史鵬飛

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程情況概述

汾陽市位于山西省腹地偏西，呂梁山東麓，太原盆地西緣。

本文討論的河道治理工程位于山西省汾陽市城區(qū)范圍內(nèi)的禹門河及其支流董寺河上。禹門河源于上林舍、郝家莊、北楊家莊，由三條季節(jié)性河流匯合而成，流經(jīng)張家莊、河堤、田村、北關(guān)園、米家莊，至申家堡和潴城村有支流董寺河匯入，然后繼續(xù)向東匯入文峪河。

根據(jù)“防洪規(guī)劃”，禹門河利用潴城滯洪區(qū)滯洪，滯洪區(qū)范圍北起汾屯公路，南至董寺河口段下游禹門河，東起文峪西河，西至禹門河，面積為6.03 km2，滯洪水位為736.08 m，滯洪水量為651萬m3。滯洪區(qū)段河道范圍為禹門河汾屯線至入文峪河口，長5.52 km。本次治理需結(jié)合該段堤防建設(shè)三段溢流堰。

2 溢流堰位置的確定

布置有三處，即1#溢流堰、2#溢流堰、3#溢流堰，分別位于汾屯線下游、董寺河匯入口下游及治理段末端的禹門河左堤上。

1#溢流堰主要分泄禹門河超過150 m3/s流量的洪水，分泄流量為215 m3/s。2#溢流堰分泄董寺河及城市總退全部設(shè)計(jì)洪水，分泄流量為338.4 m3/s。3#溢流堰僅當(dāng)文峪河上游來水時(shí)啟用，最大分泄流量為150 m3/s。

3 溢流堰計(jì)算原理

本工程治理長度為8.88 km，河道設(shè)計(jì)縱坡為0.94‰～0.7‰，河床較平緩，為梯形斷面。在規(guī)劃的潴城滯洪區(qū)范圍內(nèi)的禹門河上結(jié)合堤防設(shè)有三處溢流堰。

本河道水面線推算，結(jié)合實(shí)際地形和水流特性，為緩流，采用明渠恒定非均勻漸變流公式計(jì)算，自下游向上游依次推算。

溢流堰段河道水面線的推算采用明渠恒定非均勻漸變流與側(cè)堰溢流公式聯(lián)合求解，即將該段河道自下而上劃分為若干小段，并假定每小段為恒定流，采用該小段河道內(nèi)的平均流量來推算水面線，且該小段始、末端流量差即為側(cè)堰溢流的流量，堰上水頭為該小段河道水面線減去堰高的平均值。

將各小段水面連起來即為每座溢流堰段河道水面線，各小段側(cè)堰溢流的流量累加起來即為每座溢流堰的總分洪流量，總長度即為堰長。

明渠恒定非均勻漸變流計(jì)算公式如下：

式中：Z——斷面水位，m；

Q——斷面流量，m3/s；

V——平均流速，m/s；

a、ζ———分別為動(dòng)能修正系數(shù)和局部阻力系數(shù)；

K——綜合流量系數(shù)，由下式確定：

式中A、R、n分別為流量系數(shù)、過水面積水力半徑和糙率。

側(cè)堰溢流公式如下：

式中：Q——泄量，m3/s；

C——流量系數(shù)，取C＝0.95 m，m為正堰流量系數(shù)；

b——堰寬；

g——重力加速度；

H——堰上水頭，m。

4 溢流堰高度的計(jì)算

溢流堰高度根據(jù)文峪河的最大安全泄量確定。三段溢流堰高度確定原則為：在與文峪河洪水不遭遇的情況下，保證禹門河來水流量小于等于文峪河的最大安全泄量時(shí)順利進(jìn)入文峪河。根據(jù)“防洪規(guī)劃”，文峪河最大安全泄量為150 m3/s，以此流量下的河道自由下泄時(shí)的水面線為堰頂高程。經(jīng)計(jì)算，1＃溢流堰、2＃溢流堰、3＃溢流堰的堰高分別為2.37～2.71 m、3.28～3.99 m、3.99～4.4 m。

5 溢流堰長度的計(jì)算

本方案禹門河發(fā)生設(shè)計(jì)洪水時(shí)，水面線推算有二種情況：一是文峪河上游來水時(shí)，禹門河發(fā)生設(shè)計(jì)洪水，此時(shí)起推水位736.83 m；二是文峪河上游無水時(shí)，禹門河發(fā)生設(shè)計(jì)洪水，此時(shí)起推水位736.42 m。經(jīng)分析，前種情況下水面線的起推水位較后者略高，為不利工況，故下面以前種情況（即文峪河上游來水情況）采用明渠恒定非均勻漸變流公式來推算河道水面線。

3座溢流堰處順河道方向自下游向上游細(xì)分小段，再根據(jù)各細(xì)分小段的水面線采用側(cè)堰公式計(jì)算每段溢流流量，依次向上游推求。由于20年一遇滯洪區(qū)的滯洪水位為736.08 m，而1＃堰頂高程為738.79～738.46 m，2＃堰頂高程為737.46～737.09 m，3＃堰頂高程為736.57～736.45 m，均為非淹沒出流。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮一定的富裕度，1＃溢流堰長取400 m，2＃號(hào)溢流堰長700 m，3＃溢流堰長500 m。

6 溢流堰的計(jì)算結(jié)果

3座溢洪堰的計(jì)算結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 1＃溢流堰流量計(jì)算成果

表2 2＃溢流堰流量計(jì)算成果

表3 3＃溢流堰流量計(jì)算成果

7 溢流堰結(jié)構(gòu)的確定

溢流堰設(shè)計(jì)為梯形斷面，堰頂寬為4 m，與堤頂同寬，上、下游邊坡為1:2.5、1:2，采用500 mm厚M7.5漿砌石貼坡防護(hù)，下鋪200 mm厚碎石墊層。堰下游設(shè)有10 m長0.5 m厚的格網(wǎng)石籠海漫防沖。

8 結(jié)論

本工程通過逐段計(jì)算溢流量和河道過流能力來確定溢流堰的長度和高度。最終利用固定的堰解決了流動(dòng)水的分流問題，省去了閘門的運(yùn)用，節(jié)省了工程投資。