南票区城乡供水工程穿河管道防洪影响评价

(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司，辽宁 沈阳 110003)

南票区位于葫芦岛市西北部，地处辽西丘陵山区，属典型的北温带半湿润大陆性季风气候，年降水量仅为360～784 mm，水资源匮乏，加上南票煤田40多年的开采，造成大面积地表沉陷，同时受连年干旱及水污染等多种因素制约，人畜生活用水水源已近枯竭。全区居民生活用水主要采用深井集中供水和农村管井、大口井提水，基本为分散供水，相对集中的居民住宅区和单位分别由13个分散小水源供水。全区居民平均人均用水量仅为27 L/d，不足城镇居民人均用水量的1/5，随着地区经济的发展，居民安全用水的供需矛盾将日益突出。

1 工程概况

工程水源选择乌金塘水库水源，水源供给规模8 000 m3/d。取水头部至南票区现状已经敷设完成DN400输水管道1条，现状管道敷设至城区边界处，本工程新建输水管道由现状预留位置敷设至净水厂，占用新沙河河道全长11 957 m，输水管径DN400，输水量按8 800 m3/d(包括10%水厂自用水量及漏失量)。项目从乌金塘水库取水，进入调节池，并进入本工程的处理构筑物[1]。水厂处理完的水通过二级泵站加压后送入厂外配水管线。本工程新建输水管道由现状预留位置敷设至净水厂，输水量为8 800 m3/d(包括10%水厂自用水量及漏失量)。配水管网平差水量按远期8 000 m3/d计算。分为南北两个片区，每个区域供水量均为4 000 m3/d。水厂规划选址在南票区九龙街道暖馨小区东北角，西至新建南票区医院，东至306省道，南至暖馨小区北侧，北至预建南票天然气厂南侧。供水厂占地9 793.55 m2，国有建设用地，距离水源地7.1 km。

2 河道概况

2.1 河道基本状况

南票区河谷多为南北向切割煤田，绝大部分为季河谷，喂煤田东北部小凌河长年流水。该工程涉及河道为女儿河支流新沙河沙锅屯至高家屯干流段。新沙河发源于南票区沙锅屯乡上新安村上石佛洞，海拔高程为243.291 m，流域总面积为116 km2，主河道全长23 km，河道比降为8.2‰。工程范围内河床的地质条件简单，为第四系冲洪积岩，岩状为砂及砂石，局部有粉质砂和土。岩性为鞍山岩。中等风化节理裂隙发育微风化节理裂隙较为发育，裂隙主要走向东北。沿河两岸以砾石为主，孔隙度小，压实性好，山区基岩裂隙水微弱；本区地下水的来源，主要是大气降水，煤田东北部受小凌河影响，地表水沿裂隙浸入矿井，一般矿区充水程度较小[2]。

2.2 跨河建筑物

城乡供水工程输水管道涉及新沙河河道内有景观拦河坝11处，拦河坝底宽3.0 m，顶宽0.40 m，坡比1:1.2，长度约为60 m，有供水管线1条，管道管径0.225 m，埋深1.5 m，截污管道1条，管径0.6 m，埋深1 m，供暖管线11处，管径0.2～0.4 m，埋深1.5 m。

3 防洪评价计算

3.1 防洪评价标准确定

南票区城乡供水工程穿河管道在新沙河河道内，新沙河设计防洪标准为20 a一遇。故该城市供水工程确定设计洪水标准为20 a一遇，输水管道穿越新沙河按照50 a一遇防洪标准进行校核[3]。

3.2 洪水计算分析

由上可知，南票区城乡供水工程穿越河道在新沙河河道内，本次采用设计防洪标准为20 a一遇，校核标准采用50 a一遇。经过计算分析，设计洪水位在62.53～120.78 m之间，设计洪峰流量为780～315 m3/s之间；校核洪水位在63.21～121.31 m之间，校核洪峰流量为1 110～448 m3/s之间。通过对设计洪水计算成果分析，本次设计洪水成果合理，可以采用计算成果。

3.3 壅水分析

南票区供水工程输水管线至净水厂的管道铺设属于隐蔽工程，工程建设完工后不会造成河水水位的壅高，对河道堤防的防洪造成的影响极小。唯一值得商榷之处在于管线穿堤(坝)出防洪问题。

3.4 穿堤(坝)方案确定

南票区供水工程输水管线的管道穿越堤防采用顶管施工，顶管采用钢筋混凝土专用顶管，顶管在堤基以下可以避免堤防破坏，保障堤防的结构完整性，同时顶管管道与地下土层紧密结合，不会产生任何河水渗漏，确保堤防抢的及防洪功能不受任何影响。

3.5 冲刷分析

3.5.1 水流平行于岸坡产生的冲刷

冲刷计算采用《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)中的公式，水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算：

(1)

