□魏小寒 葉 巍

在沒(méi)有或缺乏實(shí)測(cè)水文資料情況下，如何分析確定河道斷面的最大沖刷深度，是水利規(guī)劃實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。影響河床演變斷面沖刷的因素極其復(fù)雜，與該地區(qū)的地質(zhì)、地貌、氣候、土壤和植被等情況有密切關(guān)系，但主要影響因素流量大小及其變化過(guò)程、流域來(lái)沙及其組成、河道比降、河床物質(zhì)組成4項(xiàng)，現(xiàn)以在漳河臨漳斷面規(guī)劃設(shè)計(jì)的穿漳管道預(yù)埋深度為例，從河道斷面及河槽沖刷理論計(jì)算兩個(gè)方面，分析穿漳管道斷面的沖刷情況，并確定斷面的最大沖刷深度。

1.河道基本情況

漳河屬海河流域南運(yùn)河水系。上源有兩支：分別為清漳河、濁漳河，皆發(fā)源于山西省東南部太行山腹地。清漳河、濁漳河兩支入河北涉縣境后，在合漳村匯流后稱漳河。漳河干流，自涉縣合漳村起，沿河北、河南兩省邊界，自西而東，經(jīng)涉縣、磁縣，至觀臺(tái)村流入岳城水庫(kù)，出庫(kù)后經(jīng)磁縣講武城南入臨漳縣，經(jīng)魏縣、大名縣至館陶縣徐萬(wàn)倉(cāng)村與衛(wèi)河匯流。合漳至徐萬(wàn)倉(cāng)河道長(zhǎng)189km。

岳城水庫(kù)以下至河北省館陶縣徐萬(wàn)倉(cāng)，為漳河平原河段，全長(zhǎng)為119km，落差 64.7m，平均比降為 1∶2430，其中岳城水庫(kù)至京廣鐵路橋河段河底比降為 1∶500～1∶1000，河槽相對(duì)穩(wěn)定，寬200～600m，河床質(zhì)為粗砂卵石；鐵路橋以下至蔡小莊水文站河段長(zhǎng)61km，平均比降為 1∶2000，主河槽寬達(dá) 400～1350m，槽深僅為 1～2m，河床質(zhì)為砂土，沙灘密布，河身寬淺，主槽擺動(dòng)不定，具有游蕩性河道的特性。

2.斷面基本情況

穿漳管道大斷面位于岳城水庫(kù)下游20.4km的臨漳縣上柳村附近，漳河南大堤以北斷面寬約2.55km。斷面以上5km為京廣鐵路橋。河流斷面受岳城水庫(kù)控制，沖淤變化大，水位流量關(guān)系不穩(wěn)定。

為準(zhǔn)確確定穿漳管道線路，我們對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的穿漳管道斷面進(jìn)行了測(cè)量。采用中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL58-2014《水文普通測(cè)量規(guī)范》中河道大斷面測(cè)量的四等水準(zhǔn)測(cè)量。

引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)為南水北調(diào)引江中線Ⅳ731水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)的位置位于磁縣講武城鄉(xiāng)南營(yíng)村以南民有南干渠橋東北角。

3.穿漳管道斷面上下游實(shí)測(cè)大斷面分析

因穿漳管道所經(jīng)漳河斷面無(wú)實(shí)測(cè)資料，我們選取了與其水文特性、河床特征近似條件下斷面上游4km處的漳河大橋斷面及其下游63km處的蔡小莊水文站斷面的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析。

通過(guò)蔡小莊水文站近30年的過(guò)水流量頻率計(jì)算，選取相當(dāng)于五十年一遇的“96·8”洪水，分析穿漳管道斷面的沖刷情況。

采用的實(shí)測(cè)資料：漳河大橋1996年7月12日和1998年7月2日實(shí)測(cè)大斷面資料；蔡小莊水文站“96·8”洪水前后實(shí)測(cè)大斷面資料。分別繪圖比較“96·8”洪水前后的過(guò)水?dāng)嗝孀兓闆r。見(jiàn)圖1。

