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(1.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018；2 .陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

寶雞市金陵河寺溝村段防洪工程水文計(jì)算及堤距方案比選分析

崔自力1，馮虎虎2，陳前玲1

(1.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018；2 .陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

金陵河屬渭河左岸一級(jí)支流，發(fā)源于隴山山脈南部的陳倉(cāng)區(qū)新街鎮(zhèn)趙家山，由寶雞卷煙廠西側(cè)注入渭河，全長(zhǎng)55.0 km，河道平均比降7.4‰，總流域面積427.1 km2。該流域?qū)冶┯旰樗畷r(shí)有發(fā)生，對(duì)沿岸造成了嚴(yán)重?fù)p失。為減少洪水災(zāi)害，改善流域防洪基礎(chǔ)設(shè)施條件，建設(shè)金陵河寺溝村段防洪工程極為迫切，結(jié)合工程保護(hù)對(duì)象和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，對(duì)設(shè)計(jì)洪水及水面線進(jìn)行推求計(jì)算，分析擬建工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)，確定防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為10 a一遇，10 a一遇洪水洪峰流量為581 m3/s，推求出各斷面的洪水位。最后從河道的行洪能力、河道護(hù)岸對(duì)周圍建筑物的影響、工程建設(shè)的投資費(fèi)用等方面對(duì)70 m、80 m堤距兩個(gè)方案的進(jìn)行分析比較，最終確定寺溝村段最小堤距不小于70 m。

防洪工程；設(shè)計(jì)洪水計(jì)算；水面線；堤距方案

1 流域概況

金陵河屬渭河左岸一級(jí)支流，發(fā)源于隴山山脈南部的陳倉(cāng)區(qū)新街鎮(zhèn)趙家山，干流自北向南流經(jīng)陳倉(cāng)區(qū)新街鎮(zhèn)、縣功鎮(zhèn)、橋鎮(zhèn)、金臺(tái)區(qū)金河鎮(zhèn)、長(zhǎng)壽鄉(xiāng)及寶雞市區(qū)，由寶雞卷煙廠西側(cè)注入渭河，全長(zhǎng)55.0 km，河道平均比降7.4‰，總流域面積427.1 km2。金陵河流域上游三條較大的一級(jí)支流為司川河、龍渠溝和窯溝，均分布于金陵河右岸。金陵河流域地處廣闊的關(guān)中平原中西部，中下游自北向南由窄變寬，流域地處千隴黃土低山丘陵區(qū)，其內(nèi)分布為黃土，古土壤及鈣質(zhì)結(jié)核層，表層土壤為黃綿土、紅粘土覆蓋，地貌特征上游多屬荒山及山間耕地，中、下游耕地居多。流域內(nèi)溝壑縱橫、地形復(fù)雜，起伏變化較大，最大海拔高度1 500 m左右，最小海拔高度為河流出口高程590 m左右。由于地形落差較大，其暴雨洪水易于匯集，災(zāi)害較頻，水土流失亦較嚴(yán)重。金陵河天然的水資源為沿岸城鄉(xiāng)人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了十分便利的條件。但是，該河流屢有暴雨洪水發(fā)生，每次暴雨洪水都對(duì)沿岸造成了嚴(yán)重?fù)p失。為了減少洪水災(zāi)害，改善金陵河流域廣大農(nóng)村地區(qū)的防洪基礎(chǔ)設(shè)施條件，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，金陵河寺溝村段防洪工程的建設(shè)可預(yù)防洪澇災(zāi)害，提高防洪抗洪能力。

2 工程概況

寺溝村段防洪工程屬金陵河干流下游段，工程末端以上流域面積為406.2 km2，河道長(zhǎng)度為48.5 km，河道平均比降為8.45‰。金陵河寺溝村段防洪工程考慮到干流左岸沿線基本為現(xiàn)狀高岸坎，且規(guī)劃工業(yè)園區(qū)在干流右岸，故本次寺溝村段防洪工程對(duì)右岸岸坎進(jìn)行砌護(hù)。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合工程保護(hù)對(duì)象和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，分析確定擬建工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)。最終確定金河鎮(zhèn)寺溝村段的保護(hù)對(duì)象重點(diǎn)為鄉(xiāng)村人口的農(nóng)田防護(hù)工程，防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為10 a一遇。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及水面線推求方法分析

