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        銀河灣工程防洪計(jì)算與分析

        2018-04-02 06:45:32
        陜西水利 2018年1期
        關(guān)鍵詞:主槽河底河灣

        劉 紅

        沈陽(yáng)銀河灣工程位于沈陽(yáng)市區(qū)東部,總用地面積為47.36 hm2,在渾北壩與東陵橋之間的渾河北岸。本工程既要滿足現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)需要,也要滿足更高層次的規(guī)劃要求,使功能與周邊環(huán)境相契合,又能起到應(yīng)有的先導(dǎo)性,創(chuàng)造一個(gè)布局合理、功能齊全、有文化內(nèi)涵的復(fù)合型居住區(qū),并提高整個(gè)地區(qū)的城市空間質(zhì)量。由于銀河灣工程建在臨渾河北岸,為保證銀河灣工程防洪安全、總體布局的合理,并盡可能避免對(duì)沈陽(yáng)城市防洪的影響,滿足防洪規(guī)劃的要求,本文對(duì)銀河灣工程進(jìn)行防洪計(jì)算與分析。

        1 計(jì)算范圍

        銀河灣工程位于東陵橋與渾北壩之間的渾河北岸。本文中水面線計(jì)算范圍從王家灣橡膠壩至上游渾北壩斷面,計(jì)算范圍內(nèi)河道全長(zhǎng)7.7 km,布置河道計(jì)算橫斷面21條,現(xiàn)狀跨河橋梁有新、舊東陵橋,攔河壩有王家灣橡膠壩、渾北壩、干河子壩。計(jì)算斷面示意圖見(jiàn)圖1。

        圖1 計(jì)算范圍斷面示意圖

        2 基礎(chǔ)參數(shù)

        2.1 計(jì)算流量

        銀河灣工程河段規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),因此銀河灣工程所在河段的防洪影響分析的水力計(jì)算選取P=2%和P=1%頻率洪水進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)水文分析計(jì)算成果,渾河沈陽(yáng)站P=2%和P=1%頻率洪水洪峰流量分別為4074 m3/s、4939 m3/s。

        2.2 河道斷面

        由于采砂和1995年洪水的共同作用,使得渾河沈陽(yáng)城市段河道嚴(yán)重下切,尤其是八三隧道~渾北壩河段,2005年汛后主槽斷面較以往主槽斷面進(jìn)一步拓寬、加深。水力計(jì)算采用的河道縱斷面是在2005年現(xiàn)狀河床的基礎(chǔ)上考慮了2005年王家灣橡膠壩建成后,淤積情況加重等因素,充分考慮淤積的情況下擬定出的河道縱斷面。王家灣橡膠壩底板高程43 m,渾北壩經(jīng)2006年改建后,壩下海漫末端高程45 m,用這兩個(gè)控制點(diǎn)作為未來(lái)淤積的河底高程。

        水力計(jì)算采用2005年實(shí)測(cè)河道橫斷面,主槽寬為現(xiàn)狀寬度。

        2.3 起點(diǎn)水位

        起點(diǎn)水位采用王家灣橡膠壩上游50 m處模型實(shí)測(cè)水位~流量關(guān)系曲線。

        表1 閘上50 m位置處水位~流量關(guān)系

        2.4 糙率分析及選定

        渾河沈陽(yáng)段河道橫斷面為復(fù)式河槽,其糙率按主槽、左灘、右灘分別選定,糙率n值見(jiàn)表2。主槽糙率和灘地糙率依據(jù)《渾河沈陽(yáng)城市防洪規(guī)劃修編報(bào)告》確定,本次計(jì)算主槽糙率值采用0.03,灘地糙率選取0.08~0.125。

        表2 計(jì)算選定糙率表

        3 計(jì)算方法

        防洪影響分析河段水面線計(jì)算采用能量方程式進(jìn)行計(jì)算,其中橋壅水計(jì)算采用鮑氏公式,一般斷面間用能量方程式推算。

        (1)河道水面線采用恒定非均勻流公式推算?;痉匠淌綖椋?/p>

        式中:ΔZ為上下游水位差;L為上下游流心距;V上為上游斷面平均流速;V下為下游斷面平均流速;K為河段平均流量模數(shù),

        (2)橋梁壅水計(jì)算

        公路橋壅水高度計(jì)算采用公路設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的公式:

