汾河靜樂縣城段左岸堤防改建防洪評價

張競競

（山西水利水電勘測設計研究院，太原 030024）

汾河是我省最大的河流，也是黃河第二大支流，自寧武縣管涔山發源地至上蘭村為上游段，全長217.6km，靜樂縣位于晉西北汾河上游。汾河靜樂縣城段左岸堤防改建工程全長933m，依汾河靜樂縣的左岸而設。汾河靜樂縣左岸堤防改建工程就是在保證縣城防洪安全的前提下，結合縣城至杜家村公路建設，局部地段理順河道，為縣城發展留下空間。由于汾河靜樂縣城段左岸堤防改建工程項目涉及對汾河的防洪影響，故對靜樂縣城段左岸堤防改建工程所在河段的河勢、防洪及上下游河道工程進行防洪影響評價，并提出消除影響應采取的措施，為工程的順利施工和河道的安全運行提供依據。

1 防洪評價計算

改建段位于新建汾河大橋開始至迎新大橋上游760m彎道止，全長933m（樁號1＋219m至樁號2＋152m）。該段地形較為平坦開闊，主河槽寬度在200～240m，兩岸均有堤防，部分地段堤線曲度較大，所以對該段進行左岸堤防改建，以理順河道，為靜樂縣的美化治理奠定基礎。

1.1 防洪標準確定

堤防防洪保護對象為靜樂縣城，是重要的文化經濟區域，人口少于20萬，根據《防洪標準》（GB 50201—94）規定，屬于Ⅳ級城市，防洪標準采用20年一遇。

工程左岸縣城至杜家村的公路根據《防洪標準》（GB 50201—94）規定，采用50年一遇。

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-98）中的SL51—93第2.1.1條，本工程堤防級別為4級，防洪標準采用20年一遇。

1.2 堤防改建段設計洪峰流量

汾河上游的各工程，采用面積比的指數均為0.5，因此本次仍采用面積比的0.5次方。堤防改建段各頻率設計洪水成果見表1。

表1 堤防改建段設計洪峰流量成果表

1.3 壅水分析計算

河道水面線計算，采用灘槽不同糙率的一維恒定非均勻漸變流方程計算[2]，公式為：

式中：Z 為斷面水位，m；Q 為斷面流量，m3／s；v為平均流速，m／s；α、ζ分別為動能修正系數和局部阻力系數；K綜合流量模數[3]，由下式確定：

式中：Ai，Ri，ni分別為左灘、中槽、右灘的斷面面積、過水面積水力半徑和糙率。

依據現場察看及橫斷面資料分析，改建斷面處河道較平緩、寬闊，屬緩流區，故自下而上逐斷面推算河道水面線，分別計算了發生P＝2%和P＝5%的設計洪水時，堤防改建前后的水面線。具體計算成果見表2，表3，水面線見圖1，圖2。

表2 P＝5%水面線計算成果表（堤防改建前后）

表3 P＝2%水面線計算成果表（堤防改建前后）

圖1 P＝5%水面線

圖2 P＝2%水面線

1.4 河床沖刷深度計算

1）水流斜沖防護岸坡的沖刷深度按《水利計算手冊》中的公式計算[5]，公式如下：

式中：hp為從河底算起的局部沖深，m；α為水流流向與岸坡交角，度；m為防護建筑物迎水面邊坡系數；d為坡腳處土壤計算粒徑。對非黏性土，取大于15%（按質量計）的篩孔直徑，cm；vj為水流的局部沖刷流速，m／s。

2）水流平行于岸坡產生的沖刷按《水利計算手冊》計算[5]公式如下：

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，以近似設計水位最大深度代替，m；vp為平均流速，m／s；vH為河床允許的不沖流速，m／s，按粗砂取0.7m／s；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關，取0.25。

根據以上公式及參數，當發生20年一遇洪水時，改建河段水流對岸坡的沖刷深度計算如表4所示。

表4 河道堤岸沖刷深度表

由上表計算成果可知：堤防改建后，發生20年一遇洪水時，改建處一定范圍內形成降水段，其水流流速有所增加，對河道堤防有所沖刷，改建前后水流斜沖岸坡沖刷深度最大可能增加0.45m，平行岸坡的沖刷深度最大可能增加0.15m。

2 防洪綜合評價

汾河靜樂縣城段左岸堤防改建工程項目拆除了現有左岸堤防，并向右側移20m左右，建設項目直接改變了現有堤防工程，但改建后的新堤防替代了原堤防的功能。

由于建設項目所在河段床面較平整，河道基本順直，斷面較規則，兩岸為漿砌石堤防，形狀較整齊，河道左岸改建裁彎取直后，致使工程上游一定范圍內水位壅高，河道有所束窄，但河道寬度仍在200～240m，因此左岸堤防改建對河道泄洪影響不大。

