王 偉

（遼寧省河庫(kù)管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧 沈陽(yáng) 110003）

1 基本情況

1.1 河道情況

大清河發(fā)源于遼寧大石橋市東部山地東大嶺，流域面積1482 km2，由東向西流經(jīng)海城、大石橋和蓋州3 個(gè)市20 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)場(chǎng)，在蓋州市西海農(nóng)場(chǎng)注入渤海。流域位于東經(jīng)122°14′41″～123°00′13″、北緯40°15′18″～40°42′16″，東以大洋河為界，西鄰渤海，北靠海城河，南面以碧流河為界。大清河全長(zhǎng)100.7 km，河道平均比降為4.45‰，上游有2條分支，東側(cè)支流流域面積596.3 km2，西側(cè)支流流域面積399.7 km2。石門水庫(kù)位于東側(cè)支流，建成于1971年，控制面積410 km2，距河口61.5 km，是大清河流域的骨干工程。

大清河流域總的地勢(shì)為東高西低，從地貌和河道功能上可分為3 個(gè)區(qū)域（不包括石門水庫(kù)），即東部低山區(qū)、中部丘陵區(qū)、下游平原區(qū)。

（1）東部低山區(qū)。本區(qū)位于河流上游，面積663 km2，占流域面積的45%，區(qū)內(nèi)山巒重疊，山地高程介于150～500 m，植被好。本河段平面形態(tài)總體平順，局部彎曲，河道比降約為11‰，河床狹窄，河床質(zhì)為砂卵石，兩岸地勢(shì)較高，具有典型的山區(qū)河道特點(diǎn)，為無(wú)堤河段。

（2）中部丘陵區(qū)。本區(qū)位于河流中游，面積395 km2，占流域面積的26%，地面高程為20～200 m，區(qū)內(nèi)丘陵起伏，溝壑縱橫，植被較差，水土流失嚴(yán)重，是本河主要的泥沙來(lái)源。本河段彎道較多，整體平面形態(tài)呈“幾”字形走勢(shì)，比降約2‰，河床窄深，屬地下河道，河床質(zhì)為淤泥砂，兩岸生態(tài)植被較好。

（3）下游平原區(qū)。本區(qū)位于河流下游，面積422 km2，占流域面積的29%，地面高程多數(shù)在20 m以下，區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，土壤肥沃，是主要城區(qū)所在。本河段河道平面形態(tài)較為平順，河床寬淺，河道比降小于1‰，河床質(zhì)為細(xì)砂和淤泥，生態(tài)植被較好，兩岸有連續(xù)堤防。

1.2 現(xiàn)有防洪工程情況

大清河現(xiàn)狀堤防工程主要分布在河口—202 國(guó)道橋河段。該段為蓋州市城區(qū)段，兩岸堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。其中，左堤長(zhǎng)約13.5 km（河口—202國(guó)道橋），右堤長(zhǎng)約8.4 km（沈海高速橋—202 國(guó)道橋）。堤防堤距280～670 m，堤高2～8 m，迎水坡1∶2.5～1∶3，背水坡1∶2～1∶2.5。左岸城區(qū)段堤頂寬約20 m，為瀝青路面，路面寬5～7 m，堤坡及堤頂植被豐富，高大樹(shù)木較多；右岸長(zhǎng)大鐵路橋以上段堤防堤頂寬約20 m，為瀝青路面，路面寬5～7 m，堤坡及堤頂植被豐富，高大樹(shù)木較多。202 國(guó)道橋以上至河源段為農(nóng)村段，規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，現(xiàn)狀無(wú)堤防。

1.3 攔、跨河建筑物情況

大清河現(xiàn)有跨河橋梁43座，包括鐵路橋2座、高速公路橋1座。按行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)，蓋州市29座，大石橋市14座。

2 河道演變分析

2.1 平面演變分析

根據(jù)河道變化情況及河勢(shì)演變劇烈程度，將大清河分為3個(gè)河段加以分析。

（1）石門水庫(kù)以上段。本河段為典型的山區(qū)河道，河床狹窄，河床質(zhì)為砂卵石，基巖埋深較淺，洪水期河床下切及擺動(dòng)均受到一定限制。從套繪圖可見(jiàn)，1997—2008年，河段主槽基本無(wú)大的變動(dòng)。2008年以后，由于河道兩側(cè)自然高地和公路的限制，本河段彎道的位置基本沒(méi)有改變，主要是灘槽相對(duì)位置發(fā)生變化。總體而言，本河段以自然演變?yōu)橹?，平面形態(tài)較為穩(wěn)定，具備典型的山區(qū)河道特性。

