六股河水面线计算区段划分及断面纵横边界条件探讨

孟海鹰

(辽宁省铁岭市清河区水利局，辽宁 铁岭 112003)

1 概 况

六股河位于辽宁葫芦岛市，为该市独流入海的河流，流经绥中县、兴城市和建昌县，在绥中县小李庄乡附近注入渤海，沿岸城镇村屯多临河而居。六股河下游段，村屯离河较近，地势较平坦，在遭遇较大降雨时沿岸村屯受到洪水威胁。该河流全长为162km，流域面积为3069km2。地势由西北向东南倾斜。 地面平均海拔约200m。 山地占54%，丘陵占33%，平原占11%，沙丘占2%。

2 防洪标准

六股河兴城市段沿岸由上至下流经兴城市大寨满族乡、东辛庄镇及刘台子满族乡3个乡镇。流经范围均为为乡村防护区。防护区保护耕地面积1.04万hm2，大寨满族乡、东辛庄镇及刘台子满族乡均为是兴城市重点产粮区和商品粮基地。《兴城市总体规划(2006-2020)》(上海同济大学 2009年12月)中提出“发展现代农业，着力建设‘五带’、‘五基地’，增强农村综合经济实力。”防洪保护区内的刘台子满族乡位于‘刘台子水产品养殖经济带’内；大寨满族乡、东小寨镇位于‘沿高速公路10乡镇高效农业精品带’内；高家岭满族乡、大寨满族乡、东辛庄镇及刘台子满族乡均位于‘沿六股河4乡镇蔬菜保护带’内。以上乡镇在兴城市乃至葫芦岛市农业生产占有非常重要的地位。

在六股河兴城市段防洪治理的前期成果中，《六股河河道治理规划报告》中经分析论证后确定六股河兴城市段防护标准为20a一遇。《六股河兴城市段防洪治理工程可行性研究报告》确定六股河兴城市段防护标准为20a一遇。按照防洪保护区的规模、重要性和防护要求，考虑保护区内乡镇均为兴城市重点产粮区和商品粮基地，并参照《兴城市总体规划(2006-2020)》中对保护区的农业发展部署，考虑与前期规划及可研防洪标准的延续性，经过综合考虑，设计防洪保护区六股河兴城市段防洪标准为20a一遇。

3 水面线计算区段划分及大断面纵横边界条件

3.1 基本资料

设计水面线计算采用黑龙江农垦勘测设计研究院于2018年实测的河道大断面资料，该项资料满足本阶段水面线计算需要。其断面图比例尺采用1∶200。此外，计算采用了本区域1986年1∶10000地形图、1998年1∶50000地形图、2017年10月高清晰度卫星影像图及DEM散点数据等作为本次计算分析参考使用。设计水面线计算中各大断面的设计洪峰流量采用本次初设的水文的成果见表1。

表1 设计水面线计算设计洪峰流量采用成果表

3.2 水面线计算区段划分及大断面布置

根据工程需要及河势变化，于六股河干流入海口至青山水库坝下共布置67个水面线计算大断面。其中河道断面57个，桥断面7个，拦河闸坝断面3个。推算水面线总里程50.81km，断面平均间距876m，公路桥、铁路桥及拦河闸坝等拦跨河建筑物处均布置水面线计算大断面。

区段六股河干流主槽中已建3座拦河闸坝，至下而上分别为绥中六股河公园橡胶坝、六股河拦河闸、西边村闸。本次水面线计算以拦河闸坝作为控制性节点，对水面线计算区段划分为以下4段：首段为入海口至绥中六股河公园橡胶坝坝下段，区段长16.70km，里程桩号K0+000至K16+702；二段为六股河公园橡胶坝至六股河拦河闸闸下段，区段长2.50km，里程桩号K16+702至K19+206；三段为六股河拦河闸至西边村闸闸下段，区段长27.91km，里程桩号K19+206至K47+120；尾段为西边村闸至青山水库坝下段，区段长3.69km，里程桩号K47+120至K50+808。

3.3 起始断面与起点水位

3.3.1 入海口至绥中六股河公园橡胶坝坝下段(K0+000至K16+702)

根据葫芦岛潮位站年最高潮位频率分析成果，采用六股河入海口20a一遇设计高潮位作为入海口至绥中六股河公园橡胶坝坝下段水面线计算的起点水位。P=2%起点水位为2.68m，P=10%起点水位为2.58m。

3.3.2 六股河公园橡胶坝至六股河拦河闸闸下段(K16+702至K19+206)