3.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

金陵河流域?qū)傥己右员北┯旮甙l(fā)區(qū)。屬干旱半干旱地區(qū)，土層厚，地表植被差，溝壑縱橫，溝道坡度大，暴雨歷史短，洪水消退速度快，以超滲產(chǎn)流為主。暴雨和連陰雨是金陵河流域形成的主要原因。金陵河上游為扇形流域，山高坡陡，河短流急，匯流迅速，極易形成突發(fā)性的洪水，由于下游河道狹窄，蓄洪作用小，洪水陡漲陡落，洪水過(guò)程大多數(shù)呈單峰，且峰形尖瘦。

金陵河流域無(wú)水文觀測(cè)站，鄰近的千河設(shè)有千陽(yáng)水文站。工程區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果采用推理公式法計(jì)算，推理公式法是使用《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》中總結(jié)寶雞地區(qū)實(shí)測(cè)暴雨洪水資料分析出來(lái)的暴雨-洪水關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，有一套完整的計(jì)算方法，在理論方面比較嚴(yán)謹(jǐn)，過(guò)程中又采用了本流域的特征值、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和暴雨資料，計(jì)算成果既代表了區(qū)域洪水的共性，又突出了計(jì)算流域洪水的特性，成果精度相對(duì)較高。經(jīng)計(jì)算，10 a一遇洪水洪峰流量為581 m3/s。

3.2 水面線計(jì)算方法

水面線計(jì)算采用恒定非均勻流能量方程，依據(jù)河道縱橫斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

按上式由下游水位向上游逐段推算，可推求出各斷面的洪水位。

3.3 計(jì)算條件分析

3.3.1 河道斷面

本次設(shè)計(jì)采用測(cè)量的現(xiàn)狀河道橫斷面資料，寺溝村段河道治理長(zhǎng)度為2.10 km，布設(shè)控制斷面共21條，斷面間距在100 m，在平面變化處增加斷面，并考慮本次設(shè)計(jì)堤防斷面成果，作為本次設(shè)計(jì)水面線計(jì)算的河道橫斷面成果，基本控制了該河段的河道形態(tài)和河勢(shì)變化。

3.3.2 河道糙率

1988年8月8日，金陵河發(fā)生了歷史罕見(jiàn)的特大暴雨以謝家崖村降雨量強(qiáng)度最大，縣功鎮(zhèn)段洪峰流量達(dá)918 m3/s。2010年8月1日，陳倉(cāng)區(qū)縣功鎮(zhèn)降雨量接近100 mm，短時(shí)強(qiáng)降雨致使金陵河水暴漲，在縣功鎮(zhèn)段出現(xiàn)了540 m3/s的洪峰流量。經(jīng)對(duì)寺溝村上游縣功鎮(zhèn)段進(jìn)行了洪水調(diào)查和洪痕測(cè)量，成果詳見(jiàn)表1。

表1 縣功鎮(zhèn)段洪水調(diào)查成果表

根據(jù)洪水調(diào)查成果，以洪水洪痕作為控制，用“試糙法”反求該段河道糙率；工程河段河床質(zhì)為中粗砂和卵石，局部有土層覆蓋，邊灘雜草叢生。對(duì)照《水力計(jì)算手冊(cè)》的規(guī)定段糙率表，經(jīng)過(guò)綜合分析確定寺溝村段設(shè)計(jì)洪水情況下河段糙率為0.035。

3.3.3 起始斷面水位～流量關(guān)系的確定

以工程下游末端平順段實(shí)測(cè)斷面作為推求設(shè)計(jì)洪水水面線的起始斷面。參考河道枯水水面比降和上述糙率，按曼寧公式計(jì)算起始斷面的水位～流量關(guān)系，詳見(jiàn)表2。

表2 起算斷面水位～流量關(guān)系表

由表可以看出，Q10%=581 m3/s對(duì)應(yīng)的水位高程為643.37 m，以該斷面為起始斷面向上游推求該段河道的水面線。

3.4 水面線計(jì)算及成果分析

根據(jù)確定的河段糙率、起算斷面的水位和實(shí)測(cè)的斷面資料，采用前述確定的計(jì)算方法，從下游向上游逐斷面推求推算出設(shè)計(jì)洪水水面線得出寺溝村段不同堤距方案的水位及流速，成果見(jiàn)表3。