（2）石門水庫(kù)—202國(guó)道橋段。本河段為丘陵區(qū)河道，天然河道河床窄深，河床質(zhì)為淤泥砂。從套繪圖可見(jiàn)，1997—2008年，河道細(xì)窄多彎，主槽擺動(dòng)較大。2008—2020年，本河段陸續(xù)建設(shè)了攔蓄工程、護(hù)岸工程等，平面形態(tài)變化主要表現(xiàn)為主槽拓寬、水面變大、形成多處連續(xù)水面?？傮w而言，本河段平面演變受人類活動(dòng)影響較為明顯，河道整體走勢(shì)一致，但平面形態(tài)變化較大，主要表現(xiàn)為主槽拓寬、形成多處連續(xù)水面。

（3）202 國(guó)道橋—河口段。本河段為平原河道，河床寬淺，河床質(zhì)為細(xì)砂和淤泥。從套繪圖可見(jiàn)，由于河道兩側(cè)堤防和橋梁、攔河閘壩的限制，河道擺動(dòng)幅度很小?？傮w而言，本河段局部平面演變受人類活動(dòng)影響較為明顯，整體河勢(shì)較為穩(wěn)定。

2.2 橫向演變分析

大清河現(xiàn)有水文測(cè)站1處，為望寶山站。圖1為望寶山站1969—2017年橫斷面套繪成果。如圖1所示，望寶山站斷面呈“V”形，深泓略微靠左，主槽寬約100 m，左岸無(wú)明顯邊灘，右岸邊灘寬約60 m。1969—1994年，河道斷面沖淤幅度不大，主槽沖刷幅度在1 m 以內(nèi)，灘地淤高幅度在1 m 以內(nèi)；1995—2007年，河道主槽沖刷明顯，幅度約為2 m，分析原因可能是受到河道采砂的影響；2012年大清河發(fā)生較大洪水，河道主槽明顯右移，同時(shí)下切約2 m；2012—2017年，河道主槽擴(kuò)寬拓深，進(jìn)一步下切，分析原因可能是此處受護(hù)岸工程實(shí)施的影響。因此，本段河道橫向變化并不劇烈，縱向上因大洪水沖刷和人工改造而下切，整體呈現(xiàn)逐年沖刷的特性。

圖1 望寶山站歷年橫斷面套繪成果

3 現(xiàn)狀河道行洪能力分析

3.1 歷史洪水及已有成果復(fù)核

3.1.1 計(jì)算方法

本次水面線計(jì)算采用能量方程式進(jìn)行，能量方程式為：

式中：Z1、Z2分別為下、上游斷面的水位（m）；hf、hj分別為上下斷面間的沿程局部水頭損失（m）；v1、v2分別為下、上游斷面的流速（m/s）；a1、a2為動(dòng)能修正系數(shù)；g為重力加速度（m/s2）。

橋壅水高度計(jì)算采用鮑氏公式：

式中：△Z為橋壅水高度（m）；ξ為與水流進(jìn)入橋孔阻力有關(guān)的系數(shù)；v為有沖刷情況時(shí)橋下平均流速（m/s）；v1為天然條件下橋下平均流速（m/s）；P為與橋孔沖刷有關(guān)的系數(shù)；W過(guò)、W阻為橋的過(guò)水和阻水?dāng)嗝婷娣e（m2）；vS為橋下設(shè)計(jì)洪水流速（m/s）；Q為天然流量（m3/s）。

橡膠壩上水位計(jì)算采用橡膠壩泄量計(jì)算公式及水閘泄流計(jì)算公式。橡膠壩泄流計(jì)算公式為：

式中：Q為過(guò)壩流量（m3/s）；δ為淹沒(méi)系數(shù)，取1.0；ε為淹流側(cè)收縮系數(shù)，取1.0；m為流量系數(shù)；B為溢流斷面平均寬度（m）；h0為計(jì)入行進(jìn)流速的堰頂水頭（m）；g為重力加速度（m/s2）。

橡膠壩袋完全坍塌時(shí)，可視作寬頂堰。其泄流計(jì)算公式采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）中孔流和堰流計(jì)算公式，計(jì)算前先判別水流狀態(tài)，然后選用相應(yīng)公式［1］。