        式中:η為系數(shù)(與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān)),η=0.09;V0為天然條件下橋位置的平均流速,,m/s;V 為有沖刷情況時(shí)橋下平均流速m/s;P 為與橋孔沖刷有關(guān)的系數(shù)P=1.1;V為橋下設(shè)計(jì)流速m/s;W 為過(guò)水?dāng)嗝?,m2。

        4 計(jì)算結(jié)果分析

        4.1 河道縱斷變化分析

        比較近年來(lái)測(cè)繪的渾河沈陽(yáng)城市段的河底高程可以看出,自1988年以來(lái),渾河河底呈逐年加深的趨勢(shì),河床下切主要是因?yàn)椤?5”特大洪水的沖刷及河道采砂的影響。河道縱斷面變化情況見(jiàn)表3。建成大伙房水庫(kù)以后,使謨家堡閘以上洪水及泥沙基本得到控制。銀河灣工程段所處的特殊位置,上游有渾北壩和干河子壩攔蓄了泥沙,河段不易淤積。本次計(jì)算以王家灣橡膠壩底板高程43 m和2006年改建后的渾北壩下海漫高程45m這兩個(gè)控制點(diǎn)作為未來(lái)淤積的河底高程,河底平均淤積深度3.93m。

        比較近年來(lái)各斷面河底高程可以看出,規(guī)劃河底高程線作為外包線,高于近期歷史上出現(xiàn)的最高縱斷面河底高程。在東陵橋處規(guī)劃河底比2002年天然河底最大淤積深度可達(dá)6.3 m,這也說(shuō)明了本次計(jì)算采用的規(guī)劃河底已充分考慮了建成王家灣橡膠壩后的淤積影響。因此,從銀河灣工程項(xiàng)目遠(yuǎn)景規(guī)劃角度來(lái)看是偏于安全的,可以作為銀河灣工程項(xiàng)目防洪影響分析的科學(xué)依據(jù)。

        表3 王家灣橡膠壩~渾北壩段河底高程比較表 單位:m

        4.2 計(jì)算成果

        2005年汛后主槽斷面較以往主槽斷面拓寬、加深,即行洪斷面變大,主槽過(guò)流能力增強(qiáng)。渾北壩自1974年建成以來(lái),壩下河床逐年下切,2002年后壩下消力池已經(jīng)由初建時(shí)的一級(jí)消力池接續(xù)到三級(jí)消力池,消力池底板高程由48.93 m降至43.5m。2005年水毀后,渾北壩經(jīng)改建修復(fù),壩下游進(jìn)行重新設(shè)計(jì),變?yōu)橐患?jí)消力池結(jié)構(gòu),現(xiàn)狀一級(jí)消力池底板高程仍采用水毀前的三級(jí)消力池底板高程43.5 m,海漫末端高程45 m。2005年王家灣橡膠壩建成后,淤積情況同天然狀態(tài)相比會(huì)加重一些。從安全角度出發(fā),充分考慮淤積的情況下,以王家灣橡膠壩底板高程和渾北壩海漫末端高程為控制點(diǎn),確定數(shù)學(xué)計(jì)算的河床縱剖面,以此作為規(guī)劃河底。

        王家灣橡膠壩底板高程43m,渾北壩下海漫末端高程45m,用這兩個(gè)控制點(diǎn)作為未來(lái)淤積的河底高程,同現(xiàn)狀河底相比平均淤積深度3.93 m,其中,東陵橋至渾北壩區(qū)間平均淤積深度3.30 m。各斷面淤積情況見(jiàn)表4。

        表4 2005年地形現(xiàn)狀與規(guī)劃平均河底高程比較分析表 單位:m

        以淤積斷面為基礎(chǔ),計(jì)算王家灣橡膠壩~渾北壩段水面線,詳見(jiàn)表5。以此作為規(guī)劃的水面線,來(lái)分析該河段的防洪能力。由表5可知,發(fā)生50年一遇頻率洪水時(shí),東陵橋至渾北壩段,銀河灣工程處原地面安全超高1.48~2.99m。

