清水河下游段綜合治理工程洪水影響淺析

王 磊，崔建軍

（寶雞市水利水電規劃勘測設計院,陜西 寶雞 721000）

寶雞為陜西省第二大重工業城市,八百里秦川西部重鎮,位于關中平原西端,三面環山,渭河從市區中心穿過,另有17 條支流成羽狀不對稱分布于渭河兩岸,河床面積占到市區建成區面積的1/4 還多。要實現市委、市政府提出的率先把寶雞建成西部地區現代化生態園林大城市的宏偉目標,就必須結合寶雞這種依山傍水、河流密度較大的特殊地理特征,科學合理、大手筆地營造優良水環境[1]。只有這樣,才能彰顯寶雞山水特色的無窮魅力。

1 工程概況

清水河下游段綜合治理工程位于寶雞市高新技術產業開發區東區的清水河上。工程區內清水河左右岸基本為無堤段,僅清水河大橋至入渭口右岸有一段堤防,該處堤防設計標準偏低,堤身填筑料質量差,堤防破壞嚴重,該段堤防基本上喪失了防洪能力。因缺乏統一管理,河道內垃圾堆放嚴重,形成臟、亂、差的不良局面,嚴重影響了行洪,同時也對該區域的生態環境造成了破壞。

該工程設計新修左岸堤防2.71 km,右岸堤防2.92 km,并在清水河入渭口處,依次至上游修建階梯式彩色橡膠壩三座。工程建成后,可形成長1.16 km,寬80 m,9.28 萬m2的景觀水面,上游可回水至西寶南線大橋上游200 m處。該工程的實施,不僅提高了該區域的防洪能力,還可改變該區域的自然景觀,同時,為招商引資提供良好的環境,對寶雞市高新區經濟發展起到推動作用。

2 洪水影響分析

2.1 河道演變

清水河屬渭河右岸一級支流,發源于秦嶺北麓,由南流向北,至寶雞市馬營鎮東北匯入渭河。結合現場調差資料分析,從1969 年到2012 年40 年期間,該河道主流擺幅減小,主流單一,橫向變動基本很小,縱向變化總的趨勢是以沖刷為主,下切深度約0.6 m,其變幅不大。工程區為山區河流向平原河流過渡的過渡段,河槽相對較窄,比降大,多漫灘,河床質地松散,受地形地貌的制約限制,該段河勢基本穩定。

2.2 防洪計算

（1）設計洪水計算

根據《寶雞市水文手冊》,設計洪水采用暴雨推求洪水法、面積比擬法、經驗公式法等不同方法分別計算了不同頻率的設計洪峰流量,并結合初步設計采用值進行分析。具體計算成果見表1。

表1 不同方法洪水分析計算成果匯總表 單位：m3/s

綜合上述計算,經驗公式法,適用于10 km2～150 km2,而清水河流域面積162.5 km2,該方法只可作為技術參值。推理公式法,其基本條件是設計暴雨與設計洪水同頻率,洪峰流量除了決定于降雨量、降雨強度和降雨過程的時空分布等因素外,還受匯流條件,土壤的入滲等因素制約,計算結果往往差異較大。面積比擬法的計算結果,與陜西省水利電力勘測設計研究院2001年完成的《寶雞市高泉水庫樞紐工程可行性研究報告》中對渭河南岸各支流水文分析的結果基本吻合,且初步設計采用了該計算結果。因此,本次采用初步設計成果。

（2）水面線計算

由于天然河道底部極不平整,難以通過計算水深來確定水面線,本次以天然河段的恒定非均勻流能量方程式推求設計水面線,即：

式中：Z1、Z2為上、下斷面水位,m；V1、V2為上、下斷面流速,m/s；a1、a2為上、下斷面動能修正系數；hw為水頭損失,m；hf為沿程水頭損失,m；Q為流量,m3/s；K為流量模數；A為斷面面積,m2；R為水力半徑,m；n為河床糙率,取0.035；ΔL為斷面間距,m；hj為局部水頭損失,m；ζ為局部水頭損失系數。

經計算,天然狀態下清水河50年一遇水面線見表2。

表2 天然狀態下50年一遇設計洪水水面線成果表

本次設計維持實測河床比降,由于各段河寬不同且河道彎曲變化,故設計水面線計算采用明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式：

式中：Q為流量,m3/s；Z為水位,m；V為流速,m/s；a、ζ為動量修正系數和局部阻力系數；K為流量模數；A為斷面面積,m2；R為水力半徑,m；n為河床糙率,取0.035。

