大三家河治理工程河道斷面設(shè)計計算與分析

劉 莢

(北票市水利規(guī)劃勘測設(shè)計院，遼寧 北票 122100)

大三家河治理工程河道斷面設(shè)計計算與分析

劉 莢

(北票市水利規(guī)劃勘測設(shè)計院，遼寧 北票 122100)

大三家河是大凌河的二級支流，涼水河一級支流，位于北票市的西部，發(fā)源于大三家鎮(zhèn)與哈爾腦鄉(xiāng)交界處的山脈上，自西北向東南流經(jīng)北票市的大三家鎮(zhèn)，于臺吉鎮(zhèn)坤頭波羅匯入涼水河干河子。本次治理河段位于大三家鎮(zhèn)乃林皋村與廟下村交界處。文章通過對該段河道治理工程的斷面進行了設(shè)計與計算，最終確定了堤防的堤型，確保堤防符合防洪標(biāo)準(zhǔn)，工程竣工后將會有效地保護兩岸人民生命和財產(chǎn)安全，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展奠定基礎(chǔ)保障，也為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒作用。

河道治理；工程設(shè)計；斷面設(shè)計；水利計算；探析

1 基本概況

大三家河是大凌河的二級支流，涼水河一級支流，位于北票市的西部，發(fā)源于大三家鎮(zhèn)與哈爾腦鄉(xiāng)交界處的山脈上，自西北向東南流經(jīng)北票市的大三家鎮(zhèn)，于臺吉鎮(zhèn)坤頭波羅匯入涼水河干河子。屬丘陵的地形地貌[1]。流域面積97km2，區(qū)域河長21km，河道比降9.68‰。大三家鎮(zhèn)位于北票市西部，距北票市10km，東與臺吉鎮(zhèn)相接，西與哈爾腦鄉(xiāng)相連，南與雙塔區(qū)桃花吐鎮(zhèn)為鄰，北與西官營鎮(zhèn)接壤。朝北公路與101國道交匯于興隆溝村，大召線、大西線公路穿鄉(xiāng)而過。大三家鎮(zhèn)所轄9個村，51個村民組。總?cè)丝?5729人，全鎮(zhèn)總面積0.99 萬 hm2，耕地總面積3 436 hm2。本次治理河段位于大三家鎮(zhèn)乃林皋村與廟下村交界處，治理河長3.00km，治理河段上游流域面積64.28km2，耕地面積340 hm2，人口1706人。

2 河道斷面設(shè)計計算與分析

2.1 工程等別和標(biāo)準(zhǔn)

大三家鎮(zhèn)位于北票市西部，距北票市10km，東與臺吉鎮(zhèn)相接，西與哈爾腦鄉(xiāng)相連，南與雙塔區(qū)桃花吐鎮(zhèn)為鄰，北與西官營鎮(zhèn)接壤。朝北公路與101國道交匯于興隆溝村，大召線、大西線公路穿鄉(xiāng)而過。大三家鎮(zhèn)所轄9個村，51個村民組。總?cè)丝?5729人，全鎮(zhèn)總面積9 942 hm2，耕地總面積3 436 hm2。依據(jù)國家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)的規(guī)定：以鄉(xiāng)村為主的防護區(qū)，應(yīng)根據(jù)其人口或耕地確定相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。對于防護區(qū)耕地面積≤2 萬 hm2，人口≤20萬人，防護區(qū)等級應(yīng)列為IV級，防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)確定為20-10a(洪水重現(xiàn)期，下同)。據(jù)此，確定大三家河大三家鎮(zhèn)乃林皋段堤防工程級別為IV級工程，選定防洪標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇[2]。

