仙居县城市河道裁弯取直工程施工度汛分析

周明伟

(仙居新区开发管委会,浙江 仙居 317300)

1 工程概况

裁弯取直工程是仙居县城市防洪工程的控制性工程,属浙江省重点项目,浙江省发改委于2004年7月23日以浙发改设计[2004]200号文批准初设。工程防洪标准为50 a一遇,属于Ⅲ等工程。工程位于永安溪右岸塔山的下游、石牛大桥的上游、柴岭下村的南面,在仙居县主城区下游1 km处。该工程共需开挖土石方约280万m3,主要为岩石山体开挖,开挖坡度 1∶0.3～1∶1,每隔 12 m高设一宽3.0 m的马道;劈坡长度为436 m,劈坡后底高程为36.0m。裁弯取直后河道净宽400 m,比原河道缩短2 300m。

工程总投资9 200多万元,于2010年11月26日正式开工建设,工期360 d。工程实施后可降低主城区干流洪水位,提高防洪能力,保障仙居县主城区的防洪安全。

2 水文气象

仙居县位于椒江流域的上游,主流永安溪发源于括苍山脉西部海拔1 184 m(1985国家高程基准,下同)的天堂尖,河长144 km,流域面积2 704 km2,河流自西南流向东北,穿越仙居县城。流域内的地形主要为中低山区,河道坡陡流急,洪水暴涨暴落。山地植被较好,水土流失较少。该流域属亚热带季风气候区,总的气候特征是:冬夏季风交替显著;年温适中,四季分明,雨量丰沛,日照充足。降水量时空分布不均,年际、年内变化显著。仙居水文站实测多年平均降水量1 439 mm。流域降水主要由台风暴雨及梅雨和春雨所组成。其中,台风暴雨是该流域大洪水的主要成因。根据流域暴雨特性,通常可将暴雨洪水划分为梅汛期 (4月16日至7月15日)、台汛期 (7月16日至10月15日)和非汛期 (10月16日至翌年4月15日)3期。

3 工程现状

裁弯取直工程是把永安溪干流河长3 400 m柴岭下弯段取直的工程措施。现状河道主槽宽度约100～180 m,滩地宽度约200～400 m。截至2011年2月,新开河道尚未打通,目前,工程的弃渣料堆主要放在老河道内,部分地段老河道宽度已经缩窄至100 m左右,大大影响了现有河道的行洪能力。由于新河道尚未开通,而老河道又缩窄了约75%,因此2011年的度汛压力非常大。

4 施工度汛分析

4.1 度汛主要任务

(1)裁弯取直工程施工期间,当遭遇设计标准洪水时保证工程施工安全及上游的防洪安全。

(2)当遭遇超设计标准洪水时,应及时采取措施,确保人身安全及施工临时设施、施工设备安全。

4.2 度汛标准

根据SL 260—98《堤防工程施工规范》,该工程施工度汛标准采用汛期5 a一遇设计洪水标准,相应流量为3 383 m3/s。

工程实施前,仙居县主城区防洪能力为7 a一遇,此次度汛采用10 a一遇洪水标准进行复核,相应流量为4 377 m3/s。

4.3 度汛方式

根据施工现状,在汛前将新开河道完全打通已无可能,因此,裁弯取直工程施工期间,由柴岭下弯段缩窄后的河道及新开河道临时断面联合过流,新开河道扩大断面采取间歇性施工的方案。为避免工程在施工过程中对上游城市防洪产生不利影响,需确保裁弯进口处及以上河道的最高洪水位不超过施工前的状态。

根据《仙居县永安溪柴岭下段裁弯防洪分析》 (2006年)的研究成果,在裁弯取直劈山工程实施之前,裁弯段进出口5 a一遇、10 a一遇洪水最高洪水位见表1。

表1 裁弯取直段进出口水力计算成果表

由表1可知,裁弯段进口处河道在裁弯取直工程施工前遭遇5 a一遇洪水时最高洪水位为40.75 m,遭遇10 a一遇洪水时最高洪水位为41.60 m,因此,2011年汛期需确保裁弯段进口处河道在遭遇5 a一遇洪水时最高洪水位在40.75m以下,遭遇10 a一遇洪水时最高洪水位在41.60 m以下。

4.3.1 度汛水力计算公式

(1)缩窄河道泄流计算公式。工程滩地的泄量采用明渠均匀流公式计算:

式中:Q为流量,m3/s;A为过流断面面积;C为谢才系数;R为水力半径,m;i为比降0.000 74;n为糙率,0.04。

(2)新开河道临时断面泄量计算公式。根据初步设计施工导流方案,裁弯取直河段在施工中采用预留岩埂的围堰型式,预留岩梗顶宽度为2 m,挡水位为37.6 m,围堰顶高程取38.1 m,围堰最大高度1.9 m。在开挖及橡胶坝施工完成后,将预留岩埂一次爆破拆除。因此新开河道过流采用宽顶堰过流公式计算:

式中:Q为流量,m/s;ε为侧收缩系数(取0.99);σ为淹没系数(自由出流取1);m为流量系数;g为重力加速度,m/s2;b为过水宽度,m;H为水头,m。

4.3.2 水力计算成果

各泄流建筑物水力计算成果见表2。

表2 泄洪建筑物泄流能力水力计算成果表

由表2可知,缩窄后老河道在遭遇5 a一遇洪水时保证上游水位不变 (40.75 m高程)的条件下,泄流能力为896 m3/s,而设计洪峰流量为3 383 m3/s,即新开河道在上游水位不变的情况下的泄流能力至少为2 487 m3/s。查询表2可知,新开河道底宽至少为144.2 m。由表2可知,缩窄后老河道在遭遇10 a一遇洪水时保证上游水位不变 (41.60 m高程)的条件下,泄流能力为1 182 m3/s,而设计洪峰流量为4 377 m3/s,即新开河道在上游水位不变的情况下的泄流能力至少为3 195 m3/s。查询表2可知,新开河道底宽至少为144.7 m。综上所述,为确保裁弯进口处及以上河道的最高洪水位在设计洪水条件下不超过施工前的状态,老河道底宽需在100 m以上,新开挖河道底宽在145 m以上,其泄流能力能满足上游城区10 a一遇防洪要求,相应洪峰流量为4 377 m3/s。

4.3.3 度汛措施

从现在开始,不允许在老河道堆渣,已堆渣部分要做好防冲保护,避免渣料被冲向下游,对下游的防洪度汛产生不利影响。

由于裁弯取直工程在汛期进行间歇性施工,因此应及时掌握水情是保证安全度汛的关键。进入汛期,应密切关注天气,监视天气趋势和水雨情动态,加强中短期的气象预报。一旦预报洪水来临,应立即停工,将施工设备和施工人员撤离至安全区域。

5 结 语

根据上述分析,为确保此工程的施工不对上游的防洪产生影响,在汛期(4月15日)以前,新开河道必须达到底宽145m全线贯通,底高程达到设计高程36 m,并做好相应的护坡、护岸工作,同时确保老河道100 m宽的行洪通道畅通。