汾河静乐县城段左岸堤防改建防洪评价

张竞竞

（山西水利水电勘测设计研究院，太原 030024）

汾河是我省最大的河流，也是黄河第二大支流，自宁武县管涔山发源地至上兰村为上游段，全长217.6km，静乐县位于晋西北汾河上游。汾河静乐县城段左岸堤防改建工程全长933m，依汾河静乐县的左岸而设。汾河静乐县左岸堤防改建工程就是在保证县城防洪安全的前提下，结合县城至杜家村公路建设，局部地段理顺河道，为县城发展留下空间。由于汾河静乐县城段左岸堤防改建工程项目涉及对汾河的防洪影响，故对静乐县城段左岸堤防改建工程所在河段的河势、防洪及上下游河道工程进行防洪影响评价，并提出消除影响应采取的措施，为工程的顺利施工和河道的安全运行提供依据。

1 防洪评价计算

改建段位于新建汾河大桥开始至迎新大桥上游760m弯道止，全长933m（桩号1＋219m至桩号2＋152m）。该段地形较为平坦开阔，主河槽宽度在200～240m，两岸均有堤防，部分地段堤线曲度较大，所以对该段进行左岸堤防改建，以理顺河道，为静乐县的美化治理奠定基础。

1.1 防洪标准确定

堤防防洪保护对象为静乐县城，是重要的文化经济区域，人口少于20万，根据《防洪标准》（GB 50201—94）规定，属于Ⅳ级城市，防洪标准采用20年一遇。

工程左岸县城至杜家村的公路根据《防洪标准》（GB 50201—94）规定，采用50年一遇。

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-98）中的SL51—93第2.1.1条，本工程堤防级别为4级，防洪标准采用20年一遇。

1.2 堤防改建段设计洪峰流量

汾河上游的各工程，采用面积比的指数均为0.5，因此本次仍采用面积比的0.5次方。堤防改建段各频率设计洪水成果见表1。

表1 堤防改建段设计洪峰流量成果表

1.3 壅水分析计算

河道水面线计算，采用滩槽不同糙率的一维恒定非均匀渐变流方程计算[2]，公式为：

式中：Z 为断面水位，m；Q 为断面流量，m3／s；v为平均流速，m／s；α、ζ分别为动能修正系数和局部阻力系数；K综合流量模数[3]，由下式确定：

式中：Ai，Ri，ni分别为左滩、中槽、右滩的断面面积、过水面积水力半径和糙率。

依据现场察看及横断面资料分析，改建断面处河道较平缓、宽阔，属缓流区，故自下而上逐断面推算河道水面线，分别计算了发生P＝2%和P＝5%的设计洪水时，堤防改建前后的水面线。具体计算成果见表2，表3，水面线见图1，图2。

表2 P＝5%水面线计算成果表（堤防改建前后）

表3 P＝2%水面线计算成果表（堤防改建前后）

图1 P＝5%水面线

图2 P＝2%水面线

1.4 河床冲刷深度计算

1）水流斜冲防护岸坡的冲刷深度按《水利计算手册》中的公式计算[5]，公式如下：

式中：hp为从河底算起的局部冲深，m；α为水流流向与岸坡交角，度；m为防护建筑物迎水面边坡系数；d为坡脚处土壤计算粒径。对非黏性土，取大于15%（按质量计）的筛孔直径，cm；vj为水流的局部冲刷流速，m／s。

2）水流平行于岸坡产生的冲刷按《水利计算手册》计算[5]公式如下：

式中：hB为局部冲刷深度，m；hp为冲刷处的水深，以近似设计水位最大深度代替，m；vp为平均流速，m／s；vH为河床允许的不冲流速，m／s，按粗砂取0.7m／s；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，取0.25。

根据以上公式及参数，当发生20年一遇洪水时，改建河段水流对岸坡的冲刷深度计算如表4所示。

表4 河道堤岸冲刷深度表

由上表计算成果可知：堤防改建后，发生20年一遇洪水时，改建处一定范围内形成降水段，其水流流速有所增加，对河道堤防有所冲刷，改建前后水流斜冲岸坡冲刷深度最大可能增加0.45m，平行岸坡的冲刷深度最大可能增加0.15m。

2 防洪综合评价

汾河静乐县城段左岸堤防改建工程项目拆除了现有左岸堤防，并向右侧移20m左右，建设项目直接改变了现有堤防工程，但改建后的新堤防替代了原堤防的功能。

由于建设项目所在河段床面较平整，河道基本顺直，断面较规则，两岸为浆砌石堤防，形状较整齐，河道左岸改建裁弯取直后，致使工程上游一定范围内水位壅高，河道有所束窄，但河道宽度仍在200～240m，因此左岸堤防改建对河道泄洪影响不大。

