建平县滨河北路防洪工程水面线计算分析

陈树华

(建平县水务局，辽宁 建平 122400)



建平县滨河北路防洪工程水面线计算分析

陈树华

(建平县水务局，辽宁 建平 122400)

建平县滨河北路防洪工程水力计算依据《防洪规划》提供成果，通过断面的验证，确定起点水位，选择糙率，运用能量方程推求水面线，确定不同频率下的水面高度，为堤防工程建设提供依据。沿建平县城区修建滨河北路即防洪堤，通过工程治理加快交通运输的快速发展，实现河道畅通，河道内出现环境水面，改造城市环境。

防洪工程；起点水位；糙率；水面线；成果

0　前　言

本次滨河北路工程防洪工程设计，以确保牤牛河两岸企事业单位、乡镇、农田及人民群众生命财产安全为主要目的，并充分考虑上下游、左右岸的关系，依据国家有关的法律法规做到全面规划，统筹兼顾。建平县滨河北路工程防洪工程部分按河流不同分为五段。山口河段、富山河段、牤牛河段、二道莫河段和汇合口下河段[1]。各段堤顶高的确定需要先确定水面的高度，以下就水力计算进行简要分析。

1　滨河北路防洪工程水力计算

首先确定起点水位，据相关历史资料，本次牤牛河治理工程范围包括围绕城区的牤牛河段及二道莫河段。二道莫河无历史资料可查，而牤牛河有叶柏寿水文站。

1985年5月，建平县水利局编制了《第二牤牛河清障整治防洪规划》(以下简称《防洪规划》)。在《防洪规划》中，根据1982年实测的41条横断面图，5座桥梁纵断面及其它资料，对水面线进行了推算。选取了两个控制断面计算起点水位，分别为漫水桥L32断面和总出口L40号断面，并用水文站基本水尺断面L9水位进行了验证。1985年起点水位成果见表1。

表1　1985年《防洪规划》起点水位成果表

本次设计中，1985年《防洪规划》所提成果有很大的借鉴价值，但在本次设计中不能完全采用。这是因为：①1985年《防洪规划》所依据的1982年实测横断面至今已24 a，河道大断面发生了较大的变化，尤其近年开采铁矿排渣，河道淤积；②因水文系列的延长，不同频率的流量有所差别。本次牤牛河治理工程按20 a一遇设计。本次设计若再次从L40断面推算，需重测大断面，设计周期很长，考虑到本次设计范围内有L9水文站断面可以验证，因此本次设计借鉴《防洪规划》的成果，并用L9断面验证[2]。

在本次设计范围内，有L7～L13断面。L13断面位于牤牛河与二道莫河汇流口下游200m。本次设计以L13断面为起始计算断面，向上游推算牤牛河与二道莫河的设计水位。

表2中本次设计起始水位为软件自动计算值。本次设计流量与1985年《防洪规划》流量很接近，但起始水位却差别较大。其原因主要有如下2点：①目前L13断面与1982年实测相比，河底平均高程抬高0.50m，河底最低点高程相差0.58m，相应设计流量下的水位也应抬高；②1985年规划时，河道基本上无堤防，河床主槽与滩地高差不大，河道行洪宽度为361m，而人工渠化后，河床较规整，修筑堤防，河道宽度为306.5m，因此起始水位也相应抬高。

表2　本次设计采用起点水位

实际上，本次设计只整治至L13断面，其下断面维持现状，河道宽度行洪时L13断面以下逐渐扩大，产生局部水头损失，水位应有所下降。按目前选用其结果是偏于安全的[3]。

以上起点水位确定后就是糙率的选择，1985年《防洪规划》时，主槽糙率为0.017～0.021，左滩糙率为0.045～0.055右滩糙率为0.038～0.048。

河道整治后修建堤防，堤防护坡为混凝土，其糙率为0.015～0.020，护坡糙率对整个河道影响较小。河道整治后，原有河道过流条件改善，综合考虑河段特征、洪水坡度、河床质平均粒、宽深比、含沙量等因素，并与该河道特性相近的大凌河喀左城市段进行类比分析，最终治理河床选用0.033做为设计糙率值[4]。

糙率选定后需要确定设计河道比降，治理的原则是基本上维持天然河道的比降不变。治理后河道趋向平顺，断面为梯形断面，经实测并回归分析确定设计比降见表3。

表3　设计河道比降表

2　 滨河北路防洪工程水面线计算原理与方法

建平县牤牛河设计水面线计算采用天然水面线计算软件V3.111，其中桥壅水计算采用鲍式公式，一般断面间用能量方程式推算。

能量方程式：

(1)

式中：Z1、Z2分别为下、上游断面的水位，m；hf、hj分别为上下断面间的沿程、局部水头损失，m。u1、u2分别为下、上游断面的流速,m/s。

鲍氏公式：

△Z=ξ(V2-V12)

V=2PVS/(1+P)

V1=Q/(W过+W阻)

(2)

式中：△Z为桥壅水高度，m；ξ为系数(与水流进入桥孔的阻力有关)；V为有冲刷情况时，桥下平均流速，m/s；V1为天然条件下桥位处平均流速，m/s；P为与桥孔冲刷有关的系数；W过、W阻为桥的过水和阻水断面面积，m2；VS为桥下设计洪水流速，m/s。

3　滨河北路防洪工程水面线计算成果

根据上述已经条件及所确定的有关参数，各河道P=2%、 P=5%、P=10%水面线成果见表4。

以上水面线计算成果表为确定堤顶高程提供依据。

4　结　语

沿建平县城区修建滨河北路即防洪堤，通过工程治理加快交通运输的快速发展，实现河道畅通，河道内出现环境水面，改造城市环境。

表4　各河道p=2%、p=5%、p=10%水面线成果

[1]韩立阳,马雪梅,肖敬光,薛强.浑河沈阳城市段水面线计算中所遇问题的分析[J].东北水利水电.2004(12)：11-27.

[2]游畅.关于福永河防洪工程规模几个重要边界条件的确定[J].中国农村水利水电.2013(05)：170-172.

[3]胡宇.明渠水面线计算方法分析研究[D].西安：西北农林科技大学，2008.

[4]宿继成,曲少萍,胡湘.天然河道水面线计算方法的改进[J].黑龙江水利科技，2007(01)：24-26.

1007-7596(2016)05-0046-03

2016-03-18

陈树华(1965-)，男，辽宁建平人，高级工程师，从事水利管理工作。

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