經計算,工程建成后清水河50年一遇水面線見表3。

表3 工程建成后50年一遇設計洪水水面線成果表

比較工程建設前后水面線計算結果,可以看出,工程建成后50 年一遇洪水位降低了,究其原因,是由于此次設計會對清水河入渭口多年淤泥進行清理及橡膠壩底板和邊墻對水流流態的影響[2]。由此導致的渭河回水也往清水河上游延伸了,這對河道泄洪能力極有好處。

（3）橡膠壩壅水計算

清水河入渭口至上游依次修建3 座橡膠壩,由上表2 和3可知,工程建設前,1#、2#、3#壩址斷面天然河道,50 年一遇洪水位分別為562.22 m、566.20 m、569.93 m,工程建設后（坍壩運行）,壩址斷面50 年一遇洪水位為別為561.01 m、565.61 m、569.60 m。水位均有下降,下降量分別為1.21 m、0.59 m、0.33 m,其中1#橡膠壩下降量相對較大,分析其原因主要是由于渭河回水范圍的加長所致,這也致使2#、3#橡膠壩也均有少量的下降[3]。由此可見,工程興建后各橡膠壩均不會產生壅水。

（4）橋梁過洪能力復核

工程區有跨河橋梁4 座,建壩前大橋斷面處設計洪水位,見表4。

表4 工程建設前交通橋過洪能力計算表

建壩后,由于橋墩的束流作用,使清水河大橋、西寶南線橋斷面水位較未建壩前水位有所抬高,本次計算按汛期坍壩運行方式計算橋前水位變化[4]。依據《河流橋渡設計》,經水力計算,結果見表5。

表5 工程建設后交通橋過洪能力計算表

由表5 可知,清水河大橋可滿足行洪要求。西寶南線橋梁底高程571.92 m,天然狀態下,50 年一遇洪水位為572.12 m,梁底標高低于洪水位0.2 m；工程建設后,50 年一遇洪水位為571.36 m,梁底超高0.56 m,均不滿足行洪要求。

（5）河勢影響分析

清水河在本工程段為山區河流向平原河流過渡的過渡段,河槽相對較窄,比降大,多漫灘,河床質地松散,但河勢基本穩定。該工程為生態景觀工程,工程建成后工程區段兩岸堤防形成完整的防洪單元體系,加上受下游渭河堤防的控制及橡膠壩庫區的調蓄作用,工程建成后,主流歸槽,流態趨好,對河勢變化無大的影響[5]。

2.3 洪水影響評價

（1）對行洪安全的影響分析

清水河下游段綜合治理工程建成后,修建了兩岸河堤,疏浚拓寬河槽,加大了河道行洪斷面,提高了河道行洪能力,使河道防洪標準達到50 年一遇洪水標準,保護了高新區企業和居民的生命財產安全。

（2）對已有防洪工程及其他水利工程的影響分析

在渭河干流上有渭河上馬營生態園工程和渭河攔河閘樞紐工程,這些工程均在本工程上游,本工程建設不會對其產生影響。入渭口段渭河南北岸堤防工程,其設防標準高于本工程,本工程對渭河南北堤也不會產生影響。

工程區清水河干流上的清水河大橋設防標準較高,橡膠壩的建設不影響它的行洪安全；西寶南線橋由于設計標準偏低,需要擴寬,加大行洪斷面；濱河大橋和行知路大橋的設計應該嚴格滿足行洪安全的要求。

（3）對河勢穩定的影響分析

修建橡膠壩后,在局部會產生少量的淤積,工程區左右岸均已設計了堤防工程,因此對河勢的整體穩定及變化無大的影響。

3 經驗及建議

清水河下游段綜合治理工程是以防洪和景觀為目標的生態工程,以下經驗及建議可供相關工程人員參考：

（1）工程區上游屬暴雨高值區,為確保工程安全運行,應與上游其它工程布設的報汛系統建立聯系,形成統一的預報預警系統。建議編制清水河下游段綜合治理工程洪水預報方案和防御洪水預案。

（2）工程區應認真復核基礎沖刷深度是否滿足規范要求,要增加彎道段和入渭口段堤基埋深,特別是入渭口段堤基埋深應按渭河堤防沖刷深度計算其基礎埋深。

（3）由于大橋橋下水流流態復雜,大橋下游沖淤變化頻繁,從大橋及堤防運用的安全性分析,應對大橋及堤防的基礎進行加固[6]。建議對本工程已成大橋上游50 m至下游100 m范圍內的堤腳進行加固處理。