王 磊，崔建軍

（寶雞市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院,陜西 寶雞 721000）

寶雞為陜西省第二大重工業(yè)城市,八百里秦川西部重鎮(zhèn),位于關(guān)中平原西端,三面環(huán)山,渭河從市區(qū)中心穿過(guò),另有17 條支流成羽狀不對(duì)稱分布于渭河兩岸,河床面積占到市區(qū)建成區(qū)面積的1/4 還多。要實(shí)現(xiàn)市委、市政府提出的率先把寶雞建成西部地區(qū)現(xiàn)代化生態(tài)園林大城市的宏偉目標(biāo),就必須結(jié)合寶雞這種依山傍水、河流密度較大的特殊地理特征,科學(xué)合理、大手筆地營(yíng)造優(yōu)良水環(huán)境[1]。只有這樣,才能彰顯寶雞山水特色的無(wú)窮魅力。

1 工程概況

清水河下游段綜合治理工程位于寶雞市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)東區(qū)的清水河上。工程區(qū)內(nèi)清水河左右岸基本為無(wú)堤段,僅清水河大橋至入渭口右岸有一段堤防,該處堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,堤身填筑料質(zhì)量差,堤防破壞嚴(yán)重,該段堤防基本上喪失了防洪能力。因缺乏統(tǒng)一管理,河道內(nèi)垃圾堆放嚴(yán)重,形成臟、亂、差的不良局面,嚴(yán)重影響了行洪,同時(shí)也對(duì)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成了破壞。

該工程設(shè)計(jì)新修左岸堤防2.71 km,右岸堤防2.92 km,并在清水河入渭口處,依次至上游修建階梯式彩色橡膠壩三座。工程建成后,可形成長(zhǎng)1.16 km,寬80 m,9.28 萬(wàn)m2的景觀水面,上游可回水至西寶南線大橋上游200 m處。該工程的實(shí)施,不僅提高了該區(qū)域的防洪能力,還可改變?cè)搮^(qū)域的自然景觀,同時(shí),為招商引資提供良好的環(huán)境,對(duì)寶雞市高新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到推動(dòng)作用。

2 洪水影響分析

2.1 河道演變

清水河屬渭河右岸一級(jí)支流,發(fā)源于秦嶺北麓,由南流向北,至寶雞市馬營(yíng)鎮(zhèn)東北匯入渭河。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)差資料分析,從1969 年到2012 年40 年期間,該河道主流擺幅減小,主流單一,橫向變動(dòng)基本很小,縱向變化總的趨勢(shì)是以沖刷為主,下切深度約0.6 m,其變幅不大。工程區(qū)為山區(qū)河流向平原河流過(guò)渡的過(guò)渡段,河槽相對(duì)較窄,比降大,多漫灘,河床質(zhì)地松散,受地形地貌的制約限制,該段河勢(shì)基本穩(wěn)定。

2.2 防洪計(jì)算

（1）設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)《寶雞市水文手冊(cè)》,設(shè)計(jì)洪水采用暴雨推求洪水法、面積比擬法、經(jīng)驗(yàn)公式法等不同方法分別計(jì)算了不同頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量,并結(jié)合初步設(shè)計(jì)采用值進(jìn)行分析。具體計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 不同方法洪水分析計(jì)算成果匯總表 單位：m3/s

綜合上述計(jì)算,經(jīng)驗(yàn)公式法,適用于10 km2～150 km2,而清水河流域面積162.5 km2,該方法只可作為技術(shù)參值。推理公式法,其基本條件是設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水同頻率,洪峰流量除了決定于降雨量、降雨強(qiáng)度和降雨過(guò)程的時(shí)空分布等因素外,還受匯流條件,土壤的入滲等因素制約,計(jì)算結(jié)果往往差異較大。面積比擬法的計(jì)算結(jié)果,與陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院2001年完成的《寶雞市高泉水庫(kù)樞紐工程可行性研究報(bào)告》中對(duì)渭河南岸各支流水文分析的結(jié)果基本吻合,且初步設(shè)計(jì)采用了該計(jì)算結(jié)果。因此,本次采用初步設(shè)計(jì)成果。

（2）水面線計(jì)算

由于天然河道底部極不平整,難以通過(guò)計(jì)算水深來(lái)確定水面線,本次以天然河段的恒定非均勻流能量方程式推求設(shè)計(jì)水面線,即：

式中：Z1、Z2為上、下斷面水位,m；V1、V2為上、下斷面流速,m/s；a1、a2為上、下斷面動(dòng)能修正系數(shù)；hw為水頭損失,m；hf為沿程水頭損失,m；Q為流量,m3/s；K為流量模數(shù)；A為斷面面積,m2；R為水力半徑,m；n為河床糙率,取0.035；ΔL為斷面間距,m；hj為局部水頭損失,m；ζ為局部水頭損失系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算,天然狀態(tài)下清水河50年一遇水面線見(jiàn)表2。

表2 天然狀態(tài)下50年一遇設(shè)計(jì)洪水水面線成果表

本次設(shè)計(jì)維持實(shí)測(cè)河床比降,由于各段河寬不同且河道彎曲變化,故設(shè)計(jì)水面線計(jì)算采用明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式：

式中：Q為流量,m3/s；Z為水位,m；V為流速,m/s；a、ζ為動(dòng)量修正系數(shù)和局部阻力系數(shù)；K為流量模數(shù)；A為斷面面積,m2；R為水力半徑,m；n為河床糙率,取0.035。

