小凌河险工险段治理规划设计

摘 要：本文以小凌河锦州市松山新区北壕村段为例，通过对历史洪水危害程度分析，选取典型年洪水组成为水力学计算基础，确定治理规模和水工建筑物组成形式。

关键词： 河道险工险段;洪水分析;水力学计算;水工结构形式

小凌河在松山新区北壕村位置呈“弓”字型走向，北壕村处于弓背位置，小凌河洪水受河道急转弯影响，对河岸冲刷加剧。2004年以前小凌河河岸距北壕村东侧房屋还有近20.0m距离，现河岸距居民房屋最近处仅剩不足8.0m距离，对该险工险段治理直接关乎沿岸百姓生命安危。

一、洪水分析

1.洪水组成

险工险段上游有女儿河、百股河汇入，需要分别分析计算小凌河干流锦州站、女儿河乌金塘站、乌金塘～女儿河口区间、女儿河口及汇流口各控制点天然设计洪水成果。

2.典型年选择及典型洪水过程线

选取1963年洪水过程比较危险、有代表性的典型年进行分析。小凌河汇流口以上洪水过程线采用锦州水文站实测成果。乌金塘站洪水过程线采用其本站还原后成果。乌金塘～女儿河口区间洪水过程线采用辽宁省暴雨洪水查算图表法推求。女儿河口洪水过程线用乌金塘站洪水过程线和区间洪水过程线进行组合求得。

3.设计洪水组成分析计算

根据上述设计洪水地区组成方法，采用1963年作为全区设计洪水地区组成的典型年，经计算汇流口天然设计洪峰流量P=1%时为12900 m3/s;P=2%时为10300 m3/s;P=3%时为8810 m3/s;P=5%时，为7030 m3/s;P=10%时为4720 m3/s。

二、水力学计算

1.工况分析

第一种工况按现状水位条件，即在低水位季节，主要考虑在施工过程中建筑物对水流的改变作用，水位的雍高和冲刷作用对坝基和坝体的破坏;第二种工况按河道水位与坝顶高度相等情况;第三种工况按河道水位与两岸高度相等情况。

2.现状水位条件

a、河道流量计算（水位2.30m）

该区无实测流量资料，近似按均匀流公式计算

Q=ωc =    =587.4（m3/s）{式中：Q-流量（m3/s）;ω-过水断面积（m2）;n-糙率（查得主槽该段n=0.025）;R-水力半径;X-湿周（m）;I-该河段实测平均比降i=0.00045，从实测标准断面上查得面积ω=345.79 m2，湿周X=122.05m，则R=2.833}

b、雍水高度计算（水位14.50m）

ΔZ=Q/2g（ψε h）2- /2g=0.00049≈0{式中：Q-587.4m3/s;ψ-流速系數，取0.85;ε-侧收缩系数，取0.8; -坝孔中平均宽度，取120.8m ;h-水深，取3.0m; -行进流速（忽略不计）}

c、丁坝局部冲刷深度计算（水位2.30m）

由于雍水高度ΔZ≈0，故局部冲刷深度按实际水深进行计算，则H_max=1.84h/（0.5b+h） （（v-v_H）/（v_0-v_H ））^0.75 bK_m K_a=5.01m{式中：Hmax-局部冲刷后的最大水深（从水面算起）;h-局部冲刷前的水深h=3.0m ;b-丁坝在流向法线上的投影长度（按五号坝长b=12.3m计算）;V-流向丁坝头的水流垂线平均流速;V- = （m/s）;V0-土壤的冲刷流速（m/s），对非粘性土壤V0=3.64 ;中砂d=0.003m;V0=3.64 =1.109（m/s）;VH-土壤的起冲流速（m/s）;VH= V0（ ）y=0.212（m/s），查水力手册y=0.13;Km-与丁坝头部边坡系数m有关系数（m=1.0）查水力手册Km=0.71 ;Ka—与丁坝轴线和流向之间的夹角α有关的系数（α=60°）;Ka=  = =0.87}

则最大冲刷深度为：5.01-3.0=2.01m

3.河道水位与坝顶高度相等的水位条件和河道水位与两岸高度相等的水位条件

按上述计算公式及过程，得出河道水位与坝顶高度相等的水位条件和河道水位与两岸高度相等的水位条件最大冲刷深度分别为3.46m、-2.09m。

三、水工建筑物结构形式

1.总体布局

护岸工程采用格宾石笼丁坝与格宾石笼顺坝相结合的护岸形式。丁坝采用下挑流型式，与整治线成60°夹角，丁坝间距以沿岸坡前一个坝长的3倍左右确定。水面以下采用抛石作为丁坝基础，抛石底部设芦苇沉排，抛石上按矩形格宾石笼垒砌形成丁坝。顺坝沿丁坝间岸坡布置，水下为抛石，抛石底部设芦苇沉排，抛石上部为矩形格宾石笼坝，石笼顺坝呈阶梯状垒砌。

2.丁坝结构形式

根据正常水位（2.30m）时确定水面以上0.7m为抛石基础面，抛石高度平均为3.0m、顶宽8.5m，坝前抛石长度4.0m，边坡系数m=1.0;抛石基础顶面以上为格宾石笼丁坝，坝高2.0m，分四层砌筑。

3.顺坝结构形式

顺坝沿丁坝间布置，3.0m高程以下采用抛石，抛石厚度平均1.5m，坝前抛石长度4.0m，抛石边坡系数m=1.0。3.0m高程以上采用矩形格宾石笼成台阶状垒砌，各层重叠宽度1.0m。坝顶低于河岸0.2～0.5m时按6层设计，高处按12层设计。

四、结语

通过对洪水的组合分析和水力学计算，不同工况下坝头冲刷深度变化较大，河道水位与坝顶高度相等的水位条件下坝头冲刷深度最大为3.46米。为解决冲刷深度对坝体、坝基的破坏，需将丁坝基础前端加长，其加长长度应大于冲刷深度值的0.5～1.0m，以保证坝头和坝基在水流冲刷的情况下保持稳定，不受破坏。

作者简介：司大磊（1986-10-）男，辽宁喀左人，大学学历，现为锦州市松山新区小凌河保护区管理所职员，助理工程师职称，长期从事凌河保护及水利技术工作。