辽宁大清河行洪能力分析研究.pdf
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1、2023年7月收稿日期:20220628作者简介:王伟(1990),男,工程师,主要从事河道管理工作。DOI:10.3969/j.issn.1004-7328.2023.07.011辽宁大清河行洪能力分析研究王伟(辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局),辽宁沈阳110003)摘要:大清河发源于辽宁大石桥市东部山地东大岭,流域面积1 482 km2,由东向西流经海城、大石桥和盖州,在盖州市注入渤海。现状堤防工程分布在河口202国道桥河段,该段两岸堤防防洪标准为50 a一遇。202国道桥以上至河源段为农村段,规划防洪标准为10 a一遇。近年来,大清河经过系统整治,河道防洪工程整体情况较好,但通过本
2、次行洪能力分析发现,大清河仍然存在防洪薄弱环节,堤防薄弱段大致可分为堤防欠高欠宽段、无堤段(村屯)2种类型。关键词:大清河;防洪标准;堤防;行洪能力中图分类号:TV122+.5;TV877文献标识码:A文章编号:1004-7328(2023)07-0044-041基本情况1.1河道情况大清河发源于辽宁大石桥市东部山地东大岭,流域面积1 482 km2,由东向西流经海城、大石桥和盖州3个市20个乡镇农场,在盖州市西海农场注入渤海。流域位于东经12214411230013、北纬401518404216,东以大洋河为界,西邻渤海,北靠海城河,南面以碧流河为界。大清河全长100.7 km,河道平均比降
3、为4.45,上游有2条分支,东侧支流流域面积 596.3 km2,西侧支流流域面积399.7 km2。石门水库位于东侧支流,建成于 1971年,控制面积410 km2,距河口61.5 km,是大清河流域的骨干工程。大清河流域总的地势为东高西低,从地貌和河道功能上可分为3个区域(不包括石门水库),即东部低山区、中部丘陵区、下游平原区。(1)东部低山区。本区位于河流上游,面积663 km2,占流域面积的45%,区内山峦重叠,山地高程介于150500 m,植被好。本河段平面形态总体平顺,局部弯曲,河道比降约为11,河床狭窄,河床质为砂卵石,两岸地势较高,具有典型的山区河道特点,为无堤河段。(2)中部
4、丘陵区。本区位于河流中游,面积395 km2,占流域面积的26%,地面高程为20200 m,区内丘陵起伏,沟壑纵横,植被较差,水土流失严重,是本河主要的泥沙来源。本河段弯道较多,整体平面形态呈“几”字形走势,比降约2,河床窄深,属地下河道,河床质为淤泥砂,两岸生态植被较好。(3)下游平原区。本区位于河流下游,面积422 km2,占流域面积的29%,地面高程多数在20 m以下,区内地势平坦,土壤肥沃,是主要城区所在。本河段河道平面形态较为平顺,河床宽浅,河道比降小于1,河床质为细砂和淤泥,生态植被较好,两岸有连续堤防。1.2现有防洪工程情况大清河现状堤防工程主要分布在河口202国道桥河段。该段为
5、盖州市城区段,两岸堤防防洪标准为50 a一遇。其中,左堤长约13.5 km(河口202国道桥),右堤长约 8.4 km(沈海高速桥202国道桥)。堤防堤距 280670 m,堤高 28 m,迎水坡1 2.51 3,背水坡 1 21 2.5。左岸城区段堤顶宽约20 m,为沥青路面,路面宽57 m,堤坡及堤顶植被丰富,高大树木较多;右岸长大铁路桥以上段堤防堤顶宽约20 m,为沥青路面,路面宽57 m,堤坡及堤顶植被丰富,高大树木较多。202国道桥以上至河源段为农村段,规划防洪标准为10 a一遇,现状无堤防。1.3拦、跨河建筑物情况大清河现有跨河桥梁43座,包括铁路桥2座、高速公路桥1座。按行政区划
