望谟河新屯段整治效果研究

2018-05-04周维

陕西水利 2018年2期

周维

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002）

1 概述

望谟河发源处高程1500 m，至复兴镇处高程约550 m，发源处至望谟县城复兴镇长度约30 km，河道比降平均约为30‰，望谟河从打易镇至复兴镇比降呈减缓趋势：打易至打便村另一支流汇口处河床高差为483 m，河床平均坡降为60.4‰；打遍村支流汇口至新屯镇河道长度9.6 km，高差为209.13 m，河床平均坡降为21.8‰。新屯至平绕河段长度为5.7 km，高差为74.543 m，平均坡降为13.1‰；平绕村至县城王母大桥河段长度为2.9 km，高差为25.78 m，平均坡降为8.9‰。望谟河历来洪涝灾害频繁，给地方经济和人民生命财产造成巨大损失。到2020年，全县形成以县城复兴镇为中心、7座重点城镇、9座一般城镇的城镇体系，其中县城复兴镇为县域中心城镇，打易镇及新屯镇均为重点城镇。随着城镇人口的增长和城镇经济的发展，若不及时对望谟河进行河道治理，洪水造成的损失必将越来越大。河道整治后，整治效果如何也将是设计过程中最为关心的问题。河道整治效果的研究方法主要有理论分析法[1]、物理模型试验方法[2-3]以及数学模型计算方法[4-5]。本文根据实际情况，提出新屯段的整治措施，并建立望谟河水流数学模型，选取适当模型边界和工程条件，开展整治工程实施前后水流特性的研究。

2 研究方法

2.1 数学模型的建立与验证

本文采用平面二维水沙数学模型进行研究，该模型的控制方程如下[3]：

水流连续方程

水流运动方程：

式中：Zs为水位；h为水深；Zb为河底高程；u、v为垂线平均流速沿x、y方向的分量；f为柯氏力；C为谢才系数；n为糙率系数；νt表示紊动粘性系数；河床变形方程可参考文献[3]。本文采用有限体积法进行离散，离散过程、验证计算等可参考作者的前期研究成果[6]，在此不再赘述。

2.2 计算条件

选取典型的十年一遇洪水和二十年一遇洪水，计算分析工程前后水位的影响，典型洪水条件下D1新贸桥、D2新屯和D6断面来流量并不相同，有逐渐递增的趋势，由于实测资料水文资料、地形资料极为有限，为了更安全本次典型年的计算选取三个断面中最大的流量作为数模的上游入流量，下游的水位则由D6断面的水位流量关系插值得到，故本次数模计算的条件如表1所示，图1为数模计算测点断面分布图。

表1 数学模型计算条件

图1 数模计算测点断面分布图

3 望谟河整治方案

望谟县望谟河新屯至东岩段河道进行治理的主要任务是：结合沿河两岸常年受洪水威胁的情况，根据地形、地质条件、总体规划要求、施工条件、工程造价等因素，主要通过修建防洪堤和河道疏浚对望谟河新屯段进行治理，保护新屯镇附近建筑和人口，使河道水流顺畅，并增大河道行洪断面面积、提高河道行洪能力、降低设计洪水水面线高度，以使沿河两岸田土、房屋、人口在相应频率的设计洪水中不受威胁，保障地方经济持续、稳定发展。

本次治理基本沿深泓区布置疏浚中心线，以平面直线和圆弧线切向连接，尽量修直局部扭曲段和增大半径修圆急转弯段，使河道在平面布置上呈顺畅走势，利于水流下泄。根据规划中的堤距要求，疏浚后河道渠化横断面最小底宽取为50 m。因河道弯曲段凹岸基本为较陡的河岸及山体，清淤边界以凹岸天然地形为限向对岸扩展布置，河床宽度不满足设计要求时以削除对岸较凸的冲积层滩地和田地的方式圆弧化处理，减小天然河道弯曲度。根据不同砂卵石覆盖深度，疏浚深度0～3 m，局部较深处疏浚达4m。疏浚河道共长1.647 m，疏浚纵断面坡降为15.32‰，基本维持原河道坡降。

4 整治效果分析

4.1 望谟河整治后水位的变化

采用数学模型计算工程前后计算河段水位的变化，表2和表3分别为十年一遇洪水条件下和二十年一遇洪水条件下的水位变化变化。由表可知，不同洪水条件下，整治工程实施后河道内水位均有所降低。其中D4断面至D5-1断面降低最多，降低幅度在2 m~2.5 m之间，对削减洪水位有显著的影响；D1至D2断面洪水位降低程度次之，降低幅度在0.2 m~0.75 m之间，该河段整治后效果也较好；D2-1断面至D3-1断面水位降低幅度最小，工程前后相差不大。

十年遇洪水和二十年遇洪水的模拟计算均表明，望谟河新屯段整治后，同水位下河道过水面积增大，水位降低，有利于河道防洪。

表2 十年一遇洪水条件下工程前后测量断面最大水位变化

表3 二十年一遇洪水条件下工程前后测点水位变化

4.2 流速变化规律

数模计算结果表明，十年和二十年一遇洪水条件下工程前后流场的变化趋势较为接近。D1断面上游，水流经过该断面后分为左右两汊，主流处于左汊，工程前后流速大小差异不大；D1至的D1-3河段，水流归槽，受河道疏浚影响，工程后流速较工程前流速稍小；D1-3至D3-1河道内，滩面流速归槽明显，尤其是在D2河段附近，工程前右侧过流，且过流范围较大，工程后右侧不过流，主流均在槽内，该条件下工程后洪水的淹没范围较工程前减小较大；D3-1至D5-1河段内流速变化不大，水流流向疏浚的河槽，其中D4断面工程后出现明显浅滩，表明工程后该区域水位下降较多；D5-1断面下游，水流流向变化不明显。表4为十年一遇洪水条件下工程前后流速变化，表5为二十年一遇洪水条件下工程前后流速变化。

表4 十年一遇洪水条件下工程前后流速变化

表5 二十年一遇洪水条件下工程前后流速变化

4.3 典型条件下河床演变分析

采用数学模型模拟分析了10年一遇洪水条件和20年一遇洪水条件下河道整治前后的河床淤积量，表6为计算结果。由表可知，洪水条件下，河道整治前河床均发生淤积，其中D2、D4、D5断面附近淤积厚度最大；随着洪水量的增大，河道的淤积厚度也增大。河道整治后，不同条件下河道断面淤积厚度呈减小趋势，其中D2、D4、D5淤积厚度减小剧烈，且D2-1和D3-1断面在10年一遇洪水条件下出现冲刷状态。该结果产生的主要原因是，河道整治过程中，对初始河道的狭窄区域进行了疏浚，并且对岸滩进行了整治，增大了河道主槽的过流面积，减小了河道两侧的阻力。实现了洪水期洪水归槽，减少了漫滩洪水，达到了减淤的效果。