沁河下游河道疏浚主要技術參數分析

□倪菲菲 □趙秀鳳

(1 河南黃河勘測設計研究院；2 河南水利與環境職業學院)

1 沁河下游河道疏浚流量分析

1.1 五龍口+山路平流量變化分析

由五龍口+山路平1954-2012年間的6 個不同時段的汛期各級流量出現的幾率及水沙特征可以看出，日平均流量>100m3/s流量出現的幾率，自20世紀70年代以后開始減少，由20世紀50年代的37.60%，減少到2000-2012年的6.0%。來水量明顯減少，由20世紀50年代的11.50 億m3，減少到2000-2012年的1.50 億m3。沙量由20世紀50年代的780 萬t，減少到2000-2012年的34 萬t。2000年以后，>500m3/s 流量年均僅0.20d，僅為0.10%。

1.2 武陟站流量分析

沁河武陟站有實測記錄以來1950-2000年間，最大洪峰流量4130m3/s，3000m3/s 以上洪水兩次，分別為1954年和1982年，1000m3/s 以上洪水14 次，600m3/s 以上洪水25 次，占統計年限的48%，600m3/s 以下的枯水時間達52%。1982年大洪水過后至2000年18a 間超過600m3/s 洪水僅5 次。2000年以后，沁河下游枯水現象越趨嚴重，徑流量衰減明顯。統計整理武陟站2001-2012年流量資料，見圖1。由圖可見，近10a 來，武陟站未出現1000m3/s 以上的洪水，超過600m3/s 洪水也僅2 次，全年大部分時間流量都在100m3/s 以下。沁河下游年內來水量基本都集中在汛期，其他時間徑流量很小。

根據武陟站多年水位流量資料，點繪水位流量關系曲線。根據武陟水文站所在河道大斷面套匯圖讀出該位置平灘水位為104.50m，依據水位流量關系曲線，查找該平灘水位對應的流量為592m3/s，即武陟斷面平灘流量為592m3/s。

圖1 2001-2012年武陟站來水統計圖

綜上所述，從不同時段的來水來沙量分析表明，沁河下游水沙呈逐年代遞減的趨勢考慮河道近年來多是枯水系列，河床有萎縮的趨勢，故沁河下游河道疏浚治理流量取600m3/s 是合適的。

2 河道疏浚寬度分析

2.1 公式計算

利用水流連續方程和曼寧公式得出設計河寬：

根據以上五龍口至石荊橋河段河道參數統計分析數據成果，式中：

K—河相關系，丹河口以上6.90，丹河口以下8.28；Q—設計流量，取600m3/s；n—主槽糙率，丹河口以上取2.60×10-2，丹河口以下取2.10×10-2；J—設計流量下河床比降，丹河口以上取0.601‰，丹河口以下河段取0.398‰。

根據計算，當設計流量取600m3/s 時，河口以上設計河寬為196m，丹河口以下設計河寬為215m。

2.2 主流擺動幅度分析

分析1985～2012年五龍口至石荊橋河段內27 個河道大斷面主流擺動強度。見表1。表明，1985年以來C.S.1～C.S.27 斷面間河道年擺幅在54～1008m 之間，平均年度最大擺幅為376m，自上游至下游，河道擺幅逐漸增大。

表1 主流線擺動強度統計表

2.3 疏浚寬度分析

設計流量600m3/s 條件下，丹河口以上河段相應設計河寬為196m，丹河口以上河段河道主流平均擺動幅度較小，多小于理論計算河寬，因此，丹河口以上河段河道疏浚寬度采用計算值，取200m 較為合適。丹河口以下河段設計河寬計算值為225m，但其河道主流平均擺動幅度較大，這與該河段畸形河灣較多，河勢散亂造成的，考慮到河道疏浚后主流歸順，畸形河勢將得到改善，丹河口以下河段河道疏浚寬度取300m。

3 疏浚范圍劃定

根據各河段河道疏浚寬度，參照沁河下游現有河勢流路，繪制沁河下游河道疏浚的平面控制線。平面控制線的主要繪制原則是：①基本沿用現有河槽，充分結合現有河勢流路；②畸形河灣處，規劃彎道布局合理、曲率半徑和中心角適中，進行疏浚治理。

由疏浚控制線與現狀河道水邊線圍成的主河道以外的區域即為疏浚區域。根據疏浚控制線，將沁河下游疏浚控制線范圍內主河道以外的區域劃分為45 個疏浚區域，其中，沁陽河務局22個，博愛河務局7 個，溫縣河務局4 個，武陟第一河務局6 個，武陟第二河務局6 個。

4 疏浚理想河槽設計

4.1 理想河槽設計水深

疏浚流量600m3/s 條件下，分別計算丹河口以上河段及丹河口以下河段相應疏浚寬度的斷面平均水深值。丹河口以上河段，河床比降為0.60‰，糙率為2.60×10-2，計算理想河槽平均水深為2.02m；丹河口以下河段，河床比降為0.398‰，糙率為2.10×10-2，計算理想河槽平均水深為1.57m。

將設計斷面概化為規劃流路下的理想河槽，理想河槽主要參數如圖2所示。

根據等面積原則求出丹河口以上河段理想疏浚河槽最大水深hmax=4.04m，丹河口以下河段理想疏浚河槽最大水深hmax=3.14m。

圖2 理想河槽示意圖

4.2 理想河槽設計洪水位

天然河道水面線計算的一般公式為[1]：

式中：z—斷面水位，m；υ—斷面平均流速，m/s；g—重力加速度，m/s2；α—動能校正系數，反應斷面流速分布的均勻程度，本次計算取為1；Q—斷面流量，m3/s；Δl—斷面間距，m；K—糙率與比降的綜合系數；ζ—河段平均的局部水頭損失系數，與河道斷面變化情況有關，在順直和收縮河段可取值為0，本次計算取為0。

下標1 和2 分別表示上游斷面和下游斷面。

根據設計流量、糙率、河道比降以及大斷面資料，采用河道水面線計算公式，計算沁河下游河道設計流量600m3/m 下各大斷面對應的設計洪水位，計算成果見表2。

表2 現狀河道600m3/s 下的設計洪水位計算成果表

5 疏浚總量分析

將理想河槽與現狀河道大斷面疊加即可得出疏浚斷面。根據各疏浚范圍，計算各疏浚區域的疏浚量。計算得沁河下游河道疏浚總量為5981.58 萬m3。其中，沁陽河務局2610.13 萬m3，博愛河務局887.30 萬m3，溫縣河務局246.71 萬m3，武陟第一河務局1277.62 萬m3，武陟第二河務局959.80 萬m3。

6 結語

一方面，沁河下游河道治理必須重視行洪影響問題，沁河河道內應始終堅持不宜大規模建設永久性工程的這一原則，然而，對于今后沁河下游畸形河勢治理，不能一味地被動防守，應采取疏浚措施逐步對其調整，從而逐漸消除畸形河勢。另一方面，長期無序的開采在某些河段的河床留下了幾米甚至十多米的深坑，致使河勢改變，采砂破壞的河床形態急需恢復。因此，及時開展沁河下游河道疏浚，規范化河道管理對于改善河勢、保障防洪安全、指導水工程建設和涉水涉河項目管理、促進沿河經濟發展都具有積極的意義。