嵐皋縣四季河陜渝界高速公路服務區段水面線研究

張 斌

(陜西省水工程勘察規劃研究院，陜西 西安 710003)

1 數據處理方法

1.1 堤線布置

(1)充分利用已成堤防及穩定的高岸等有利地形，盡可能避開軟弱地基，深水地帶，古河槽，強透水層地基；

(2)堤線布置結合河道現狀的具體情況盡量保留適當寬度的河灘地，與河勢流向相適應，并與大洪水的主流線大致平行；

(3)堤線布置力求平順，避免急彎，堤段連接采用平緩的曲線；

(4)防護區內河段兩岸堤防之間的距離，應大致相等，不宜突然放寬或縮窄；

(5)堤線應盡量結合已成堤防和堤路結合，布置在拆遷工程量小的地帶；

(6)不同設防區域盡量形成一個有機整體；

(7)支流匯入口段盡量使支流主流與干流主流平順銜接，向下游留有適當夾角；

(8)對于過寬的河段進行適當的束窄，力求增加更多的城市用地數量。

1.2 堤距確定

(1)堤距應根據流域防洪規劃確定，上下游、左右岸應統籌兼顧；

(2)應考慮社會發展的要求，現有水文資料的局限性、河床長期的滯洪淤積作用、人為棄渣的不控性、生態環境保護等因素，對堤距留有余地；

(3)充分利用現有堤防，盡量采用現狀堤距。局部堤距小于規劃堤距的，據實調整；

(4)堤距應經濟合理、有利于河道防沖放淤和防汛搶險。

1.3 水面線推算

對于天然河道恒定非均勻流，采用能量守恒方程，上下兩斷面能量方程為：

工程上應用上述公式，采用試算法對上下游兩斷面水位進行試算，當被推求斷面水位滿足上述方程時，即為被推求斷面的水位結果。

2 實例應用

2.1 原始數據的準備

本工程主要為陜渝界高速公路設置嵐皋服務區而進行的涉河工程建設，涉及四季河部分河道，工程區位于嵐皋縣四季鎮，有X212縣道公路和村村通相連，交通較為便利。嵐皋服務區四季河涉河工程永久性建筑物右岸堤防為4級，堤防長度875 m，防洪標準取30 a一遇，相應的洪峰流量為505 m3/s。采用實測橫斷面，結合河段實際情況，平均隔100 m左右采用一斷面，河道中有橋的橫斷面需加密。

2.2 堤線布置

本次設計工程建設河段基本順暢，河勢平直，主流平面擺幅不大。本次設計防洪堤線充分結合河道實際情況，充分利用現有岸、坎及建筑物節點等，在確保河道泄洪能力的條件下，盡量少占兩岸可耕地，上下游堤線銜接平順、自然。

2.3 堤距確定

四季河工程建設段現狀河道寬20～30 m，四季河左岸堤線布置從13斷面到20斷面，右岸堤線布置從14斷面到20斷面，與現狀堤線進行銜接，設計堤距為30 m。

2.4 水面線推算

2.4.1 河道糙率的確定

四季河工程段流向由南向北，谷底寬80～150 m，河流呈“S”型發育，河床漫灘一般寬度25～35 m，水深0.5～1.0 m，河床由卵石、塊石和大塊石組成，床面不平整，底坡有凹凸狀。灘面高程602.28～580.18 m，一級階地前緣高于河床漫灘2.0～6.50 m，階面寬度60～100 m，向河床傾斜，河道糙率取值為0.040。

2.4.2 起始斷面的水位～流量關系的確定

以工程區末端實測斷面作為推求設計洪水水面線的起始斷面，按照均勻流公式計算起始斷面的水流與流量關系。河道比降采用枯水期的河道水面線比降，具體數值見各段水位～流量關系曲線表。

公式如下：

(1)

式中：Q為流量(m3/s)；R為水力半徑；i為水力坡度；A為過水斷面面積；n為河道糙率。

四季河段26斷面處河道比降為14.9‰。

由表1查得，在30 a一遇設計流量505 m3/s下，起始斷面水位高程為573.44 m。

表1 26斷面水位～流量關系曲線表

2.4.3 橋梁雍水影響分析

四季河上有三座橋，1號橋在22斷面上游，橋寬8.78 m，中間兩個圓形橋墩，橋墩直徑1.2 m，橋長49.89 m，橋高8.3 m。2號橋在15斷面上游，中間有兩個橋墩，橋墩高2.05 m，上底寬0.8 m，下底寬2 m，橋長27.13 m。3號橋在加1斷面上游，中間一個扁型橋墩，高9.38 m，寬1 m，橋長33.95 m，寬9.38 m。

(1)最大壅水高度

依據《鐵路工程設計技術手冊-橋涵水文》中的有關規定及如下經驗公式進行計算。

(2)

式中：Z為壅水曲線最大壅高(m)；η為系數，根據河道類型和河灘過水能力而定，一般為為0.05～0.15，本次計算根據河道實際情況，橋頭路堤阻擋流量占總流量的10%以上，確定值取0.07；Vm為建橋后，通過設計流量時的橋下斷面平均流速(m/s)；V0為通過設計流量時，橋位斷面天然水流全河床斷面平均流速(m/s)。

(2)壅水長度按以下公式進行計算

(3)

式中：L為壅水曲線長度(m)；ΔZ為橋前最大壅水高度(m)；I為水面比降；

橋墩雍水高度和影響范圍見表2。

表2 橋墩雍水高度和影響范圍

規范要求，非通航河流的橋下最小凈空為0.5 m。由上表可以看出，各橋梁凈空為1.08～4.59 m，大于最小凈空0.5 m的要求，凈空高度滿足規范要求。

2.4.4 水面線計算成果

3 結語

綜上所述，嵐皋縣四季河陜渝界高速公路服務區段水面線采用能量守恒方程計算，計算結果表明：天然水面線與設計水面線相差為0～1.27 m，沒有過多雍高天然水位，工程區堤線布置合理(表3和表4)。

表3 四季河原始河道水面線推算結果(30年一遇)

表4 四季河工程建設后水面線推算結果(30年一遇)