2.2 堤線布置原則

堤線布置遵守以下7個原則：

1)一個河段兩岸堤防的間距或一岸高地一岸堤防之間的距離應(yīng)大致相等，不宜突然放大或縮小。

2)堤線應(yīng)力求平順，各堤段用平緩曲線相連，不宜采用折線或急彎。

3)堤線的選擇要順應(yīng)河勢，應(yīng)使主流平順，并與大洪水主流方向大致平行。

4)堤線一般應(yīng)修筑在地質(zhì)條件較好，且比較穩(wěn)定的基礎(chǔ)上。

5)堤線布置應(yīng)與已建堤線相協(xié)調(diào)，充分利用原有堤防。

6)堤線布置時，應(yīng)盡量多保護土地，少拆遷房屋等建筑物。

7)根據(jù)該河段實測平面圖根據(jù)上敘原則確定河寬35m。

2.3 堤防長度與河道清障

大三家河大三家段乃林皋段堤防治理總長度3.0km，其中左岸2.0km，右岸1.0km。在大三家河大三家鎮(zhèn)乃林皋段河道治理工程設(shè)計中，需對河道疏浚才能達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計需要清理河床斷面，形成人工河槽斷面增加過洪能力，以降低該段的設(shè)計洪水水位。為保證河道行洪的能力，以后需經(jīng)常觀測淤積情況，及時進行河道清理[3]。

2.4 設(shè)計水面線計算

1)設(shè)計方法。河道恒定非均勻流水面曲線基本方程，即水流能量方程：

(1)

2)糙率分析[4]。根據(jù)洪痕等實測資料，糙率選擇根據(jù)實際河道查勘情況、河道特性及河床質(zhì)組成資料，參考水力手冊和北票市地方資料確定糙率系數(shù)n取0.024。

大三家河大三家段乃林皋段堤防治理工程設(shè)計洪水水面線計算成果詳見表1。

表1 10a一遇設(shè)計洪水水面線成果表

2.5 護岸高程的確定

按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，依下式計算[5]。

Y=R+e+A

(2)

式中：Y為壩頂超高，m；R為設(shè)計波浪爬高，m；按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄C計算[6]；e為設(shè)計風(fēng)壅增水高度，m；A為安全加高，m。

設(shè)計波浪爬高、設(shè)計風(fēng)壅增水高度以治理段末端作計算斷面[7]。

1)風(fēng)浪要素按下列公式計算：

(3)

2)風(fēng)壅水面高度：

(4)

式中：e為計算點的風(fēng)壅水面高度，m；K為綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6×10-6；V為設(shè)計風(fēng)速，按計算波浪的風(fēng)速確定；F為由計算點逆風(fēng)向量到對岸的距離；d為水域的平均水深，m；β為風(fēng)向與垂直于壩軸線的法線的夾角，°。

3)波浪爬高計算：

當(dāng)m=1.5-5.0時，按下式計算：

(5)

經(jīng)計算，Y=R+e+A=0.878m。

根據(jù)北票市河道治理經(jīng)驗采用超高0.5m。堤頂高程應(yīng)按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286—98)，工程級別為5級[8]，此工程不允許越浪，堤頂安全超高0.5m，確定堤防高度2.0-2.4m。

2.6 岸坡沖刷深度計算

該河段整治后河道基本平順，沒有連續(xù)彎，則護腳沖刷計算只需驗算水流平行于岸坡這種情況即可；護腳埋深的計算，采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄D.2中所列公式計算[9]。

根據(jù)公式：

hB=hp×[(VCP/V允)n-1]

hB=hp×[(vcp/v允)n-1]

(6)

式中：hB為局部沖刷深度，m從水面算起；hp為沖刷處的水深，m；VCP為平均流速，m/s；V允為河床面上允許不沖流速，m/s(中砂取0.4)；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/4。

該河段整治石籠護岸沖刷深度計算結(jié)果見表2。

2.7 堤型選擇

壩體結(jié)構(gòu)采用石籠形式[10]。石籠形式壩體共三層，地下一層，寬2.0m，高1.2m；中間層，高為1.0m，寬1.6m；頂層為高為1.0m，寬為1.0m。壩后利用疏浚砂料回填夯實。

表2 石籠護岸沖刷深度計算結(jié)果表

3 結(jié) 語

通過對大三家河治理工程河道斷面設(shè)計計算與分析，得出了該治理河段的安全超高值為0.878m，同時計算出了不同水位值時的堤頂高程，最終確定了河堤的堤型。通過以上各項計算論證，大三家河河道堤防工程設(shè)計是滿足防洪要求，合理、穩(wěn)定、安全的。該次工程設(shè)計計算與分析為工程的實施提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，也為類似工程建設(shè)提供了參考。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50286—2013堤防工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

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1007-7596(2016)11-0050-03

2016-10-22

劉莢(1981-)，女，遼寧北票人，工程師，研究方向為農(nóng)田水利。

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