劉 明

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 引言

工程建設(shè)在一定程度上會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響,尤其是臨近河道的工程建設(shè)會(huì)對(duì)項(xiàng)目區(qū)的洪水產(chǎn)生影響[1-3],在工程實(shí)施前進(jìn)行洪水影響分析評(píng)價(jià)是十分必要的,對(duì)環(huán)境友好型工程建設(shè)有較大的促進(jìn)作用。結(jié)合海城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際情況,分析項(xiàng)目建設(shè)對(duì)洪水的影響。

2 工程概況

2017 年海城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)用地面積15.75 km2。海城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)現(xiàn)狀城市建設(shè)用地構(gòu)成主要為居住用地、工業(yè)用地、公共設(shè)施用地、道路廣場(chǎng)用地四大類,居住用地占總建設(shè)用地的43.56%,工業(yè)用地占28.54%,公共設(shè)施用地占3.72%,道路與交通設(shè)施用地占15.26%,綠地與廣場(chǎng)用地占5.09%。海城河在海城水文站以上為山丘區(qū),河道平均比降4.18‰,出海城后呈扇形延伸至牛莊一帶進(jìn)入平原區(qū),坡降較小。海城河是太子河左岸最后一條支流,也是最大一條支流。

3 水文分析計(jì)算

3.1 水文測(cè)站及資料情況

海城河流域有海城水文站,海城水文站建站較早,有1935 年～1996 年的水文觀測(cè)資料,海城站以上流域面積1000 km2,位于項(xiàng)目區(qū)上游,距項(xiàng)目區(qū)上邊界約8km,項(xiàng)目區(qū)距海城河入太子河河口19.78 km?！逗３呛雍拥乐卫硪?guī)劃報(bào)告》在《觀音閣初設(shè)》的基礎(chǔ)上進(jìn)行了資料的延長(zhǎng),延長(zhǎng)的資料為1978 年～1996 年。洪水系列經(jīng)延長(zhǎng)后共計(jì)57 年。這樣海城站的水文資料有1935 年～1944 年、1950 年～1996 年共57 年系列。

3.2 資料審查

太子河流域設(shè)計(jì)洪水在《葠窩技設(shè)》階段（洪水資料用至1965 年）和《觀音閣初設(shè)》階段（洪水資料用至1977 年）對(duì)主要站均進(jìn)行了分析,觀音閣、本溪兩站設(shè)計(jì)洪水采用《觀音閣初設(shè)》成果,其他各站的設(shè)計(jì)洪水沿用《葠窩技設(shè)》成果。2002 年,遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在遼河流域防洪規(guī)劃階段,又延長(zhǎng)水文資料對(duì)太子河流域的主要測(cè)站的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行了復(fù)核,復(fù)核后依然采用原成果。2005 年,海城河防洪影響評(píng)價(jià)將海城站水文資料延長(zhǎng)至1998 年對(duì)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行復(fù)核,復(fù)核成果略小于原設(shè)計(jì)成果,兩次的設(shè)計(jì)成果基本一致,采用觀音閣水庫(kù)原設(shè)計(jì)洪水成果,是合理的、安全的。

根據(jù)海城站和太子河流域臨近測(cè)站的設(shè)計(jì)洪水成果點(diǎn)繪出各站洪峰（P=2%、P=1%和均值）與面積關(guān)系,海城站的計(jì)算成果與鄰近測(cè)站成果的關(guān)系較好,符合地區(qū)規(guī)律。

3.3 歷史洪水資料概況

遼寧省水文水資源勘測(cè)局和遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)海城河流域的歷史洪水進(jìn)行了多次的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和文獻(xiàn)考證,海城站的歷史洪水資料比較翔實(shí)、可靠,其洪峰流量的順位見(jiàn)圖1。

圖1 海城站歷史洪水

根據(jù)海城站的歷史洪水順位分析,1879 年洪水和1888 年洪水分別作為1879 年以來(lái)的第一位和第二位洪水。1879 年洪水的重現(xiàn)期確定為120 年,1888 年洪水的重現(xiàn)期確定為120 年的第二位。

4 洪水分析

遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在以往的工作中,對(duì)太子河流域主要測(cè)站的水文資料進(jìn)行多次的審查與考證。1989年在觀音閣水庫(kù)初步設(shè)計(jì)工作中,對(duì)太子河干、支流的水文測(cè)站均進(jìn)行了系統(tǒng)的頻率分析與計(jì)算,依據(jù)流域特性的變化規(guī)律,對(duì)各站的統(tǒng)計(jì)參數(shù)經(jīng)流域平衡后綜合確定,設(shè)計(jì)成果較可靠。

