田文文，張 磊

(1. 中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071；2. 河南省眾慧電力工程咨詢有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450007)

特高壓長(zhǎng)距離架空輸電線路經(jīng)常需要跨越游蕩型河流，出現(xiàn)多級(jí)桿塔于河中立塔的情形。在跨越斷面設(shè)計(jì)中，合理確定主槽范圍尤為重要，因其直接影響著塔位的沖刷深度。以哈密～鄭州±800kV特高壓直流輸電線路黃河大跨越工程為例，其跨越斷面寬約11km，主槽沖刷深度23m左右，灘地沖刷深度在9m以內(nèi)，主槽與灘地的沖刷深度相差非常明顯?？梢姡鞑鄯秶_定的合理性直接關(guān)系著線路安全和工程造價(jià)。

1 工程概況

哈密～鄭州±800kV特高壓直流輸變電工程(下稱哈鄭線)，輸電電壓等級(jí)±800kV，輸電規(guī)模750萬kW。線路起點(diǎn)為新疆哈密地區(qū)，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西 、河南等6省(區(qū)、市)，落點(diǎn)為河南鄭州，線路全長(zhǎng)約2300km。

哈鄭線黃河大跨越處位于鄭州市中牟縣境內(nèi)，具體跨越位置為馬渡～九堡河段，位于趙口閘下游1100m處，上距花園口水文站31.5km，下距夾河灘水文站69.4km，跨越斷面兩堤間距約11km，對(duì)應(yīng)左岸大堤樁號(hào)121+045、右岸大堤樁號(hào)43+860。該河段屬典型的黃河下游游蕩型河段，其主流擺動(dòng)多變，河床寬、淺、散亂，沖淤變幅大。

2 河道基本情況

2.1 河道概況

黃河進(jìn)入鄭州境后，河面逐漸變得寬闊，泥沙不斷淤積，至邙山頭以下形成“懸河”，高出南岸地面2m～7m。哈鄭線選定的黃河大跨越斷面位于黃河下游最典型的游蕩型河段——花園口至九堡河段。該河段兩岸均修有大堤，洪水完全依靠大堤束范，中間無支流匯入。兩岸大堤堤距為5.5km～12.7km，河槽寬1.5km～7.2km，河灘寬0.3km～7.1km，共有灘地973.4km2，河床縱比降一般為1.75～2.1，河道微彎或較為順直，其平面外型一般呈寬窄相間狀態(tài)，平均曲折系數(shù)為1.1左右，平槽流量下的河相關(guān)系(B)0.5/H為20～40。

該河段因河面甚寬，致使流勢(shì)分散，泥沙易于淤積，加之主流擺動(dòng)頻繁，新淤灘岸抗沖能力弱，主流沖刷灘岸坐彎后，易形成畸形河勢(shì)，堤防安全時(shí)常受到威脅，是歷史上決口頻繁河段。

2.2 現(xiàn)有水利工程

該河段水利工程主要有黃河兩岸堤防及河道整治工程，河道整治工程主要包括險(xiǎn)工和控導(dǎo)護(hù)灘工程。

2.2.1 堤防工程

花園口～夾河灘臨黃大堤長(zhǎng)106km，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為22000m3/s，接近千年一遇洪水。堤防工程已進(jìn)行了四次大規(guī)模的整修加高，目前臨黃堤頂寬9m～12m，堤頂一般高出花園口站22000m3/s洪水相應(yīng)水位2.5m～3m，部分堤段培修了前后戧或進(jìn)行了淤臨淤背加固。

2.2.3 河道整治工程

險(xiǎn)工和控導(dǎo)工程是游蕩型河段河道整治工程的重要組成部分。20世紀(jì)90年代以后，黃河河道整治工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到花園口至夾河灘河段，大跨越上、下游河段已陸續(xù)修建了眾多河道工程，現(xiàn)河道北岸修有馬莊、雙井、武莊、毛庵4處控導(dǎo)護(hù)灘工程，南岸有馬渡、三壩、楊橋、萬灘、趙口，九堡等工程。以上述工程為基礎(chǔ)，擬建大跨越上下游河道整治治導(dǎo)線為：雙井工程→馬渡工程→武莊工程→趙口工程→九堡工程。這些工程能控導(dǎo)主流、穩(wěn)定河勢(shì)、確保工程安全，同時(shí)還具有護(hù)灘、保堤等作用，是黃河下游河道整治工程的重要組成部分。

