.11 m；铁岭至马虎山河段基本呈现逐年淤积态势，但结合断面分析法成果，淤积应主要发生在石佛寺库区，石佛寺坝下略有淤积但不严重，泥沙统计资料显示该段多年平均淤积约0.14 m；马虎山至巨流河河段呈现逐年冲刷态势，1981—2011年30年间河道平均冲刷约0.09 m。巨流河以下至六间房则基本呈现逐年淤积态势，结合断面比较法成果，这一淤积态势可下推至盘山闸，其间淤积程度略有差别，以巨流河至平安堡最大，1981—2011年30年间河道平均淤积厚度接近0.5 m。

3 计算断面采用

根据断面比较法和输沙量平衡法分析成果，并结合相关资料分析，可以大致得出：辽河干流石佛寺库区以上河道以及石佛寺大坝至下游巨流河段河道，多年来看应是以冲刷为主，个别断面和较短河段的淤积程度也较轻。从大范围定性分析上可以认为以上河段属于冲刷态势，而且从长系列看，此种河段发生较大淤积甚而淤积至1980年断面程度的可能性非常小。其中较为重要的一个原因，是上游东、西辽河上目前均建设有大型防洪控

制水库，下泄泥沙减少，清水下泄时间增加，辽河干流上游的来水、来沙条件与1980年以前发生根本性改变。石佛寺库区以及巨流河以下辽河干流河段则基本呈现淤积态势，其中巨流河至平安堡段最为严重，30年间淤积厚度平均可达近0.5 m，但随着石佛寺水库的建成运用，以及柳河整个的来水来沙条件的变化，淤积程度有望减轻。

综上所述，从资料的完整性以及时效性上分析，水力计算应尽量采用较新的测量资料，更能客观准确地反映现状河道行洪条件，在工程设计中通过分析，对设计水位进行一定的后续处理，进而达到资料完整、准确，设计合理、安全的目的。因此，在现有资料情况下，建议工程设计选取2011年断面作为设计水位计算断面。

4 建议设计水位采用方法

根据断面比较法和输沙量平衡法分析成果，可见辽河干流上下游的冲淤规律是不完全一致的，在采用任何一套断面进行设计水位计算时，均需要做一定的后期处理才能更好地满足工程设计的需求。根据前文，在采用2011年断面作为设计水位计算断面后，通过对2011年断面的一些必要处理，包括套堤、阻水林木、管理路等的概化以及河道各区域糙率的归纳处理，分段采用控制节点的起点水位和上游来流条件，计算得到工程设计的初步设计水位。

在初步设计水位基础上，利用断面比较法和输沙量平衡法分析成果，并参考原辽河整治工程设计的水位处理方法，建议工程设计采用水位在初步设计水位上做如下处理：石佛寺库区以上以及石佛寺大坝至下游巨流河桥段直接采用初步设计水位。石佛寺库区仍然采用《辽河石佛寺水库枢纽一期工程初步设计报告》的水面线成果；巨流河以下至盘山闸段设计采用水位在初步设计水位基础上加0.5 m淤积预留，该数据与辽河整治工程初步设计处理方式相同。

［参考文献］

［1］杨军等．辽河石佛寺水库枢纽一期工程初步设计报告［R］．辽宁省水利水电勘测设计研究院，2001.

［2］徐辉荣．珠江河口整治疏浚断面设计初步研究［J］．广东水利水电，2004（4）.

［3］林汀水．辽河水系的变迁与特点［J］．浙江大学学报（哲学社会科学版），1992（4）.

［中图分类号］P333

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0010－02

[收稿日期]2015-12-20