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        六股河水面線計(jì)算區(qū)段劃分及斷面縱橫邊界條件探討

        2022-07-01 06:51:28孟海鷹
        黑龍江水利科技 2022年5期
        關(guān)鍵詞:綏中興城市攔河閘

        孟海鷹

        (遼寧省鐵嶺市清河區(qū)水利局,遼寧 鐵嶺 112003)

        1 概 況

        六股河位于遼寧葫蘆島市,為該市獨(dú)流入海的河流,流經(jīng)綏中縣、興城市和建昌縣,在綏中縣小李莊鄉(xiāng)附近注入渤海,沿岸城鎮(zhèn)村屯多臨河而居。六股河下游段,村屯離河較近,地勢(shì)較平坦,在遭遇較大降雨時(shí)沿岸村屯受到洪水威脅。該河流全長為162km,流域面積為3069km2。地勢(shì)由西北向東南傾斜。 地面平均海拔約200m。 山地占54%,丘陵占33%,平原占11%,沙丘占2%。

        2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

        六股河興城市段沿岸由上至下流經(jīng)興城市大寨滿族鄉(xiāng)、東辛莊鎮(zhèn)及劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。流經(jīng)范圍均為為鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)。防護(hù)區(qū)保護(hù)耕地面積1.04萬hm2,大寨滿族鄉(xiāng)、東辛莊鎮(zhèn)及劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)均為是興城市重點(diǎn)產(chǎn)糧區(qū)和商品糧基地。《興城市總體規(guī)劃(2006-2020)》(上海同濟(jì)大學(xué) 2009年12月)中提出“發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè),著力建設(shè)‘五帶’、‘五基地’,增強(qiáng)農(nóng)村綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力?!狈篮楸Wo(hù)區(qū)內(nèi)的劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)位于‘劉臺(tái)子水產(chǎn)品養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)帶’內(nèi);大寨滿族鄉(xiāng)、東小寨鎮(zhèn)位于‘沿高速公路10鄉(xiāng)鎮(zhèn)高效農(nóng)業(yè)精品帶’內(nèi);高家?guī)X滿族鄉(xiāng)、大寨滿族鄉(xiāng)、東辛莊鎮(zhèn)及劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)均位于‘沿六股河4鄉(xiāng)鎮(zhèn)蔬菜保護(hù)帶’內(nèi)。以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)在興城市乃至葫蘆島市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占有非常重要的地位。

        在六股河興城市段防洪治理的前期成果中,《六股河河道治理規(guī)劃報(bào)告》中經(jīng)分析論證后確定六股河興城市段防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇?!读珊优d城市段防洪治理工程可行性研究報(bào)告》確定六股河興城市段防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。按照防洪保護(hù)區(qū)的規(guī)模、重要性和防護(hù)要求,考慮保護(hù)區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為興城市重點(diǎn)產(chǎn)糧區(qū)和商品糧基地,并參照《興城市總體規(guī)劃(2006-2020)》中對(duì)保護(hù)區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展部署,考慮與前期規(guī)劃及可研防洪標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)性,經(jīng)過綜合考慮,設(shè)計(jì)防洪保護(hù)區(qū)六股河興城市段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。

        3 水面線計(jì)算區(qū)段劃分及大斷面縱橫邊界條件

        3.1 基本資料

        設(shè)計(jì)水面線計(jì)算采用黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2018年實(shí)測(cè)的河道大斷面資料,該項(xiàng)資料滿足本階段水面線計(jì)算需要。其斷面圖比例尺采用1∶200。此外,計(jì)算采用了本區(qū)域1986年1∶10000地形圖、1998年1∶50000地形圖、2017年10月高清晰度衛(wèi)星影像圖及DEM散點(diǎn)數(shù)據(jù)等作為本次計(jì)算分析參考使用。設(shè)計(jì)水面線計(jì)算中各大斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量采用本次初設(shè)的水文的成果見表1。

        表1 設(shè)計(jì)水面線計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量采用成果表

        3.2 水面線計(jì)算區(qū)段劃分及大斷面布置

        根據(jù)工程需要及河勢(shì)變化,于六股河干流入??谥燎嗌剿畮靿蜗鹿膊贾?7個(gè)水面線計(jì)算大斷面。其中河道斷面57個(gè),橋斷面7個(gè),攔河閘壩斷面3個(gè)。推算水面線總里程50.81km,斷面平均間距876m,公路橋、鐵路橋及攔河閘壩等攔跨河建筑物處均布置水面線計(jì)算大斷面。