建設項目拆除了現有左岸堤防，向右移20m左右，直接改變了現有堤防，縮窄了行洪斷面，也改變了局部河勢。

因為河道的縮窄和堤防位置的變化，從而水流流速和水流方向也發生了改變，也將對河勢產生相應的影響。但在新舊堤防的約束下，中小水流仍在堤防內，對河勢影響不大。

靜樂縣城段汾河干流已建堤防工程的防洪標準為20年一遇，其主要任務是保證靜樂縣城的安全和保護兩岸村鎮及灘地免受洪水沖刷。左岸堤防改建如與原堤防銜接好，對兩岸堤防影響不大。

本工程設計防洪標準為20年一遇，與《防洪標準》規定一致，與本段河道的有關管理規定相適應。

3 工程影響防護措施

3.1 對河道泄洪、河道管理影響的防治補救措施

本項目需在河道內進行施工建設，會出現在河道內堆渣、棄渣的現象，影響河道行洪安全。建議妥善安排施工期，并在施工完成后，將棄渣清理出河道，防止洪水受阻或棄渣被帶入主河道。施工期要與河道主管部門、水情部門保持密切聯系，根據洪水預報，合理安排工期，以確保順利施工和安全度汛。竣工驗收前，應及時清除施工便道等臨時建筑物，產生的棄渣廢料也應及時清理出河道，集中處理，并按有關規范要求恢復河道原貌，以保證汛期行洪安全。

3.2 壅水及沖刷補救措施

由水面線分析[1][4]可知：當發生20年一遇洪水時，原河道寬度237～259m，改建后河寬為209～253m，改建前后最大壅水高度為0.20m，壅水長度約500m，左岸堤頂高程為1212.13m，改建后水位為1211.90m；

當發生50年一遇洪水時，原河道寬度238～260 m，改建后河寬為210～255m，改建前后最大壅水高度為0.26m，壅水長度約500m，二級公路寧白線路面高程為1212.5m，改建后水位為1212.49m。

工程建設后河道有所束窄，使工程上游形成壅水段，應重新復核堤頂高程，原堤防堤頂高程若不滿足要求，應該抬高堤頂或路基。

3.3 減少對環境與水質影響的防治措施

建設初期應及時做好水土保持工作，對可能造成的水土保持方面的影響做好預測和評估，并擬定減少影響所應該采取的措施；對施工區域內生產、生活產生的廢水、污水等應通過適當處理，實現達標排放，不得任意棄置或直接向河道排放，避免對河道水質及周邊環境產生污染；對河道、岸邊開挖等毀壞的生物保護和地表植被進行恢復。堤防改建后，對生產、生活產生的廢水、污水等進行水質檢測，采用相應的污水處理措施，實現達標排放，不得任意棄置或直接向河道排放，避免對河道水質及周邊環境產生污染。

4 結論與建議

通過對本工程所在河段水文氣象特性、河床沖淤演變以及工程建設對所在河段防洪影響情況的分析計算，得出如下結論，并提出有關建議：

1）本工程防洪標準采用20年一遇設計洪水；靜樂縣城防洪標準采用20年一遇，符合《防洪標準》（GB50201——94）要求，滿足防洪要求。

2）工程處的設計洪峰流量計算采用延長系列后的成果，其20年一遇洪峰流量為1702m3／s，50年一遇洪峰流量為2310m3／s，堤防改建時河道按20年一遇洪水位設防，以保證達到20年一遇的防洪標準。

3）本工程建設不與現有水利規劃沖突，對河道的河勢穩定性影響甚微。

4）堤防改建后，使得過流斷面有所變窄，對河床及堤防的沖刷有所加劇。

當河道發生20年一遇洪水時，改建后水流斜沖岸坡最大沖刷深度為1.58m，平行岸坡的沖刷深度為2.76m。設計堤防基礎防護深度不小于2.8m，對改建段上下游500m范圍內現有堤防進行加固處理。

5）靜樂縣城段左岸堤防改建后，發生20年一遇洪水時，壅水0.2m，原堤防堤頂高程可能不滿足要求，應該抬高堤頂或路基。

6）工程施工應避開汛期，在汛期來臨前結束工程施工，并推平施工便道等臨時建筑物，恢復河道原貌，以利洪水通暢宣泄。

[1]吳持恭主編.高速水利學國家重點實驗室（四川大學）編.水利學[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]葉守澤.水文水利計算[M].北京：水利電力出版社，1992.

[3]吳明遠，詹道江，葉守澤.工程水文學[M].北京：水利電力出版社，1987.

[4]葉秉如.水利計算[M].北京：水利電力出版社，1985.

[5]梁在潮，李煒，黃克中，等.水利計算手冊[M].北京：水利電力出版社，1983.