六股河公园橡胶坝建成于2011年，根据《绥中县六股河公园橡胶坝工程初步设计报告》，绥中六股河橡胶坝工程建筑物级别为3级，由橡胶坝、放水闸、水源井、排水泵房和护岸工程组成。橡胶坝坝长为534m，分为7跨，每跨长75m，设计坝高为1.7m。橡胶坝底板顶高程为10.4m，底板厚0.9m，底板顺水流长度6.5m，正常蓄水位12.1m。中墩厚1.0m，墩顶高程13.1m。坝袋型式为充水式、双锚固、堵头式坝袋。闸室下游布置消力池及海漫、抛石防冲槽。橡胶坝右侧河道布置放水闸，尺寸2.0m×1.5m(宽×高)。闸室控制段长6.5m，底板高程10.4m，闸墩顶高程与橡胶坝闸墩顶高程一致，为13.1m。闸室下游接消力池、海漫，结构形式与橡胶坝消能工程形式相同。

《绥中县六股河公园橡胶坝工程初步设计报告》中对橡胶坝建成后对河道防洪的影响进行了分析，计算了橡胶坝不同频率坝上水位，20a一遇设计流量5111 m3/s，与本案同标准设计流量基本一致。该报告中20a一遇坝上水位14.57m，未列出坝下水位计算值。本次初设对橡胶坝坝上、坝下水位进行了复核，计算得出20a一遇坝上水位14.55m，坝下水位14.42m，坝上水位与上述成果基本一致。本次初设六股河公园橡胶坝至六股河拦河闸闸下段起点水位仍采用橡胶坝初设中计算的20a一遇坝上水位14.57m，坝下水位14.42m；10a一遇坝上水位14.31m，坝下水位14.11m。

3.3.3 六股河拦河闸至西边村闸闸下段(K19+206至K47+120)

六股河拦河闸始建于1967年，2013年该闸进行了除险加固。根据《绥中县六股河拦河闸除险加固工程初步设计报告》，六股河拦河闸工程等别为Ⅱ等，考虑水闸失事后对下游造成的灾害损失不大，确定溢流坝、冲沙闸、进水闸等主要建筑物的级别为3级1-3]。加固后由溢流坝、冲沙闸、进水闸及两岸翼墙等组成[4]。溢流坝布置在主河道，总长346.0m，冲沙闸布置在溢流坝右侧，总宽60.0m，进水闸布置在河道右岸、冲沙闸上游15m处。溢流坝坝体结构由坝前铺盖、坝体、下游护坦、消力池、海漫、防冲槽及左岸翼墙组成。溢流坝堰型为驼峰堰，坝顶高程为14.35m。采用跌坎消能，溢流坝下游为一级护坦，长18.60m，顶高程为13.10m，一级护坦末端为跌坎，跌坎顶高程为13.10m，跌坎下游为二级护坦，长12.20m，顶高程为11.80m。防冲槽顺水流方向长7.00m，顶高程由11.80m降至11.20m，防冲槽最大深度为2.40m。新建60.00m宽的冲沙闸。闸底板顶高程为12.50m，采用底流消能，消力池长11.0m，池深为0.5m，底板顶高程为11.30m[5-7]。钢筋混凝土海漫长17.80m，顶高程为11.80m，厚0.50m。防冲槽采用格宾石笼结构，长度为9.0m，顶高程由11.80m降至11.20m，防冲槽最大深度为2.40m。

《绥中县六股河拦河闸除险加固工程初步设计报告》中对加固后拦河闸上下游水位进行计算分析，20a一遇设计流量5110m3/s，与本案同标准设计流量一致。该报告中20a一遇闸上水位17.51m，闸下水位16.70m。本次初设对拦河闸闸上、闸下水位进行了复核，计算得出20a一遇闸上水位17.43m，闸下水位16.10m，本次复核计算结果均略小于初设成果。本次初设六股河拦河闸至西边村闸闸下段起点水位仍采用拦河闸除险加固初设中计算的20a一遇闸上水位17.51m。闸下水位采用初设成果中的闸下水位16.70m；20a一遇闸上水位17.19m，闸下水位16.12m。设计流速采用值仍以本次复核计算为准。设计成果将偏于安全。

3.3.4 西边村闸至青山水库坝下段(K47+120至K50+808)

西边村闸始建于1970年，建成至今未进行过规模性除险加固，仅于1994年进行过坝体灌浆防渗墙施工。由于闸坝损坏及坝上淤积，该闸如今已基本废弃，不能发挥其正常兴利效益，无留存设计资料。根据本次现场查勘及测量成果，该闸由拦河坝、冲沙闸及进水闸组成。拦河闸总长365.30m，其中，拦河坝为堆石混凝土面板坝，坝长346.12m，坝顶高程为50.32m，以下游平均河底计算的平均坝高为1.66m。拦河闸为浆砌石结构，共5孔，总净宽12.50m，闸底板高程48.85m[8]。本次初设对拦河闸闸上、闸下水位进行了计算，由于冲沙闸闸门年久失修，计算中忽略冲沙闸过流能力，以总坝长365.30m，坝顶高程50.32m计算。计算得出20a一遇闸上水位53.42m，闸下水位52.65m。西边村闸至青山水库坝下段起点水位采用本次计算的20a一遇闸上水位53.42m，闸下水位52.65m；10a一遇闸上水位53.08m，闸下水位52.04m。