式中：hs为局部冲刷深度(m)；H0为冲刷处的水深(m)；Ucp为近岸垂线平均流速(m/s)；Uc为泥沙的启动流速(m/s)；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4-1/6，本次取0.25。

粘性与沙质河床采用张瑞瑾公式计算，卵石河床采用长江科学院公式计算；

——张瑞瑾公式；

(2)

(3)

d50为河床的中值粒径(m)；H0为行进水流水深(m)；rs，r分别为泥沙与水的容重(KN/m3)；g为重力加速度(m/s2)。

Ucp的计算应符合下列规定：

(4)

式中：U为行近流速(m/s)；η为水流流速分配不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α角查表采用。

3.5.2 水流斜冲防护岸坡产生的冲刷

当水流经过仓储基地后，该侧河道变宽，并且与水流方向成90°夹角。此时冲刷深度计算依旧采用《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)中的公式，计算结果如表1。

表1 冲刷深度计算成果表(右岸斜冲)(p=2%)

由表1计算可得，50 a一遇洪水局部最大冲刷深度为1.99 m，要求堤基最小埋深2.0 m。

4 防洪影响分析

4.1 对新沙河防洪规划影响分析

南票区城乡供水工程新沙河供水管线的铺设不会改变新沙河地方布设，总体上符合新沙河防洪工程规划要求，规划区主要有新沙河堤防和景观拦河坝，现已按照设计标准建成使用，供水管线工程不会影响水利规划的实施。

4.2 对行洪安全的影响分析

该工程的建设为隐蔽工程，工程完工后基本不会占用河滩地行洪面积，说明工程建成后对新沙河行洪基本没有影响。

4.3 对河势稳定的影响分析

根据本工程项目所在河段的河床稳定性分析，表明河床是比较稳定的。工程建成后对本河段的行洪安全基本没有影响，相应对新沙河水流的流态，河流流速影响不大，对河势稳定不会带来较大的不利影响。

4.4 对现有防洪工程、河道整治工程及其它水利工程与设施影响分析

该工程处于新沙河河道较为稳定河段，属于比较稳定的蜿蜒型河道。河流两岸为近期修建的堤防，因此对堤防无影响，施工期间可能会对现有堤防及其他水利工程造成一定影响。为了保证堤防安全，在穿越堤(坝)管线施工过程中要严格按照施工规范的要求，保质保量地完成各道工序。回填土方应采用原来开挖的土方，分层碾压，达到原设计要求的各项指标，并经设计、监理及有关管理部门验收合格后才可完工交付使用。

4.5 对防汛抢险的影响分析

新沙河主要汛期在每年的6～9月份，该工程施工期，若遇汛期洪水，会对施工产生不利影响；同时，由于其在河道附近施工，不能挤占防汛抢险道路，确保防汛抢险道路畅通。

4.6 河道演变对其他工程的影响

新沙河属于比较稳定的蜿蜒型河道，河道没有发生大的河势变化的可能。因此，这条河流将是非常稳定的，不会发生大的河势演变。

4.7 施工期对第三人合法权益的影响

由于工程本身河段内有供暖管道、截污管线、供水管线，在施工时要严格按照相关水利规范执行，根据规划图纸，避开供暖管道、截污管线、供水管线，避免对供暖管道、截污管线、供水管线工程造成影响和破坏。

5 结语

经计算复核，南票区城乡供水工程新沙河沙锅屯段只高家屯段供水管线对防洪影响的主要评价结果：

(1)本次计算范围内河道全长11 957 m；布置河道计算横断面22个。经过计算分析，设计洪水位在62.53～120.78 m之间，设计洪峰流量为780～315 m3/s之间；校核洪水位在63.21～121.31 m之间，校核洪峰流量为1 110～448 m3/s之间；局部最大冲刷深度为1.99 m，要求堤基最小埋深2.0 m。

(2)新沙河为比较稳定的蜿蜒型河道，河道没有发生大的河势变化的可能，该项目建设属于隐蔽工程，对河流几乎没有影响，河流将是非常稳定的，不会发生大的河势演变。

(3)新沙河主要汛期在每年的6～9月份，该工程施工期，若遇汛期洪水，会对施工产生不利影响；同时，由于其在河道附近施工，不能挤占防汛抢险道路，确保防汛抢险道路畅通。本工程为隐蔽工程，工程建成后不会引起水位雍高。

(4)防洪影响。该工程建设符合防洪标准要求，对河道泄洪影响极小。

[1]才庆欣.节水型社会体制与机制建设初探[J].水资源开发与管理.2017.(02):57-59.

[2]徐飞.沈阳地区水资源短缺原因分析及对策研究[J].水资源开发与管理.2015(01)：24-26.

[3]赵希岭.防洪评价报告编制中有关问题的探讨[J].水利技术监督.2011.19(2):34-35.