中小河流整治河宽的计算方法及选择分析
2021-07-05陈广海湛江市高远工程咨询有限公司
陈广海 湛江市高远工程咨询有限公司
中小河流治理规划设计过程中，是否需要对整治的河道进行疏浚拓宽，以及如何选择合理的整治河宽，不仅涉及到投资多少的问题，而且是关系到中小河流整治成败的问题。整治河宽选择过小，则无法满足河道基本防洪要求，甚至在正常运行过程中会造成河岸冲刷过度。整治河宽选择过大，则造成工程占地增加，施工难度加大，工程投资增加，不经济。因此，如何选择确定合理的河道宽度成为了中小河流规划设计者必须思考的问题。
1.整治河宽的定义
整治河宽为河道经过整治后与整治流量相应的直河段的河槽宽度，即河道通过整治流量时，理想的水面宽度。由于河道整治工程仅在凹岸布置，凸岸为可冲的滩嘴，当大洪水通过时，主流走中泓，流线趋直，凸岸受冲，主槽扩宽，洪水能顺利通过。因此，整治河宽小于洪水时主槽宽度。同时由于整治工程高程均低于设计防洪水位，因而，整治河宽并不是河道行洪宽度。
2.整治河宽计算分析
2.1 河道现状
本次治理河长为27.84km，根据现有河道的地形及河道比降，大致分为5段。第一段为桩号K0+000～K2+715，该段河道沿线为平原，岸坡较低，河道坡降0.05%，河底宽约7m～25m，大多河宽为11.5m，河床高程为19.85m～20.93m，地面高程为20.98m～31.59m，大多为21.0m～22.5m。第二段为桩号K2+715～K6+950段，该段河道长4235m。河道沿线为低丘平原，岸坡不高，平均高度1.5m,河道两岸岸坡大多为土坡，植被较好，河道坡降0.063%，河道主槽较窄，两岸滩地较宽，主槽河底宽约3m～6m，大多河宽为5m，河床高程为17.10m～19.82m，两岸滩地宽阔，宽度10～100m，大部分种植水稻或甘蔗，地面高程为18.0m～21.0m。第三段为桩号K6+950～K12+145段，该段河道长5195m，为河道的中上游段，沿线为平原，蜿蜒曲折，岸坡不高，平均高度2.0m,两岸岸坡大多为土坡，植被良好，河道坡降0.081%，主槽河底宽约6m～23.5m，大多河宽为10m，河床高程为12.99m～17.10m，两边岸坡低缓，沿线均为耕地，大部分种植水稻，植被良好。地面高程为15.4m～25.3m，大多为1.70m～18.5m。第四段为桩号K12+145～K20+671段，该段河道长8526m，为河道的中游段，沿线为平原，蜿蜒曲折，岸坡不高，平均高度3.2m,两岸岸坡大多为土坡，河道坡降0.065%，主槽河底宽约6m～18.0m，大多河宽为12m，河床高程为7.46m～12.99m，两边岸坡低缓，沿线均为耕地，大部分种发财树和按林。第五段为桩号K20+671～K27+840段，该段河道长7169m。河道沿线为滨海平原，岸坡不高，平均高度2.0m,两岸岸坡大多为土坡，河道坡降0.14%，河底宽约25m～204m，大多河宽为75m，河床高程为-2.13m～7.46m，地面高程为1.5m～15.5m，大多为1.5m～4.0m。
2.2 起始水位
计算河道下游出海口，建有水闸，属中型水闸，该水闸已完成初步设计报告的批复，拟近期进行开工重建。
本次10年一遇设计起推水位，按照水闸重建后的调洪最高水位4.09m（黄基），转换成珠基为3.504m进行推算。上游高铁站段起推水位，按已建成的高铁站涵洞20年一遇水位作为起推水位进行推算。
2.3 糙率确定
河道糙率选取参照《水力计算手册》，综合考虑各设计河道断面形状、护坡材料以及河底状况等，根据不同的材料选取不同的糙率，最后取加权平均后的综合糙率。各护砌材料糙率如下：砼=0.017，干砌石=0.025，平台=0.03，草皮边坡=0.03，卵石河底＝0.035，自然滩地=0.035。经加权平均后综合糙率取为0.028。
（1）造床流量下的稳定河宽。稳定河宽采用C.T阿尔杜宁稳定河宽关系法进行分析，公式如下：
公式中：
B— 河宽，m；Q— 造床流量，m3/s；J— 平衡比降；
A— 稳定河宽系数，与滩岸和河岸土质有关，表征河岸稳定情况，A越大，河岸越不稳定，蜿蜒型河道A=0.64～1.15，过渡型河道A=1.3～1.7。
由于该河道缺乏实测洪水流量资料，通过河道横断面的测量数据，分析选定典型的特征断面，经分析计算，确定各段的造成流量，从而计算各段造床流量下的稳定河宽见表1所示。
表1 各河段在平滩流量及设防流量下的最下河宽
（2）设防流量下的整治河宽。设防流量下的整治河宽计算一般采用两种方法进行分析计算，第一种方法采用三公式联解计算，第二种方法采用《泥沙设计手册》涂启华等概化公式计算。由于本河道缺乏实测洪水流量资料数据，采用涂启华等概化公式计算无法准确的确定河宽系数，故本次分析计算采用三公式联解计算。
整治河宽采用三公式联解计算。
曼宁流速公式：
水流连续公式：Q=BHV
上述三公式联解求得整治河宽公式
公式中：
B— 河宽，m;
K— 河相关系；根据断面资料等分析，河相关系主要变化范围为1.5～2.5；山区河段平均为1.5，平原河段平均为2.5；
Q— 设计流量，m3/s；
n— 主槽糙率，取值0.035；
J— 设计流量下水面比降；
H— 水深，m。
2.4 整治河宽范围拟定
经计算分析，各段的整治河宽应不小于平滩流量时的计算河宽，河道整治河宽的取值范围一般为平滩流量计算河道宽度和设防流量计算河道宽度之间。还应结合各段河道现状严格尊重河道自然属性，保持河道形态的多样性的原则，宜宽则宽，宜弯则弯，不得裁弯取直，尽量减少对河道主槽的扩挖。
3.结束语
在采取以上经验公式进行计算的基础上，结合现场查勘对该河流各河段的河道特征指标进行分析计算。根据河道两岸占地情况，在满足河道自然比降的情况下，对现状过水断面不满足最小河宽的河段进行疏浚扩挖调整，并通过复核各断面的水位流量关系，在满足设计防洪流量的行洪要求的情况下，确定各段的整治河道宽度。