        區(qū)段六股河干流主槽中已建3座攔河閘壩,至下而上分別為綏中六股河公園橡膠壩、六股河攔河閘、西邊村閘。本次水面線計(jì)算以攔河閘壩作為控制性節(jié)點(diǎn),對(duì)水面線計(jì)算區(qū)段劃分為以下4段:首段為入海口至綏中六股河公園橡膠壩壩下段,區(qū)段長16.70km,里程樁號(hào)K0+000至K16+702;二段為六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段,區(qū)段長2.50km,里程樁號(hào)K16+702至K19+206;三段為六股河攔河閘至西邊村閘閘下段,區(qū)段長27.91km,里程樁號(hào)K19+206至K47+120;尾段為西邊村閘至青山水庫壩下段,區(qū)段長3.69km,里程樁號(hào)K47+120至K50+808。

        3.3 起始斷面與起點(diǎn)水位

        3.3.1 入海口至綏中六股河公園橡膠壩壩下段(K0+000至K16+702)

        根據(jù)葫蘆島潮位站年最高潮位頻率分析成果,采用六股河入???0a一遇設(shè)計(jì)高潮位作為入海口至綏中六股河公園橡膠壩壩下段水面線計(jì)算的起點(diǎn)水位。P=2%起點(diǎn)水位為2.68m,P=10%起點(diǎn)水位為2.58m。

        3.3.2 六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段(K16+702至K19+206)

        六股河公園橡膠壩建成于2011年,根據(jù)《綏中縣六股河公園橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,綏中六股河橡膠壩工程建筑物級(jí)別為3級(jí),由橡膠壩、放水閘、水源井、排水泵房和護(hù)岸工程組成。橡膠壩壩長為534m,分為7跨,每跨長75m,設(shè)計(jì)壩高為1.7m。橡膠壩底板頂高程為10.4m,底板厚0.9m,底板順?biāo)鏖L度6.5m,正常蓄水位12.1m。中墩厚1.0m,墩頂高程13.1m。壩袋型式為充水式、雙錨固、堵頭式壩袋。閘室下游布置消力池及海漫、拋石防沖槽。橡膠壩右側(cè)河道布置放水閘,尺寸2.0m×1.5m(寬×高)。閘室控制段長6.5m,底板高程10.4m,閘墩頂高程與橡膠壩閘墩頂高程一致,為13.1m。閘室下游接消力池、海漫,結(jié)構(gòu)形式與橡膠壩消能工程形式相同。

        《綏中縣六股河公園橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中對(duì)橡膠壩建成后對(duì)河道防洪的影響進(jìn)行了分析,計(jì)算了橡膠壩不同頻率壩上水位,20a一遇設(shè)計(jì)流量5111 m3/s,與本案同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流量基本一致。該報(bào)告中20a一遇壩上水位14.57m,未列出壩下水位計(jì)算值。本次初設(shè)對(duì)橡膠壩壩上、壩下水位進(jìn)行了復(fù)核,計(jì)算得出20a一遇壩上水位14.55m,壩下水位14.42m,壩上水位與上述成果基本一致。本次初設(shè)六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段起點(diǎn)水位仍采用橡膠壩初設(shè)中計(jì)算的20a一遇壩上水位14.57m,壩下水位14.42m;10a一遇壩上水位14.31m,壩下水位14.11m。

        3.3.3 六股河攔河閘至西邊村閘閘下段(K19+206至K47+120)

        六股河攔河閘始建于1967年,2013年該閘進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。根據(jù)《綏中縣六股河攔河閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,六股河攔河閘工程等別為Ⅱ等,考慮水閘失事后對(duì)下游造成的災(zāi)害損失不大,確定溢流壩、沖沙閘、進(jìn)水閘等主要建筑物的級(jí)別為3級(jí)1-3]。加固后由溢流壩、沖沙閘、進(jìn)水閘及兩岸翼墻等組成[4]。溢流壩布置在主河道,總長346.0m,沖沙閘布置在溢流壩右側(cè),總寬60.0m,進(jìn)水閘布置在河道右岸、沖沙閘上游15m處。溢流壩壩體結(jié)構(gòu)由壩前鋪蓋、壩體、下游護(hù)坦、消力池、海漫、防沖槽及左岸翼墻組成。溢流壩堰型為駝峰堰,壩頂高程為14.35m。采用跌坎消能,溢流壩下游為一級(jí)護(hù)坦,長18.60m,頂高程為13.10m,一級(jí)護(hù)坦末端為跌坎,跌坎頂高程為13.10m,跌坎下游為二級(jí)護(hù)坦,長12.20m,頂高程為11.80m。防沖槽順?biāo)鞣较蜷L7.00m,頂高程由11.80m降至11.20m,防沖槽最大深度為2.40m。新建60.00m寬的沖沙閘。閘底板頂高程為12.50m,采用底流消能,消力池長11.0m,池深為0.5m,底板頂高程為11.30m[5-7]。鋼筋混凝土海漫長17.80m,頂高程為11.80m,厚0.50m。防沖槽采用格賓石籠結(jié)構(gòu),長度為9.0m,頂高程由11.80m降至11.20m,防沖槽最大深度為2.40m。