3.4 糙率选取

《辽宁省葫芦岛市六股河流域规划报告》中根据水文站实测的糙率，并结合当时河道植被等地物及河床质组成情况选取糙率，并用1975年洪水实测洪痕资料进行了验证，《2000年规划》中六股河干流入海口至青山水库坝下段采用的糙率见表2。

表2 六股河干流入海口至青山水库坝下段采用的糙率统计表

《六股河河道治理规划报告》中利用当时的绥中站水位-流量关系曲线作控制，反算入海口-绥中站河段的糙率，模拟该河段天然洪水总比降，从而达到计算水面线与天然水面线相似的目的。同时，利用《辽宁省葫芦岛市青山水库工程初步设计报告》中提出的青山水库坝下200m处水位-流量关系曲线，用青山水库坝下200m处水位-流量关系控制，验证计算绥中站-青山水库坝下糙率。六股河干流入海口至青山水库坝下段采用的糙率见表3。

表3 六股河干流入海口至青山水库坝下段采用的糙率统计表

2011年绥中水文站(K17+155)下游453m处建设了六股河公园橡胶坝(K16+702)，同时，为了形成景观水面，对上下游河道主槽进行了拓宽，之后绥中站水位流量关系发生了较大变化。2012年“8.04”洪水，绥中站实测洪峰流量3600m3/s，对应水位14.28m。本次初设根据以上资料反推绥中站“8.04”洪水中糙率值，经试算，当主槽糙率为0.022，左、右岸滩地糙率为0.06时，对应洪峰流量3600m3/s的水位为14.293m，与实测水位最为契合，该试算反推糙率本次初设参考使用。

2012年至2015年绥中市陆续的对右岸沈山铁路桥(K15+515)至王宝河入河口(K20+042)段河滩进行了规模的景观治理，现场查勘发现该段地物变化较大。原有的河滩地、农田已经转变为景观建筑、小品、铺装及景观树木，较之“8.04”洪水时，右岸河滩地物阻水性明显增强。本次初设根据实际情况对该段右岸河滩糙率进行加大，该段右岸河滩糙率从0.06调整为0.08-0.10。

参考表2、表3的糙率选取，考虑“8.04”洪水中绥中站糙率反推情况，同时对后期地物变化较大的河段进行糙率优化调整，最后确定的六股河干流入海口至青山水库坝下段糙率取值见表4。

表4 六股河干流入海口至青山水库坝下段糙率取值统计表

3.5 大断面纵横边界条件

近十几年来，由于社会经济发展迅速，沙源需求增加，六股河内采砂规模加大。加之2012年“8·04”大水使六股河本河段河道严重下切，尤其是入海口-牛彦章河段更甚。以王宝屯、贾河沿附近为例，该段河道主槽平均下切3.8m，最大深达5m之多，与原规划中河底差别很大。现状主槽其深泓线已不是天然情况，不能作为设计河底。2012年“8·04”洪水，绥中站实测洪峰流量3600m3/s，对应水位14.28m。查阅《2009年规划》中当时绥中站的水位流量关系曲线，当流量3600m3/s，曲线对应水位15.81m，水位相差1.53m，除了该断面主槽进行了拓宽之外，河底较之当时下切近1.3m也是水位变化的主要原因。

此外，本河段《2009年规划》之后，2011年新建了六股河公园橡胶坝，2013年六股河拦河闸进行了除险加固，控制性建筑物节点有所增加及改变。因此，本次初设将入海口(K0+000)-牛彦章(K28+241)河段未受采砂影响的断面主槽平均河底与各闸、坝的冲沙闸底板高程，下游海漫末端高程作为本河段侵蚀基准面的控制基点，其连线所形成的河底，即为入海口-牛彦章河段设计纵剖面为设计河底，且与1995年河道深泓线接近。其它河段采用河底与原规划基本一致，采用实测断面河底。所有砂土结构临时性穿河漫水路，本次20a一遇设计洪水计算均不考虑其作为控制基点。六股河入海口-牛彦章河段设计河底控制基点见表5。

表5 六股河入海口-牛彦章河段设计河底控制基点统计表

4 结 语

六股河干流入海口至青山水库坝下段左岸大多数为兴城市地界范围，历次洪水对沿岸岸坎冲刷、冲兑较为严重，村庄房屋上水次数较少，影响范围较小。本次初设中拟对左岸按照现有堤防保持不变，不新建堤防，按照实测河道断面计算水面线。河段右岸为绥中地界范围，《2009年规划》中布置了多处新建堤防，六股河绥中段的初设报告中采用的堤线与《2009年规划》基本一致，该案与本案同期报批，本初设按照《2009年规划》及送审的六股河绥中段的初设报告，对右岸新建堤线位置进行水面线计算大断面封闭，作为横向边界条件。