建设项目拆除了现有左岸堤防，向右移20m左右，直接改变了现有堤防，缩窄了行洪断面，也改变了局部河势。

因为河道的缩窄和堤防位置的变化，从而水流流速和水流方向也发生了改变，也将对河势产生相应的影响。但在新旧堤防的约束下，中小水流仍在堤防内，对河势影响不大。

静乐县城段汾河干流已建堤防工程的防洪标准为20年一遇，其主要任务是保证静乐县城的安全和保护两岸村镇及滩地免受洪水冲刷。左岸堤防改建如与原堤防衔接好，对两岸堤防影响不大。

本工程设计防洪标准为20年一遇，与《防洪标准》规定一致，与本段河道的有关管理规定相适应。

3 工程影响防护措施

3.1 对河道泄洪、河道管理影响的防治补救措施

本项目需在河道内进行施工建设，会出现在河道内堆渣、弃渣的现象，影响河道行洪安全。建议妥善安排施工期，并在施工完成后，将弃渣清理出河道，防止洪水受阻或弃渣被带入主河道。施工期要与河道主管部门、水情部门保持密切联系，根据洪水预报，合理安排工期，以确保顺利施工和安全度汛。竣工验收前，应及时清除施工便道等临时建筑物，产生的弃渣废料也应及时清理出河道，集中处理，并按有关规范要求恢复河道原貌，以保证汛期行洪安全。

3.2 壅水及冲刷补救措施

由水面线分析[1][4]可知：当发生20年一遇洪水时，原河道宽度237～259m，改建后河宽为209～253m，改建前后最大壅水高度为0.20m，壅水长度约500m，左岸堤顶高程为1212.13m，改建后水位为1211.90m；

当发生50年一遇洪水时，原河道宽度238～260 m，改建后河宽为210～255m，改建前后最大壅水高度为0.26m，壅水长度约500m，二级公路宁白线路面高程为1212.5m，改建后水位为1212.49m。

工程建设后河道有所束窄，使工程上游形成壅水段，应重新复核堤顶高程，原堤防堤顶高程若不满足要求，应该抬高堤顶或路基。

3.3 减少对环境与水质影响的防治措施

建设初期应及时做好水土保持工作，对可能造成的水土保持方面的影响做好预测和评估，并拟定减少影响所应该采取的措施；对施工区域内生产、生活产生的废水、污水等应通过适当处理，实现达标排放，不得任意弃置或直接向河道排放，避免对河道水质及周边环境产生污染；对河道、岸边开挖等毁坏的生物保护和地表植被进行恢复。堤防改建后，对生产、生活产生的废水、污水等进行水质检测，采用相应的污水处理措施，实现达标排放，不得任意弃置或直接向河道排放，避免对河道水质及周边环境产生污染。

4 结论与建议

通过对本工程所在河段水文气象特性、河床冲淤演变以及工程建设对所在河段防洪影响情况的分析计算，得出如下结论，并提出有关建议：

1）本工程防洪标准采用20年一遇设计洪水；静乐县城防洪标准采用20年一遇，符合《防洪标准》（GB50201——94）要求，满足防洪要求。

2）工程处的设计洪峰流量计算采用延长系列后的成果，其20年一遇洪峰流量为1702m3／s，50年一遇洪峰流量为2310m3／s，堤防改建时河道按20年一遇洪水位设防，以保证达到20年一遇的防洪标准。

3）本工程建设不与现有水利规划冲突，对河道的河势稳定性影响甚微。

4）堤防改建后，使得过流断面有所变窄，对河床及堤防的冲刷有所加剧。

当河道发生20年一遇洪水时，改建后水流斜冲岸坡最大冲刷深度为1.58m，平行岸坡的冲刷深度为2.76m。设计堤防基础防护深度不小于2.8m，对改建段上下游500m范围内现有堤防进行加固处理。

5）静乐县城段左岸堤防改建后，发生20年一遇洪水时，壅水0.2m，原堤防堤顶高程可能不满足要求，应该抬高堤顶或路基。

6）工程施工应避开汛期，在汛期来临前结束工程施工，并推平施工便道等临时建筑物，恢复河道原貌，以利洪水通畅宣泄。

[1]吴持恭主编.高速水利学国家重点实验室（四川大学）编.水利学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]叶守泽.水文水利计算[M].北京：水利电力出版社，1992.

[3]吴明远，詹道江，叶守泽.工程水文学[M].北京：水利电力出版社，1987.

[4]叶秉如.水利计算[M].北京：水利电力出版社，1985.

[5]梁在潮，李炜，黄克中，等.水利计算手册[M].北京：水利电力出版社，1983.