某河道防洪規劃水面線研究

楊東光

摘? 要：基于某河道防洪規劃工作，針對水面線計算展開探討，主要涉及到河道劃分、水頭損失、起始水位等方面的內容，上述均是貫穿于河道防洪規劃的難點，基于本文的探討旨在提出可行建議，提升水面線設置精確性，推動河道防洪工作的開展。

關鍵詞：河道? 防洪規劃? 水面線計算

在整個防洪規劃體系中，水面線計算復雜度較高，難度相對較大，但又是一項基礎性工作，直接影響到防洪工程體量與成本概算，被視為是“牽一發動全身”的環節。對此，必須基于可行方式做好水面線計算工作，以保障防洪規劃方案可行性。

1.水面線計算中的技術問題

基于特定流程展開水面線計算工作：從河道地形圖出發，對所處河道采取分段操作，分析各區段對應的橫斷面情況，精確得到主槽與灘地界限，利用網絡與圖書館資源獲取歷史洪痕資料，在此基礎上明確水面比降，加之對恒定非均勻流方程的分析可以進一步得到斷面局部損失系數，做好上述準備工作后便可明確起始水位，以及處于洪峰狀態下的水位，并對上述所得結果展開可行性分析。

1.1規劃河道的分段

在展開水面線計算工作時，要建立在橫斷面水利要素之上，將整個待定區域劃分為多個河段，以便展開針對性計算。遵循河道分段原則，只有河床平均底坡、斷面糙率等各項指標都達到相同的狀態時，方可隸屬于同一分段中;就常規的平原河流而言，單個河段水位差需介于1～2m，同時各個河段的長度差也要得到合理控制，以2～4km為宜。如果表現出收縮或是擴張型河段，此時會帶來明顯的橫斷面變化現象，有必要對河段采取加密措施，以保障水面線計算精度。此外，部分河段歷史階段內產生大量洪水，遇到此情況需仔細查閱相關資料，分析沿線各水位狀態下的洪痕線，需達到大體一致的狀態，這也是可行的河段劃分方式。

某河道流域是典型的平原洼地，勘察資料表明河道平均比降為0.85‰，以上述提及的原則為指導，將河段長度設定為2km，并提出水位差1.2m的要求。綜合歷史斷面資料，展開平面演變分析后，重點對河寬變化較大以及急彎處采取處理措施，在實測斷面基礎上新增5處。新民河河段較為特殊，設置有4座橋梁等建筑物，有必要深入分析建筑物所在斷面與下游50m區域，看此部分的天然斷面情況。自1954年運營以來，該河道存在洪痕線（指的是高、中、低三大洪痕），同時水文站將河段長度確定為1km。基于上述內容，本次長達35km的河道共確定為28個斷面，產生的平均間距為1250m。

1.2局部水頭損失的選取

就常規狀況而言，若河段逐步收縮，此情形下水流并不會帶來回流現象，因此可不考慮局部水頭損失問題;當然，如果部分河段出現障礙物，如橋墩等結構，此時會加大河槽斷面并產生更多的支流匯集區，此情形下水流易與岸壁脫離，進一步帶來了水渦旋，最終表現出回流現象，在此過程中會產生持續性的局部水流阻力，因此有必要分析局部水頭損失的影響。

部分區段的斷面急劇變化，或是出現河道急彎處，在面對此類特殊性較強河段時要充分考慮局部水頭損失。以合理方式改進糙率，可初步推算出水頭損失系數，一方面要確保該系數值處于經驗取值區間內，另一方面則要確保河道糙率滿足本次規劃驗證值所提出的要求。技術人員改進糙度后，分析《水力計算手冊》中給出的經驗值，最終確定出各部分的局部水頭損失系數，于彎道部分為0.05，于橋墩部分為0.18，相較之下河道擴散段較為特殊，介于-0.45～-0.75范圍內。

2.起始水位的確定

以斷面起始水位為基準，在此基礎上可以推求河段水面線。在分析支流河段起始水位時，要充分明確支流與匯入干流兩部分在歷史階段內出現的洪水情況，具體有：若干流與支流均發生了洪水現象，則要分析干流為主支流相應和支流為主干流相應兩大場景，得到各自對應的外包線，將所得結果視為支流設計水面線;反之，若干流與支流未發生洪水現象，便要考慮支流設計標準干流流量相應和干流設計標準支流流量相應兩大場景，分析各自對應的外包線，將所得結果視為支流設計水面線。

本項目距河口上游65km處設置有一座水庫，受該區域地質、氣候環境的影響，會在水庫左側支流山區產生大范圍降雨，并帶來水庫大規模洪水問題。同時，該水庫右側支流表現出少雨的特性，區域內以黃土沙丘居多，不利于植被生存。基于對河道匯合口分析，在水庫洪水尚未到達時，該段河道洪水已經出現了提前下泄的情況。分析河口水文站自建成以來的62年數據得知，以1969、1975與1991等3年的洪水規模最大，同時也總結出了遼河洪峰狀況，具體內容如表1所示。

基于上述內容得知，水庫及其上部渠道基本上不會出現洪水問題，在大范圍洪水暴發的年份，同時間段內遼河平槽流量為1000m3/s。基于此，確定水面線計算的合適起點斷面，即指的是河道與遼河入河口，進一步分析，為滿足遼河與本河道不發生洪水的要求，采用的是組合流量的方式，以遼干1000m3/s平槽流量為基礎，綜合考慮到養息牧河流量情況，在此基礎上圍繞匯流點在遼干斷面的情況展開分析，確定具體水位插值，具體如表2所示。

基于對上述內容的分析，若以遼干為主要洪水來源時（表明出現了50年一遇洪水），可以得知河道洪峰為60m3/s，進一步推算出河道起點水位為35.13m。

關于河道設計水面線，本項目共采取兩種方式，即“河道設計、遼河相應”與“遼河設計、河道相應”，經由上述操作后可得到兩種外包線，即指的是河道設計水面線。

3.計算成果合理性分析

分析各設計標準水面線，在此基礎上與實測洪痕展開對比分析，將二者繪制在同一圖紙中。遵循如下分析原則展開：計算水面線要達到足夠平順光滑的效果，除去急劇收縮和擴展等極端區域外，其余的水面線均不可出現大范圍轉折問題;各水面線應達到彼此協調的狀態，且不出現交叉問題。

經上述原則展開分析，經由本次規劃后，發現標準水面線坡度表現為大體一致的特性，當遇到橋墩等建筑物，會出現輕微水面線奎高現象，幅度介于0.05～0.18m范圍內，此外余下的區域都達到足夠平滑狀態。基于河道洪水痕跡可進一步判定所得水面線成果，與實測水面線對比后并未出現交點，基本呈平行狀態。總體來說，本文提出的方案具有可行性。

4.結束語

綜上所述，河道堤防設計是保障水域安全的關鍵措施，要建立在水面線計算結果之上，不可對項目投資造成影響。所以，實際項目中必須高度注重河道劃分以及局部水頭損失等多方面問題，本文所提及的方法實證后具有可行性，可以為河道防洪水面線計算工作提供一定指導。

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