3 主槽范圍確定方法

3.1 主流線擺幅法

根據(jù)跨越河段河道工程的修建和水庫(kù)運(yùn)用方式的變化，可將河勢(shì)流路變化分為三個(gè)時(shí)期：三門峽水庫(kù)修建前、三門峽水庫(kù)運(yùn)用后至小浪底水庫(kù)運(yùn)用前、小浪底水庫(kù)攔沙運(yùn)用后至今。

(1)三門峽水庫(kù)修建前(1950年～1960年)

從主流線套繪和統(tǒng)計(jì)資料分析，1949年～1953年，跨越河段因缺乏河道工程控制，主流變動(dòng)幅度大，河勢(shì)極無規(guī)律(圖1)。

(2)三門峽水庫(kù)運(yùn)用后至小浪底水庫(kù)運(yùn)用前(1961年～1999年)

1960年9月至1964年10月為三門峽水庫(kù)蓄水?dāng)r沙運(yùn)用期，該河段主槽沖刷下切，主流規(guī)順，河勢(shì)單一，南岸為主流。此時(shí)下游灘地大量坍塌，下游河道陸續(xù)修建了不少護(hù)灘控導(dǎo)工程。1965年～1974年，三門峽水庫(kù)改變運(yùn)用方式為“滯洪排沙”，下游河勢(shì)發(fā)生劇烈變化，河道寬淺散亂，主流擺動(dòng)頻繁，跨越斷面主流最大擺動(dòng)幅度達(dá)2.9km(圖2)。

圖1 1949年～1953年跨越斷面附近主流線套繪結(jié)果

圖2 1954年～1974年跨越斷面附近主流線套繪結(jié)果

1974年～1984年，三門峽水庫(kù)開始“蓄清排渾”運(yùn)用，下游沖淤特性改變，非汛期水庫(kù)蓄水?dāng)r沙，下泄清水，河道沖刷；汛期水庫(kù)排沙，下泄渾水，河道淤積。加之近20年來水較少，該時(shí)期跨越斷面主流線最大擺動(dòng)幅度約1.6km(圖3)。

圖3 1975年～1984年跨越斷面附近主流線套繪結(jié)果

1985年～1999年，屬枯水少沙系列，大洪水出現(xiàn)幾率減少，高含沙中常洪水幾率增大，河道嚴(yán)重淤積，河槽萎縮，跨越斷面擺動(dòng)范圍最大900m(圖4)。

(3)小浪底水庫(kù)攔沙運(yùn)用至今(2000年～2011年)

圖4 1985年～1999年跨越斷面附近主流線套繪結(jié)果

小浪底水庫(kù)攔沙運(yùn)用以來，除調(diào)水調(diào)沙和洪水期外均清水下泄，致使下游河道持續(xù)沖刷，河槽下切，灘槽高差加大，加之上游來水較小，河床穩(wěn)定性增強(qiáng)。此外，1995年修建武莊工程，1999年修建毛庵工程，對(duì)河勢(shì)起到了一定控制作用，跨越附近的主流線擺幅減弱，約為950m(圖5)。

圖5 2000年～2011年跨越斷面附近主流線套繪結(jié)果

根據(jù)上述分析，跨越斷面各時(shí)期主流最大擺幅見表1?？梢钥闯?，1974年前因缺乏河道控導(dǎo)工程及三門峽水庫(kù)“滯洪排沙”運(yùn)用，跨越斷面主流線擺幅較大，最大達(dá)3200m。1974年后，河道工程陸續(xù)修建，特別是武莊、毛庵控導(dǎo)工程修建后，河勢(shì)擺幅明顯減小，最大主流擺幅為1600m。