3.1.2 計(jì)算范圍

大清河干流上控制性工程有石門水庫(kù)，因此本次計(jì)算將河道分為2段進(jìn)行，即石門水庫(kù)以下段、石門水庫(kù)以上段。

3.1.3 地形資料

平面地形資料采用2006年1∶5000平面地形圖，并以2019年航拍圖作為參考。橫斷面采用2020年實(shí)測(cè)河道大橫斷面，縱斷面包括2020年實(shí)測(cè)堤防縱斷面及無(wú)堤段村屯縱斷面。

3.1.4 歷史洪水及已有成果

（1）復(fù)核的歷史洪水。近年以來(lái)，大清河開(kāi)展生態(tài)廊道建設(shè)，大規(guī)模建設(shè)攔蓄工程、景觀道路等，河道地形及植被覆蓋等情況均變化較大，加上近年來(lái)城市開(kāi)發(fā)建設(shè)，大清河沿線跨河橋梁明顯增多。為確保洪水復(fù)核切合實(shí)際，本次計(jì)算斷面采用2020年實(shí)測(cè)成果，擬復(fù)核年份選取2012年的大水年。2012年，大清河望寶山站實(shí)測(cè)最大洪峰流量為4020 m3/s（最高水位30.63 m），洪水期間部分河段形成漫灘，本次即采用2012年洪水作為大清河洪水模擬計(jì)算的復(fù)核依據(jù)。望寶山站位于白果村—石門水庫(kù)段，歷史洪水用于復(fù)核驗(yàn)證該河段計(jì)算模型。

（2）復(fù)核的已有成果。2019年，營(yíng)口市水利勘測(cè)建筑設(shè)計(jì)院編制了《蓋州市大清河（石門西—英守堡段）河道治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，河道治理長(zhǎng)度為8.8 km，護(hù)岸工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇。報(bào)告對(duì)英守堡村—石門水庫(kù)段進(jìn)行了設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，本次對(duì)該成果10 a一遇設(shè)計(jì)水面線進(jìn)行復(fù)核。

3.1.5 邊界條件及控制斷面

河口—石門水庫(kù)段洪水復(fù)核計(jì)算起點(diǎn)水位采用營(yíng)口站設(shè)計(jì)潮水位成果。其中，河口—202 國(guó)道橋段計(jì)算洪水頻率取50 a 一遇，202 國(guó)道橋—石門水庫(kù)段計(jì)算洪水頻率取10 a一遇。

石門水庫(kù)以上段洪水復(fù)核計(jì)算起點(diǎn)水位采用石門水庫(kù)設(shè)計(jì)最高水位，計(jì)算洪水頻率取10 a一遇。

3.1.6 洪水復(fù)核

通過(guò)不斷調(diào)整模型中包括斷面間距、灘槽劃分、地形處理、糙率選取、模型計(jì)算參數(shù)確定等諸多影響因素，結(jié)合對(duì)比望寶山站2012年實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系、英守堡村—石門水庫(kù)段設(shè)計(jì)水面線成果等，最終復(fù)核得到與歷史洪水及已有成果較為接近的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。

3.2 堤防現(xiàn)狀行洪能力復(fù)核

行洪能力分析是充分利用已有規(guī)劃、設(shè)計(jì)成果，結(jié)合測(cè)量成果分析計(jì)算各河段水面線，分段掌握河道現(xiàn)狀行洪能力，并復(fù)合確定特征水位［2］。河道行洪能力分析是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，目前國(guó)內(nèi)還處于初級(jí)階段［3］。本次大清河現(xiàn)狀行洪能力分析計(jì)算模型采用地形資料為2020年實(shí)測(cè)河道大橫斷面，模型參數(shù)通過(guò)復(fù)核望寶山站2012年歷史洪水、英守堡村—石門水庫(kù)段已有成果等進(jìn)行率定，且2012年至今大清河實(shí)測(cè)水文資料無(wú)大洪水記錄，因此計(jì)算模型選取是合適的。本次行洪能力分析50 a一遇的堤防超高采用1.0 m。堤防現(xiàn)狀行洪能力復(fù)核成果，詳見(jiàn)表1。