遼寧新禹防洪工程技術(shù)咨詢有限公司于2005 年2 月編制了海城河防洪影響評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)報(bào)告根據(jù)洪水歷時(shí),選擇1 日、3 日作為控制時(shí)段。根據(jù)資料審查結(jié)果,海城站選取1935 年～1998 年共59 年洪峰、洪量資料進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。一日、三日洪量頻率計(jì)算采用矩法,考慮歷史洪水洪峰頻率計(jì)算采用繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩法,線型均采用P-Ⅲ型曲線。

由于近年來(lái)海城河沒(méi)有發(fā)生較大洪水,所以水文資料延長(zhǎng)后設(shè)計(jì)洪水成果較以前采用的設(shè)計(jì)成果有所降低,但是兩者間相差較小,大致5%左右。為了保持設(shè)計(jì)成果的相對(duì)穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)海城河的設(shè)計(jì)洪水成果采用觀音閣原設(shè)計(jì)成果。

表1 海城站設(shè)計(jì)洪水成果表

海城河在海城水文站以上為山丘區(qū),河道平均比降4.18‰,出海城后呈扇形延伸至牛莊一帶進(jìn)入平原區(qū),坡降較小。在太子河河道防洪工程初步設(shè)計(jì)階段,遼寧省水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)海城河口的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析,海城站～海城河口按照平原區(qū)計(jì)算（按農(nóng)田排水計(jì)算）,海城站～河口的洪水傳播時(shí)間采用7 h,本次復(fù)核后依然采用該成果。海城河口的設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表2。

表2 海城河口設(shè)計(jì)洪水成果表

5 河勢(shì)影響分析計(jì)算

根據(jù)B.M 洛赫金提出用水流對(duì)泥沙顆粒的作用力與河床表面泥沙抵抗運(yùn)動(dòng)的力之間的相對(duì)關(guān)系,計(jì)算河床穩(wěn)定系數(shù)。

（1）縱向穩(wěn)定指標(biāo)

縱向穩(wěn)定指標(biāo)計(jì)算公式：

式中：K縱為縱向穩(wěn)定系數(shù)；d為床沙粒徑,mm；J為河道平均比降,1.74‰。

經(jīng)計(jì)算,河槽內(nèi)以粉質(zhì)黏土為主平均粒徑取0.026mm,河道比降J=1.74‰,相應(yīng)縱向穩(wěn)定系數(shù)為0.015。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,項(xiàng)目處河段河床沖淤變幅較大,屬縱向較不穩(wěn)定性河床,該河段泥沙運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較劇烈,河床不是很穩(wěn)定。

（2）橫向穩(wěn)定指標(biāo)

橫向穩(wěn)定計(jì)算公式為：

式中：Q為平灘流量,600 m3/s；K橫i為第i斷面橫向穩(wěn)定系數(shù)；J為造床流量下水面比降,1.74‰；B為造床流量下的水面寬,200 m；b為枯水期水面寬,30 m。

經(jīng)計(jì)算,海城河評(píng)價(jià)范圍河段K橫1=0.09,K橫2=0.15；計(jì)算結(jié)果總體偏小,河道橫向較不穩(wěn)定。

（3）綜合穩(wěn)定系數(shù)

采用包含縱向和橫向的綜合穩(wěn)定系數(shù)公式：

經(jīng)過(guò)本次防洪復(fù)核計(jì)算,海城河評(píng)價(jià)河段的綜合穩(wěn)定系數(shù)為0.013%。當(dāng)Ψ<0.001%時(shí),河型為游蕩型；當(dāng)0.001%<Ψ<0.05%時(shí)河型為分叉型；當(dāng)0.05%<Ψ<5%時(shí)河型為蜿蜒型；當(dāng)Ψ>5%時(shí)河型為過(guò)渡型。所以海城河評(píng)價(jià)河段為分叉型河道,分叉型河道較穩(wěn)定,汊道的發(fā)展、消長(zhǎng)有明顯周期性,汊道的發(fā)展主要取決于汊道進(jìn)口處的分流分沙情況。

6 壅水分析計(jì)算

6.1 橋梁壅水計(jì)算

6.1.1 計(jì)算方法

分析河段河道內(nèi)主要涉及的壅水建筑物為三臺(tái)子大橋及二臺(tái)子大橋,計(jì)算方法采用《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》采取的鮑氏公式：