表3 寺溝村段不同堤距方案的水位及流速

4 堤距方案比選確定

堤距的選擇應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、河道的行洪能力、河道護(hù)岸對(duì)周圍建筑物的影響、工程建設(shè)的投資費(fèi)用等諸多因素，經(jīng)綜合分析比較后確定。

堤距確定：寶雞市金臺(tái)區(qū)金陵河寺溝村段現(xiàn)狀河道平均寬度約為65 m，河岸兩邊分布有居民，由于城市垃圾亂倒導(dǎo)致原河道寬度縮窄，本次設(shè)計(jì)比選時(shí)，結(jié)合河道現(xiàn)狀的寬度，分別做了70 m堤距、80 m堤距兩個(gè)不同堤距方案的比較。通過(guò)這2種不同堤距方案的分析，綜合確定設(shè)計(jì)推薦的堤距方案。具體比較如下：

(1)從平面形態(tài)來(lái)看，當(dāng)?shù)叹酁?0 m時(shí)，堤線基本沿天然陡坎布設(shè)，整體上滿足河勢(shì)穩(wěn)定要求，水流流態(tài)較好、開(kāi)挖量小、占地相應(yīng)減少。當(dāng)選擇80 m堤距時(shí)，堤線平面布置形式與70 m堤距基本相同，主要區(qū)別是把右岸堤線向河外推移10 m，并對(duì)局部進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，此方案開(kāi)挖量增大，占地增加。因此，從平面形態(tài)看，選擇70 m堤距較為合理。

(2)從水力計(jì)算成果來(lái)看(見(jiàn)表3)：本次設(shè)計(jì)洪水流量為581 m3/s，首先分析70 m和80 m這2種堤距條件下的水位，在不考慮河道建筑物壅水條件時(shí)，2種堤距水位變幅較小，根據(jù)水位變化情況，選擇70 m和80 m堤距都較為合理；從不同堤距對(duì)應(yīng)最大平均流速來(lái)看，其最大流速均發(fā)生在J03斷面，其值分別為：3.85 m/s、3.79 m/s，變化不大。根據(jù)最大沖刷深度計(jì)算的結(jié)果，70 m和80 m這2種堤距對(duì)應(yīng)的沖刷深度分別為：1.32 m和1.30 m，因此，根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)及該處河床質(zhì)情況，選擇70 m堤距較為合理。

(3)從拆遷補(bǔ)償情況來(lái)看，由于城市垃圾亂倒導(dǎo)致原河道縮窄，當(dāng)?shù)鼐用裨诮ㄖ蠌?fù)墾土地，無(wú)須拆遷補(bǔ)償，兩方案的比較最終只是開(kāi)挖量多少及占地的比較，結(jié)合金河鎮(zhèn)土地利用狀況，在滿足防洪要求的前提下，盡量少占耕地，因此，選擇70 m堤線合理。

(4)從投資情況看，當(dāng)選擇70 m堤距時(shí)，開(kāi)挖量最少，但防護(hù)頂高程略有增加，挖方量大大減少，石料、砌石量增加很小，主要費(fèi)用309.85萬(wàn)元；當(dāng)選擇80 m堤距時(shí)，開(kāi)挖量大，防護(hù)頂高程略有減少，經(jīng)計(jì)算，主要費(fèi)用370.51萬(wàn)元；因此，通過(guò)投資比較看，選擇70 m堤線較為合理。

5 結(jié)語(yǔ)

堤距的比較首先應(yīng)對(duì)防洪工程的設(shè)計(jì)洪水流量進(jìn)行計(jì)算，再計(jì)算該流量下不同堤距的水面線，通過(guò)分析河道行洪能力和流速對(duì)沖刷深度的影響，結(jié)合平面形態(tài)、拆遷補(bǔ)償及投資情況經(jīng)分析比較后確定堤距。綜上分析比較，選擇70 m堤距，平面布置形態(tài)較好，水力計(jì)算結(jié)果合理，行洪安全性高，占地量少，投資比80 m堤距少，故本次設(shè)計(jì)推薦采用70 m堤距方案，因此寺溝村段最小堤距不小于70 m。

TV871.1

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1004-1184(2017)06-0102-02

2017-08-14

崔自力(1985-)，男，陜西戶縣人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)方面工作。