表1 大清河有堤段現(xiàn)狀行洪能力基本情況

202 國(guó)道橋以下段屬于平原區(qū)，兩岸基本有連續(xù)堤防，全部為蓋州城區(qū)段。本河段兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a 一遇。其中，左岸河口—王家閘段約6 km 堤防滿足50 a 一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)、超高為1 m，王家閘—民勝橋段約6.2 km 堤防堤頂高程低于50 a 一遇洪水位，民勝橋—202 國(guó)道橋段約1.8 km 堤防滿足50 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)、超高為1 m；右岸沈海高速橋—民勝橋段約6.7 km 堤防堤頂高程低于50 a 一遇洪水位，民勝橋—202 國(guó)道橋段約1.8 km 堤防滿足50 a 一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)、超高為1 m。

4 無(wú)堤段薄弱環(huán)節(jié)段分析

遼寧主要河流堤防多興建于20世紀(jì)八九十年代，受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，標(biāo)準(zhǔn)偏低，加之部分河流河勢(shì)演變劇烈，現(xiàn)狀河道的防洪能力和薄弱環(huán)節(jié)尚不明晰，給防洪減災(zāi)科學(xué)調(diào)度帶來(lái)了極大困難[4]。近年來(lái)，大清河經(jīng)過(guò)系統(tǒng)整治，河道防洪工程整體情況較好，但通過(guò)本次行洪能力分析發(fā)現(xiàn)，大清河仍然存在防洪薄弱環(huán)節(jié)，堤防薄弱段大致可分為堤防欠高欠寬段、無(wú)堤段（村屯）2種類型。在合理確定河流薄弱環(huán)節(jié)及相應(yīng)安全泄量的基礎(chǔ)上，提出防范應(yīng)對(duì)措施[5]，詳見(jiàn)表2。

表2 大清河防洪薄弱段及防范應(yīng)對(duì)措施統(tǒng)計(jì)

以堤防欠高欠寬段為例，介紹一下其中存在的薄弱環(huán)節(jié)。

（1）202 國(guó)道橋—石門水庫(kù)段。202 國(guó)道橋—石門水庫(kù)段屬于低山丘陵區(qū)，兩岸為無(wú)堤段。本河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇，現(xiàn)狀行洪能力基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，防洪保護(hù)目標(biāo)主要為村屯。其中，牽馬嶺、財(cái)神廟、下獅峪、落水寨、馬連峪4個(gè)村屯不滿足10 a一遇洪水行洪要求。

（2）石門水庫(kù)以上段。石門水庫(kù)以上段屬于低山區(qū)，兩岸多為無(wú)堤段，經(jīng)過(guò)蓋州市、大石橋市2 個(gè)行政區(qū)。本河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇，現(xiàn)狀行洪能力基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，防洪保護(hù)目標(biāo)主要為村屯。其中，太陽(yáng)溝、板長(zhǎng)2 個(gè)村屯不滿足10 a 一遇洪水行洪要求。

5 建議

建議盡快開(kāi)展大清河堤防達(dá)標(biāo)建設(shè)，加快險(xiǎn)工防護(hù)工作，在穿堤建筑物所在堤段加強(qiáng)防護(hù)工程的建設(shè)；盡快落實(shí)河道內(nèi)清障工作，并對(duì)堤防管理及保護(hù)范圍內(nèi)的魚(yú)塘進(jìn)行全面清除，確保堤防結(jié)構(gòu)安全；在有條件的情況下對(duì)阻水橋梁及建筑物進(jìn)行改建。

做好汛期的洪水預(yù)警預(yù)報(bào)及堤防巡查工作，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)堤防欠高欠寬段、險(xiǎn)工險(xiǎn)段及穿堤建筑物堤段的巡查。由于大清河堤坡及堤頂高大樹(shù)木較多，汛期還應(yīng)加強(qiáng)堤防滲流觀測(cè)。準(zhǔn)備好臨時(shí)搶險(xiǎn)物資，根據(jù)預(yù)警預(yù)報(bào)及時(shí)撤離可能受洪水威脅的居民。

現(xiàn)有防洪工程的防洪能力及其對(duì)應(yīng)的特征水位確定等需要經(jīng)過(guò)一個(gè)反復(fù)修正校訂的過(guò)程，每次經(jīng)歷大洪水過(guò)后、一定時(shí)段過(guò)后及所在河段防洪工程和河道地形發(fā)生較大變動(dòng)后均需組織人員對(duì)其進(jìn)行復(fù)核校正，以保證其為防汛指揮決策提供的數(shù)據(jù)盡量準(zhǔn)確。