經(jīng)計(jì)算,工程建成后清水河50年一遇水面線見(jiàn)表3。

表3 工程建成后50年一遇設(shè)計(jì)洪水水面線成果表

比較工程建設(shè)前后水面線計(jì)算結(jié)果,可以看出,工程建成后50 年一遇洪水位降低了,究其原因,是由于此次設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)清水河入渭口多年淤泥進(jìn)行清理及橡膠壩底板和邊墻對(duì)水流流態(tài)的影響[2]。由此導(dǎo)致的渭河回水也往清水河上游延伸了,這對(duì)河道泄洪能力極有好處。

（3）橡膠壩壅水計(jì)算

清水河入渭口至上游依次修建3 座橡膠壩,由上表2 和3可知,工程建設(shè)前,1#、2#、3#壩址斷面天然河道,50 年一遇洪水位分別為562.22 m、566.20 m、569.93 m,工程建設(shè)后（坍壩運(yùn)行）,壩址斷面50 年一遇洪水位為別為561.01 m、565.61 m、569.60 m。水位均有下降,下降量分別為1.21 m、0.59 m、0.33 m,其中1#橡膠壩下降量相對(duì)較大,分析其原因主要是由于渭河回水范圍的加長(zhǎng)所致,這也致使2#、3#橡膠壩也均有少量的下降[3]。由此可見(jiàn),工程興建后各橡膠壩均不會(huì)產(chǎn)生壅水。

（4）橋梁過(guò)洪能力復(fù)核

工程區(qū)有跨河橋梁4 座,建壩前大橋斷面處設(shè)計(jì)洪水位,見(jiàn)表4。

表4 工程建設(shè)前交通橋過(guò)洪能力計(jì)算表

建壩后,由于橋墩的束流作用,使清水河大橋、西寶南線橋斷面水位較未建壩前水位有所抬高,本次計(jì)算按汛期坍壩運(yùn)行方式計(jì)算橋前水位變化[4]。依據(jù)《河流橋渡設(shè)計(jì)》,經(jīng)水力計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 工程建設(shè)后交通橋過(guò)洪能力計(jì)算表

由表5 可知,清水河大橋可滿足行洪要求。西寶南線橋梁底高程571.92 m,天然狀態(tài)下,50 年一遇洪水位為572.12 m,梁底標(biāo)高低于洪水位0.2 m；工程建設(shè)后,50 年一遇洪水位為571.36 m,梁底超高0.56 m,均不滿足行洪要求。

（5）河勢(shì)影響分析

清水河在本工程段為山區(qū)河流向平原河流過(guò)渡的過(guò)渡段,河槽相對(duì)較窄,比降大,多漫灘,河床質(zhì)地松散,但河勢(shì)基本穩(wěn)定。該工程為生態(tài)景觀工程,工程建成后工程區(qū)段兩岸堤防形成完整的防洪單元體系,加上受下游渭河堤防的控制及橡膠壩庫(kù)區(qū)的調(diào)蓄作用,工程建成后,主流歸槽,流態(tài)趨好,對(duì)河勢(shì)變化無(wú)大的影響[5]。

2.3 洪水影響評(píng)價(jià)

（1）對(duì)行洪安全的影響分析

清水河下游段綜合治理工程建成后,修建了兩岸河堤,疏浚拓寬河槽,加大了河道行洪斷面,提高了河道行洪能力,使河道防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),保護(hù)了高新區(qū)企業(yè)和居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

（2）對(duì)已有防洪工程及其他水利工程的影響分析

在渭河干流上有渭河上馬營(yíng)生態(tài)園工程和渭河攔河閘樞紐工程,這些工程均在本工程上游,本工程建設(shè)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。入渭口段渭河南北岸堤防工程,其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)高于本工程,本工程對(duì)渭河南北堤也不會(huì)產(chǎn)生影響。

工程區(qū)清水河干流上的清水河大橋設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較高,橡膠壩的建設(shè)不影響它的行洪安全；西寶南線橋由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,需要擴(kuò)寬,加大行洪斷面；濱河大橋和行知路大橋的設(shè)計(jì)應(yīng)該嚴(yán)格滿足行洪安全的要求。

（3）對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響分析

修建橡膠壩后,在局部會(huì)產(chǎn)生少量的淤積,工程區(qū)左右岸均已設(shè)計(jì)了堤防工程,因此對(duì)河勢(shì)的整體穩(wěn)定及變化無(wú)大的影響。

3 經(jīng)驗(yàn)及建議

清水河下游段綜合治理工程是以防洪和景觀為目標(biāo)的生態(tài)工程,以下經(jīng)驗(yàn)及建議可供相關(guān)工程人員參考：

（1）工程區(qū)上游屬暴雨高值區(qū),為確保工程安全運(yùn)行,應(yīng)與上游其它工程布設(shè)的報(bào)汛系統(tǒng)建立聯(lián)系,形成統(tǒng)一的預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)。建議編制清水河下游段綜合治理工程洪水預(yù)報(bào)方案和防御洪水預(yù)案。

（2）工程區(qū)應(yīng)認(rèn)真復(fù)核基礎(chǔ)沖刷深度是否滿足規(guī)范要求,要增加彎道段和入渭口段堤基埋深,特別是入渭口段堤基埋深應(yīng)按渭河堤防沖刷深度計(jì)算其基礎(chǔ)埋深。

（3）由于大橋橋下水流流態(tài)復(fù)雜,大橋下游沖淤變化頻繁,從大橋及堤防運(yùn)用的安全性分析,應(yīng)對(duì)大橋及堤防的基礎(chǔ)進(jìn)行加固[6]。建議對(duì)本工程已成大橋上游50 m至下游100 m范圍內(nèi)的堤腳進(jìn)行加固處理。