表1 不同時(shí)期跨越斷面主流線擺幅

3.2 測(cè)驗(yàn)斷面確定法

距跨越處最近的大斷面為趙口斷面、六堡斷面，趙口斷面于2004年布設(shè)，六堡斷面于2000年布設(shè)。

趙口斷面2004年以來主河槽位置變化見圖6a?？梢钥闯?，該斷面深槽寬度自小浪底水庫(kù)攔沙運(yùn)用以來一直展寬，最大1763m。左岸深槽起點(diǎn)距隨河勢(shì)變化，右岸為趙口控導(dǎo)工程，無灘地。河槽左起點(diǎn)距一直比較固定為一生產(chǎn)堤。

六堡斷面與趙口斷面相似，見圖6b，深槽寬度自小浪底水庫(kù)攔沙運(yùn)用以來略有展寬，最大2081m。左岸深槽起點(diǎn)距隨河勢(shì)變化，右岸為趙口控導(dǎo)工程，無灘地。河槽左起點(diǎn)距一直比較固定為一生產(chǎn)堤。

圖6 趙口、六堡斷面河槽左右岸起點(diǎn)距歷年變化

3.3 控導(dǎo)工程連線法

跨越斷面上下游分別有武莊、毛庵控導(dǎo)工程，均位于大跨越斷面左岸原陽(yáng)縣境內(nèi)。

武莊控導(dǎo)工程始建于1995年5月，目標(biāo)任務(wù)是：在設(shè)計(jì)來水條件下，控導(dǎo)主流，穩(wěn)定險(xiǎn)工流勢(shì)，降低大堤被沖決機(jī)率，保障防洪安全，同時(shí)起到護(hù)灘和有利于右岸涵閘引水的作用。毛庵控導(dǎo)工程始建于1999年5月，2000年續(xù)建，目標(biāo)任務(wù)是：上迎趙口險(xiǎn)工之來流，送流于九堡下延工程，與九堡下延工程共同承擔(dān)理順九堡以下河勢(shì)的重?fù)?dān)，擔(dān)負(fù)黃河防洪、控導(dǎo)主流、穩(wěn)定下游河勢(shì)、護(hù)灘保村等綜合作用，是黃河下游整治的重要節(jié)點(diǎn)工程。

跨越斷面位于武莊、毛庵控導(dǎo)工程之間，兩工程連線控制了主流的擺動(dòng)范圍，見圖7。以此連線確定斷面主河槽寬度，主河槽從右岸趙口險(xiǎn)工起算，則寬度約為3.4km。

3.4 主槽范圍的確定

通過上述主流線擺幅法、測(cè)驗(yàn)斷面確定法和控導(dǎo)工程連線法對(duì)主河槽位置的綜合分析，確定大跨越斷面河段從右岸大堤起3.4km范圍內(nèi)為主河槽寬。

圖7 控導(dǎo)工程連線確定的主河槽寬

4 結(jié)論

綜上分析，游蕩型河段主槽范圍可通過以下三種方法確定：①根據(jù)不同年代相同比例的地形圖，套繪跨越斷面河段各年代主流線，分析主槽橫向演變趨勢(shì)；②根據(jù)跨越河段上下游實(shí)測(cè)大斷面資料，特別是歷次大洪水前后的大斷面資料，分析主槽橫向演變趨勢(shì)；③考慮跨越河段上下游的控導(dǎo)工程、丁壩等對(duì)主流擺動(dòng)的節(jié)制作用，以及規(guī)劃制導(dǎo)線范圍的影響等因素，分析確定主槽范圍。

黃河游蕩型河段大跨越工程中，主槽范圍的合理確定是一個(gè)重要而又復(fù)雜的問題，應(yīng)根據(jù)工程跨越斷面河流特性、水利工程、控導(dǎo)措施、歷史洪水等條件，采用多種方法從各方面綜合論證，以保障線路安全，同時(shí)盡可能降低工程造價(jià)。