從影響因素分析，漳河大橋斷面束窄了過(guò)水?dāng)嗝?，流速偏大，挾沙能力要?qiáng)，對(duì)河槽的沖刷大于穿漳管道斷面。而蔡小莊水文站測(cè)驗(yàn)斷面從各影響因素比較更接近穿漳管線斷面，沖刷情況應(yīng)近似。但漳河大橋斷面及蔡小莊測(cè)驗(yàn)斷面比穿漳管道斷面要規(guī)整，穿漳管道斷面完全符合游蕩性河流特點(diǎn)，多沙洲和串溝，變形強(qiáng)度大、變形速度更快。從反映“96·8”洪水前后漳河大橋、蔡小莊水文站測(cè)驗(yàn)斷面變化情況的實(shí)測(cè)大斷面成果看最大沖刷深度分別為2.92m和2.73m，見(jiàn)圖2。

圖1 漳河大橋96年、98年斷面變化對(duì)照?qǐng)D

圖2 蔡小莊1996年5月與9月大水前后斷面變化對(duì)照?qǐng)D

4.河槽沖刷計(jì)算

河槽的一般沖刷是指水流受壓縮后有效過(guò)水?dāng)嗝鏈p少和流速增大而引起的在河槽過(guò)水?dāng)嗝嫔习l(fā)生的沖刷。這種沖刷不同程度地分布在整個(gè)斷面上。以漳河大橋?yàn)槔治鲇?jì)算。我們采用《電力工程水文勘測(cè)計(jì)算手冊(cè)》給出的橋下河槽一般沖刷計(jì)算公式：

hp={[A×Qp/u/l×(hmax/h)5/3]/E/d1/6}3/5

式中：

hp—設(shè)計(jì)沖刷深度（m）；

Qp—設(shè)計(jì)流量，采用漳河“96·8”洪水1500m3/s；

L—橋孔凈寬（m），按“96·8”洪水漳河大橋水面寬540m；

hmax/h—參照蔡小莊水文站“96·8”洪峰時(shí)期實(shí)測(cè)的最大水深與平均水深的比值作為計(jì)算的依據(jù)（7/4.63=1.51）。其中hmax為設(shè)計(jì)斷面橋孔的最大水深。H為設(shè)計(jì)斷面橋孔的部分的平均水深；

d—河床土壤平均粒徑，采用0.7mm；

u—過(guò)水面積折減系數(shù)，查表得0.97；

E—與汛期含沙量有關(guān)的參數(shù)。查E值表，取0.86；

A—單寬流量集中系數(shù)。

單寬流量集中系數(shù)計(jì)算式：

式中：

B—為河槽寬度；

H—為平灘水位時(shí)的河槽平均水深。

參照蔡小莊“96·8”實(shí)測(cè)最大洪峰時(shí)B=229m，H=4.63m，計(jì)算出A=1.19。

計(jì)算最大沖刷深度：

hp={1.19×1500×1.511.667/0.86/0.70.167}0.6=3.57m

綜上分析，由于漳河大橋位于穿漳管線斷面的上游4km處，且穿漳管線斷面無(wú)任何水工建筑物，河道寬淺，沖刷能力相對(duì)減弱。結(jié)合穿漳管線斷面上下游實(shí)測(cè)大斷面及漳河河槽沖刷理論分析，可以認(rèn)為穿漳管道斷面在遭遇五十年一遇洪水的情況下，最大沖刷深度可達(dá)3～3.5m。

5.結(jié)論

按設(shè)計(jì)要求，確定一定保證率后，在斷面缺乏水文資料的情況下，分別采用設(shè)計(jì)管道斷面上下游的實(shí)測(cè)水文資料和河槽沖刷的理論公式計(jì)算，通過(guò)分析比較，可以比較準(zhǔn)確的求出其斷面的最大沖刷深度，相互比較和印證后所得出的結(jié)論可靠，且方法簡(jiǎn)單，可以解決實(shí)際工作中規(guī)劃設(shè)計(jì)這方面的難題。