        表5 王家灣橡膠壩~渾北壩段計(jì)算水面線 單位:m

        4.3 成果分析

        將P=2%時(shí)現(xiàn)狀模型實(shí)測(cè)成果與規(guī)劃計(jì)算水面線比較,見(jiàn)表6。在東陵橋至渾北壩段,河床平均淤積深度3.3 m。因此,50年一遇洪水時(shí),計(jì)算出的規(guī)劃水面線比模型實(shí)測(cè)的水面線普遍偏高,最大差值2.53 m出現(xiàn)在東陵橋上游河寬縮窄斷面S11處,水面線平均抬高2.36 m。

        表6 模型實(shí)測(cè)成果與規(guī)劃計(jì)算成果比較表 單位:m

        模型實(shí)測(cè)成果和數(shù)學(xué)計(jì)算成果存在的差異主要是由于基礎(chǔ)條件不同造成的,兩種情況況如下:

        模型試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)條件:2005年汛后實(shí)測(cè)的地形、斷面寬度,現(xiàn)狀存在的所有攔河建筑物和跨河建筑物。

        數(shù)學(xué)計(jì)算成果的基礎(chǔ)條件:淤積計(jì)算采用的河床縱斷面是以王家灣橡膠壩底板高程43m與渾北壩下海漫高程45m為控制點(diǎn)確定的淤積后河底高程,橫斷面采用現(xiàn)狀寬度。主槽糙率和灘地糙率是依據(jù)《渾河沈陽(yáng)城市防洪規(guī)劃修編報(bào)告》確定的。

        5 防洪影響分析

        (1)與現(xiàn)有水利規(guī)劃的關(guān)系與影響分析

        渾北壩至馬官橋河段岸邊高程較高,洪水危害范圍小,區(qū)域按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)控制保護(hù)范圍,規(guī)劃不建堤防。銀河灣工程位于渾北壩至東陵橋之間的渾河北岸,即渾北壩至馬官橋的無(wú)堤段。依據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算和物理模型觀測(cè)的成果可知,發(fā)生50年一遇洪水時(shí),完全是主槽行洪。銀河灣工程的建設(shè)不會(huì)影響規(guī)劃中的沈陽(yáng)城市防洪工程的建設(shè)布局和工程實(shí)施。

        (2)行洪安全的影響分析

        通過(guò)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算和物理模型的觀測(cè),河段規(guī)劃50年一遇洪水位在岸邊高程以下,即河道主槽行洪,因此不影響該河段的防洪安全,也不存在阻水與壅水現(xiàn)象,因此對(duì)上游的防洪安全基本無(wú)影響。

        (3)河勢(shì)穩(wěn)定的影響分析

        銀河灣工程所在位置正處在干河子壩和渾北壩下泄水流的匯流段,壩頂高程均為52.6 m,河底高程在40 m~45 m左右,汛期水頭近10余米,而且深弘線靠近北岸,河段的濱水路為沙石路基,路面高程普遍偏低,無(wú)法抵御洪水的沖刷,屬險(xiǎn)工險(xiǎn)段。通過(guò)50年一遇洪水流速及流速場(chǎng)的觀測(cè)分析,河段岸邊流速較大,最大流速已達(dá)3 m/s~4 m/s,極易造成沖刷、兌岸破壞,必須加強(qiáng)主河道的全線防沖保護(hù)。

        6 結(jié)論

        采用水力學(xué)計(jì)算方法,對(duì)銀河灣工程進(jìn)行防洪計(jì)算與分析,計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況。根據(jù)物理模型觀測(cè)和數(shù)學(xué)計(jì)算成果,分別體現(xiàn)了銀河灣段河底的現(xiàn)狀天然條件及未來(lái)淤積影響,兩種成果為銀河灣工程項(xiàng)目近期與遠(yuǎn)期的規(guī)劃和開(kāi)發(fā)提供了可靠數(shù)據(jù),可以作為銀河灣工程項(xiàng)目防洪影響分析的科學(xué)依據(jù)。

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