式中：ΔZ為橋壅水高度,m；ξ為系數(shù)（與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān)）；V為有沖刷情況時(shí),橋下平均流速,m/s；V1為天然條件下橋位處平均流速,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。

6.1.2 計(jì)算條件

（1）計(jì)算頻率及設(shè)計(jì)流量

分析范圍內(nèi)沈海高速公路橋至三臺(tái)子橋段右岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇；左岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇。珠江路（天山街至沈海高速）道路位于海城河右岸,設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。即本次洪水計(jì)算頻率為P=2%及P=5%,相應(yīng)洪峰流量為3947 m3/s、2762 m3/s。道路工程建設(shè)完成后改變了原有堤線,且路面高程較右岸規(guī)劃堤頂高程普遍偏低,但改線后堤防達(dá)到50 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

（2）地形資料

平面地形資料采用2020 年實(shí)測(cè)1∶500 地形圖、2002 年1∶1000 地形圖、2020 年谷歌衛(wèi)星底圖。

根據(jù)《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》成果,分析河段采用現(xiàn)狀實(shí)測(cè)斷面,堤距759 m～766 m。

（3）起點(diǎn)水位

本次評(píng)價(jià)河段起點(diǎn)水位選用《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》成果,沈海高速橋P=2%相應(yīng)設(shè)計(jì)水位為20.12 m,P=5%相應(yīng)設(shè)計(jì)水位為19.13m,作為為本次水面線推求的起始水位。

（4）糙率選取

分析河段河道糙率參考《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》中的糙率成果,根據(jù)整治河段質(zhì)組成條件（主槽、灘地河床質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、灘地覆蓋條件（多為耕地、林地,部分河段有墳地、坑塘等,局部有棄渣堆）,結(jié)合《水力計(jì)算手冊(cè)》,選定主槽糙率在0.025～0.03 之間、灘地糙率在0.028～0.085之間。模型率定采用2020 年實(shí)測(cè)地形資料,與《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》水面線計(jì)算所采用地形相差不大,其他計(jì)算條件與《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》一致。

（5）計(jì)算方案

考慮珠江路（天山街至沈海高速）道路建設(shè)將造成現(xiàn)狀堤防堤線的調(diào)整,結(jié)合《海城河河道治理規(guī)劃報(bào)告》設(shè)計(jì)成果,此段水面線計(jì)算方案為堤防改線方案：即公路工程建設(shè)后,采用公路工程路由作為堤線,該方案整體拓寬了河道行洪斷面。已建段則采用已建實(shí)際斷面進(jìn)行計(jì)算。

表3 分析河段橋梁壅水成果表

6.2 新建堤防壅水計(jì)算

根據(jù)《珠江路（天山街至沈海高速）道路涉及海城河防洪評(píng)價(jià)報(bào)告》中的相關(guān)內(nèi)容,堤防改線方案較規(guī)劃堤線方案水面線成果0+650～0+500 升高0.01 m,0+250～0+000 升高0.01 m,其余段均有下降。其主要原因是堤防改線方案在0+600～0+500 和0+250～0+200 兩處堤線向河道內(nèi)有一定幅度的偏移,略占用一定行洪斷面,繼而造成該處河段水位的壅高,但整體堤線向河道外偏移較大,河道行洪受其影響較小,即該河段堤線調(diào)整引起的水位壅高較不明顯。

7 結(jié)論

P=2%時(shí)海城站、海城站～河口、海城河口洪峰流量分別為：3780 m3/s、167 m3/s、3950 m3/s；P=5%時(shí)海城站、海城站～河口、海城河口洪峰流量分別為：2630 m3/s、132 m3/s、2760 m3/s；P=10%時(shí)海城站、海城站～河口、海城河口洪峰流量分別為：1810 m3/s、100 m3/s、1910 m3/s。河道縱向穩(wěn)定系數(shù)為0.015,海城河分析范圍河段K橫1=0.09,K橫2=0.15,海城河分析河段的綜合穩(wěn)定系數(shù)為0.013%,為分叉型河型。利用鮑氏公式對(duì)分析河段內(nèi)三臺(tái)子橋及二臺(tái)子橋進(jìn)行壅水高度計(jì)算,P=2%時(shí)壅水高度分別為0.09m 及0.07 m。新建堤防壅水,除0+650～0+500、0+250～0+000 段較規(guī)劃堤線方案水面線成果升高0.01m 外,其余段均有下降,該河段堤線調(diào)整引起的水位壅高不明顯。