        《綏中縣六股河攔河閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中對(duì)加固后攔河閘上下游水位進(jìn)行計(jì)算分析,20a一遇設(shè)計(jì)流量5110m3/s,與本案同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流量一致。該報(bào)告中20a一遇閘上水位17.51m,閘下水位16.70m。本次初設(shè)對(duì)攔河閘閘上、閘下水位進(jìn)行了復(fù)核,計(jì)算得出20a一遇閘上水位17.43m,閘下水位16.10m,本次復(fù)核計(jì)算結(jié)果均略小于初設(shè)成果。本次初設(shè)六股河攔河閘至西邊村閘閘下段起點(diǎn)水位仍采用攔河閘除險(xiǎn)加固初設(shè)中計(jì)算的20a一遇閘上水位17.51m。閘下水位采用初設(shè)成果中的閘下水位16.70m;20a一遇閘上水位17.19m,閘下水位16.12m。設(shè)計(jì)流速采用值仍以本次復(fù)核計(jì)算為準(zhǔn)。設(shè)計(jì)成果將偏于安全。

        3.3.4 西邊村閘至青山水庫壩下段(K47+120至K50+808)

        西邊村閘始建于1970年,建成至今未進(jìn)行過規(guī)模性除險(xiǎn)加固,僅于1994年進(jìn)行過壩體灌漿防滲墻施工。由于閘壩損壞及壩上淤積,該閘如今已基本廢棄,不能發(fā)揮其正常興利效益,無留存設(shè)計(jì)資料。根據(jù)本次現(xiàn)場(chǎng)查勘及測(cè)量成果,該閘由攔河壩、沖沙閘及進(jìn)水閘組成。攔河閘總長365.30m,其中,攔河壩為堆石混凝土面板壩,壩長346.12m,壩頂高程為50.32m,以下游平均河底計(jì)算的平均壩高為1.66m。攔河閘為漿砌石結(jié)構(gòu),共5孔,總凈寬12.50m,閘底板高程48.85m[8]。本次初設(shè)對(duì)攔河閘閘上、閘下水位進(jìn)行了計(jì)算,由于沖沙閘閘門年久失修,計(jì)算中忽略沖沙閘過流能力,以總壩長365.30m,壩頂高程50.32m計(jì)算。計(jì)算得出20a一遇閘上水位53.42m,閘下水位52.65m。西邊村閘至青山水庫壩下段起點(diǎn)水位采用本次計(jì)算的20a一遇閘上水位53.42m,閘下水位52.65m;10a一遇閘上水位53.08m,閘下水位52.04m。

        3.4 糙率選取

        《遼寧省葫蘆島市六股河流域規(guī)劃報(bào)告》中根據(jù)水文站實(shí)測(cè)的糙率,并結(jié)合當(dāng)時(shí)河道植被等地物及河床質(zhì)組成情況選取糙率,并用1975年洪水實(shí)測(cè)洪痕資料進(jìn)行了驗(yàn)證,《2000年規(guī)劃》中六股河干流入海口至青山水庫壩下段采用的糙率見表2。

        表2 六股河干流入??谥燎嗌剿畮靿蜗露尾捎玫牟诼式y(tǒng)計(jì)表

        《六股河河道治理規(guī)劃報(bào)告》中利用當(dāng)時(shí)的綏中站水位-流量關(guān)系曲線作控制,反算入???綏中站河段的糙率,模擬該河段天然洪水總比降,從而達(dá)到計(jì)算水面線與天然水面線相似的目的。同時(shí),利用《遼寧省葫蘆島市青山水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中提出的青山水庫壩下200m處水位-流量關(guān)系曲線,用青山水庫壩下200m處水位-流量關(guān)系控制,驗(yàn)證計(jì)算綏中站-青山水庫壩下糙率。六股河干流入??谥燎嗌剿畮靿蜗露尾捎玫牟诼室姳?。

        表3 六股河干流入??谥燎嗌剿畮靿蜗露尾捎玫牟诼式y(tǒng)計(jì)表

        2011年綏中水文站(K17+155)下游453m處建設(shè)了六股河公園橡膠壩(K16+702),同時(shí),為了形成景觀水面,對(duì)上下游河道主槽進(jìn)行了拓寬,之后綏中站水位流量關(guān)系發(fā)生了較大變化。2012年“8.04”洪水,綏中站實(shí)測(cè)洪峰流量3600m3/s,對(duì)應(yīng)水位14.28m。本次初設(shè)根據(jù)以上資料反推綏中站“8.04”洪水中糙率值,經(jīng)試算,當(dāng)主槽糙率為0.022,左、右岸灘地糙率為0.06時(shí),對(duì)應(yīng)洪峰流量3600m3/s的水位為14.293m,與實(shí)測(cè)水位最為契合,該試算反推糙率本次初設(shè)參考使用。

