王 磊，崔建軍

（寶雞市水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院,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,另有17 條支流成羽狀不對稱分布于渭河兩岸,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,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)計標準偏低,堤身填筑料質(zhì)量差,堤防破壞嚴重,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)垃圾堆放嚴重,形成臟、亂、差的不良局面,嚴重影響了行洪,同時也對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成了破壞。

該工程設(shè)計新修左岸堤防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1.16 km,寬80 m,9.28 萬m2的景觀水面,上游可回水至西寶南線大橋上游200 m處。該工程的實施,不僅提高了該區(qū)域的防洪能力,還可改變該區(qū)域的自然景觀,同時,為招商引資提供良好的環(huán)境,對寶雞市高新區(qū)經(jīng)濟發(fā)展起到推動作用。

2 洪水影響分析

2.1 河道演變

清水河屬渭河右岸一級支流,發(fā)源于秦嶺北麓,由南流向北,至寶雞市馬營鎮(zhèn)東北匯入渭河。結(jié)合現(xiàn)場調(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,橫向變動基本很小,縱向變化總的趨勢是以沖刷為主,下切深度約0.6 m,其變幅不大。工程區(qū)為山區(qū)河流向平原河流過渡的過渡段,河槽相對較窄,比降大,多漫灘,河床質(zhì)地松散,受地形地貌的制約限制,該段河勢基本穩(wěn)定。

2.2 防洪計算

（1）設(shè)計洪水計算

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

表1 不同方法洪水分析計算成果匯總表 單位：m3/s

綜合上述計算,經(jīng)驗公式法,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)計暴雨與設(shè)計洪水同頻率,洪峰流量除了決定于降雨量、降雨強度和降雨過程的時空分布等因素外,還受匯流條件,土壤的入滲等因素制約,計算結(jié)果往往差異較大。面積比擬法的計算結(jié)果,與陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院2001年完成的《寶雞市高泉水庫樞紐工程可行性研究報告》中對渭河南岸各支流水文分析的結(jié)果基本吻合,且初步設(shè)計采用了該計算結(jié)果。因此,本次采用初步設(shè)計成果。

（2）水面線計算

由于天然河道底部極不平整,難以通過計算水深來確定水面線,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)計算,天然狀態(tài)下清水河50年一遇水面線見表2。

表2 天然狀態(tài)下50年一遇設(shè)計洪水水面線成果表

本次設(shè)計維持實測河床比降,由于各段河寬不同且河道彎曲變化,故設(shè)計水面線計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)計算,工程建成后清水河50年一遇水面線見表3。

表3 工程建成后50年一遇設(shè)計洪水水面線成果表

比較工程建設(shè)前后水面線計算結(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)計會對清水河入渭口多年淤泥進行清理及橡膠壩底板和邊墻對水流流態(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,這對河道泄洪能力極有好處。

（3）橡膠壩壅水計算

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#橡膠壩下降量相對較大,分析其原因主要是由于渭河回水范圍的加長所致,這也致使2#、3#橡膠壩也均有少量的下降[3]。由此可見,工程興建后各橡膠壩均不會產(chǎn)生壅水。

（4）橋梁過洪能力復(fù)核

工程區(qū)有跨河橋梁4 座,建壩前大橋斷面處設(shè)計洪水位,見表4。

表4 工程建設(shè)前交通橋過洪能力計算表

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,本次計算按汛期坍壩運行方式計算橋前水位變化[4]。依據(jù)《河流橋渡設(shè)計》,經(jīng)水力計算,結(jié)果見表5。

表5 工程建設(shè)后交通橋過洪能力計算表

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）河勢影響分析

清水河在本工程段為山區(qū)河流向平原河流過渡的過渡段,河槽相對較窄,比降大,多漫灘,河床質(zhì)地松散,但河勢基本穩(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區(qū)的調(diào)蓄作用,工程建成后,主流歸槽,流態(tài)趨好,對河勢變化無大的影響[5]。

2.3 洪水影響評價

（1）對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,使河道防洪標準達到50 年一遇洪水標準,保護了高新區(qū)企業(yè)和居民的生命財產(chǎn)安全。

（2）對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)不會對其產(chǎn)生影響。入渭口段渭河南北岸堤防工程,其設(shè)防標準高于本工程,本工程對渭河南北堤也不會產(chǎn)生影響。

工程區(qū)清水河干流上的清水河大橋設(shè)防標準較高,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)計標準偏低,需要擴寬,加大行洪斷面；濱河大橋和行知路大橋的設(shè)計應(yīng)該嚴格滿足行洪安全的要求。

（3）對河勢穩(wěn)定的影響分析

修建橡膠壩后,在局部會產(chǎn)生少量的淤積,工程區(qū)左右岸均已設(shè)計了堤防工程,因此對河勢的整體穩(wěn)定及變化無大的影響。

3 經(jīng)驗及建議

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

（1）工程區(qū)上游屬暴雨高值區(qū),為確保工程安全運行,應(yīng)與上游其它工程布設(shè)的報汛系統(tǒng)建立聯(lián)系,形成統(tǒng)一的預(yù)報預(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)報方案和防御洪水預(yù)案。

（2）工程區(qū)應(yīng)認真復(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,從大橋及堤防運用的安全性分析,應(yīng)對大橋及堤防的基礎(chǔ)進行加固[6]。建議對本工程已成大橋上游50 m至下游100 m范圍內(nèi)的堤腳進行加固處理。