6、统计,盖州市29座,大石桥市14座。2河道演变分析2.1平面演变分析根据河道变化情况及河势演变剧烈程度,将大海河水利442023.No.7清河分为3个河段加以分析。(1)石门水库以上段。本河段为典型的山区河道,河床狭窄,河床质为砂卵石,基岩埋深较浅,洪水期河床下切及摆动均受到一定限制。从套绘图可见,19972008 年,河段主槽基本无大的变动。2008 年以后,由于河道两侧自然高地和公路的限制,本河段弯道的位置基本没有改变,主要是滩槽相对位置发生变化。总体而言,本河段以自然演变为主,平面形态较为稳定,具备典型的山区河道特性。(2)石门水库202国道桥段。本河段为丘陵区河道,天然河道河床窄深,河
7、床质为淤泥砂。从套绘图可见,19972008年,河道细窄多弯,主槽摆动较大。20082020年,本河段陆续建设了拦蓄工程、护岸工程等,平面形态变化主要表现为主槽拓宽、水面变大、形成多处连续水面。总体而言,本河段平面演变受人类活动影响较为明显,河道整体走势一致,但平面形态变化较大,主要表现为主槽拓宽、形成多处连续水面。(3)202国道桥河口段。本河段为平原河道,河床宽浅,河床质为细砂和淤泥。从套绘图可见,由于河道两侧堤防和桥梁、拦河闸坝的限制,河道摆动幅度很小。总体而言,本河段局部平面演变受人类活动影响较为明显,整体河势较为稳定。2.2横向演变分析大清河现有水文测站1处,为望宝山站。图1为望宝山
8、站19692017年横断面套绘成果。如图1所示,望宝山站断面呈“V”形,深泓略微靠左,主槽宽约 100 m,左岸无明显边滩,右岸边滩宽约 60 m。19691994年,河道断面冲淤幅度不大,主槽冲刷幅度在1 m以内,滩地淤高幅度在1 m以内;19952007年,河道主槽冲刷明显,幅度约为2 m,分析原因可能是受到河道采砂的影响;2012年大清河发生较大洪水,河道主槽明显右移,同时下切约 2 m;20122017年,河道主槽扩宽拓深,进一步下切,分析原因可能是此处受护岸工程实施的影响。因此,本段河道横向变化并不剧烈,纵向上因大洪水冲刷和人工改造而下切,整体呈现逐年冲刷的特性。3现状河道行洪能力分
9、析3.1历史洪水及已有成果复核3.1.1计算方法本次水面线计算采用能量方程式进行,能量方程式为:Z2=Z1+hf+hj+a1v12/2g-a2v22/2g(1)式中:Z1、Z2分别为下、上游断面的水位(m);hf、hj分别为上下断面间的沿程局部水头损失(m);v1、v2分别为下、上游断面的流速(m/s);a1、a2为动能修正系数;g为重力加速度(m/s2)。桥壅水高度计算采用鲍氏公式:Z=(v2-v12)(2)V2PvS/(1+P)(3)V1=Q/(W过W阻)(4)式中:Z为桥壅水高度(m);为与水流进入桥孔阻力有关的系数;v为有冲刷情况时桥下平均流速(m/s);v1为天然条件下桥下平均流速(
10、m/s);P为与桥孔冲刷有关的系数;W过、W阻为桥的过水和阻水断面面积(m2);vS为桥下设计洪水流速(m/s);Q为天然流量(m3/s)。橡胶坝上水位计算采用橡胶坝泄量计算公式及水闸泄流计算公式。橡胶坝泄流计算公式为:Q=mB2g ho3/2(5)式中:Q为过坝流量(m/s);为淹没系数,取1.0;为淹流侧收缩系数,取1.0;m为流量系数;B为溢流断面平均宽度(m);h0为计入行进流速的堰顶水头(m);g为重力加速度(m/s2)。橡胶坝袋完全坍塌时,可视作宽顶堰。其泄流计算公式采用 水闸设计规范(SL265-2001)中孔流和堰流计算公式,计算前先判别水流状态,然后选用相应公式1。3.1.2
11、计算范围大清河干流上控制性工程有石门水库,因此本次计算将河道分为2段进行,即石门水库以下段、石门水库以上段。3.1.3地形资料平面地形资料采用2006年1 5 000平面地形图,图1望宝山站历年横断面套绘成果累加距/m121086420-2高程/m2017-04-262012-04-202012-08-101994-05-051969-05-262007-05-07050100150200250300王伟:辽宁大清河行洪能力分析研究452023年7月并以2019年航拍图作为参考。横断面采用2020年实测河道大横断面,纵断面包括2020年实测堤防纵断面及无堤段村屯纵断面。3.1.4历史洪水及已有
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