        2012年至2015年綏中市陸續(xù)的對(duì)右岸沈山鐵路橋(K15+515)至王寶河入河口(K20+042)段河灘進(jìn)行了規(guī)模的景觀治理,現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)該段地物變化較大。原有的河灘地、農(nóng)田已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫坝^建筑、小品、鋪裝及景觀樹木,較之“8.04”洪水時(shí),右岸河灘地物阻水性明顯增強(qiáng)。本次初設(shè)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)該段右岸河灘糙率進(jìn)行加大,該段右岸河灘糙率從0.06調(diào)整為0.08-0.10。

        參考表2、表3的糙率選取,考慮“8.04”洪水中綏中站糙率反推情況,同時(shí)對(duì)后期地物變化較大的河段進(jìn)行糙率優(yōu)化調(diào)整,最后確定的六股河干流入海口至青山水庫壩下段糙率取值見表4。

        表4 六股河干流入海口至青山水庫壩下段糙率取值統(tǒng)計(jì)表

        3.5 大斷面縱橫邊界條件

        近十幾年來,由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,沙源需求增加,六股河內(nèi)采砂規(guī)模加大。加之2012年“8·04”大水使六股河本河段河道嚴(yán)重下切,尤其是入???牛彥章河段更甚。以王寶屯、賈河沿附近為例,該段河道主槽平均下切3.8m,最大深達(dá)5m之多,與原規(guī)劃中河底差別很大?,F(xiàn)狀主槽其深泓線已不是天然情況,不能作為設(shè)計(jì)河底。2012年“8·04”洪水,綏中站實(shí)測(cè)洪峰流量3600m3/s,對(duì)應(yīng)水位14.28m。查閱《2009年規(guī)劃》中當(dāng)時(shí)綏中站的水位流量關(guān)系曲線,當(dāng)流量3600m3/s,曲線對(duì)應(yīng)水位15.81m,水位相差1.53m,除了該斷面主槽進(jìn)行了拓寬之外,河底較之當(dāng)時(shí)下切近1.3m也是水位變化的主要原因。

        此外,本河段《2009年規(guī)劃》之后,2011年新建了六股河公園橡膠壩,2013年六股河攔河閘進(jìn)行了除險(xiǎn)加固,控制性建筑物節(jié)點(diǎn)有所增加及改變。因此,本次初設(shè)將入海口(K0+000)-牛彥章(K28+241)河段未受采砂影響的斷面主槽平均河底與各閘、壩的沖沙閘底板高程,下游海漫末端高程作為本河段侵蝕基準(zhǔn)面的控制基點(diǎn),其連線所形成的河底,即為入???牛彥章河段設(shè)計(jì)縱剖面為設(shè)計(jì)河底,且與1995年河道深泓線接近。其它河段采用河底與原規(guī)劃基本一致,采用實(shí)測(cè)斷面河底。所有砂土結(jié)構(gòu)臨時(shí)性穿河漫水路,本次20a一遇設(shè)計(jì)洪水計(jì)算均不考慮其作為控制基點(diǎn)。六股河入海口-牛彥章河段設(shè)計(jì)河底控制基點(diǎn)見表5。

        表5 六股河入海口-牛彥章河段設(shè)計(jì)河底控制基點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

        4 結(jié) 語

        六股河干流入??谥燎嗌剿畮靿蜗露巫蟀洞蠖鄶?shù)為興城市地界范圍,歷次洪水對(duì)沿岸岸坎沖刷、沖兌較為嚴(yán)重,村莊房屋上水次數(shù)較少,影響范圍較小。本次初設(shè)中擬對(duì)左岸按照現(xiàn)有堤防保持不變,不新建堤防,按照實(shí)測(cè)河道斷面計(jì)算水面線。河段右岸為綏中地界范圍,《2009年規(guī)劃》中布置了多處新建堤防,六股河綏中段的初設(shè)報(bào)告中采用的堤線與《2009年規(guī)劃》基本一致,該案與本案同期報(bào)批,本初設(shè)按照《2009年規(guī)劃》及送審的六股河綏中段的初設(shè)報(bào)告,對(duì)右岸新建堤線位置進(jìn)行水面線計(jì)算大斷面封閉,作為橫向邊界條件。

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