四川省芦山县玉溪河新建生态溢流堰可行性分析

翁茂峰

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司 陕西 西安 710000）

1 工程概述

芦山县位于四川盆地西缘，雅安地区东北部，北与汶川县连界。玉溪河流域属四川盆地西部边缘丘陵与高山过度地带，海拔高程800.00m～1000.00m，地形起伏较大。地貌类型为构造剥蚀型与侵蚀堆积型。玉溪河流域受西南季风暖湿气流的影响，四季分明，雨量丰沛，气候温和，具有温带气候和山地气候的特征，多年平均气温15.2℃。

通过对玉溪河芦山县城段的主河道进行清淤疏浚、平整岸坡、构造微地形、修建生态溢流堰等措施，使河道常水面宽度和长度得到增加，形成连续水面，增加亲水空间。在保证乡镇两岸防洪要求的基础上，在充分考虑为乡镇经济社会提供必要水利基础保障的同时，统筹考虑水利基础设施与河道生态及人文景观的有机结合。

新建生态溢流堰共7座，1#堰长度123m，2#堰长度 138m，3#堰长度 177m，4#堰长度 121m，5#堰长度163m，6#堰长度159m,7#堰长度129m。堰净高3m～4m，堰长100m～170m，各堰回水长度500m～1100m。疏浚河道6100m。生态溢流堰轴线采用折线形，按照地势自然弯曲。堰型采用低矮实用堰型，堰体共6级台阶，堰顶宽度4m，第二级台阶宽度8m，以后每级台阶宽度6m、5m、6m、5m以此类推，台阶净高0.6m。

根据GB50201-2014《防洪标准》的有关规定，玉溪河本工程河段两岸的防洪标准按20年一遇，相应洪峰流量2820m3/s。

本文通过洪水计算、泄流计算、壅水分析计算、水面线计算四方面从行洪论证角度对生态溢流堰的建设进行可行性分析。

2 洪水计算

本工程位于玉溪河鱼溪水文站下游约20km处，工程河段末端断面以上集水面积为1405km2。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006，属于上下游有实测水文系列的工程，直接使用水文站资料计算设计洪水。

鱼溪水文站有12年（1959～1970年）实测年最大流量及1959～2000年42年的实测年最高水位资料，因此，鱼溪水文站的年最大流量系列需要插补延长。用鱼溪水文站插补后的1959～2000年共42年的最大洪水系列，加上调查的1934、1966年历史洪水，组成不连续系列进行频率计算，也满足洪水频率计算的规范要求。

鱼溪水文站不连续系列的均值为：

调查期的洪水频率用数学期望公式计算：

实测和插补期年最大流量的经验频率采用下式计算：

式中：a—在N年中连序顺位的特大洪水的项数；N—洪水调查考证期；n—实测插补洪水系列项数；L—实测系列中抽出作特大值处理的洪水项数；m—实测插补洪水的序位；Pm—实测插补系列中第m项的经验频率。

先用矩法初步估算鱼溪水文站洪水系列的统计参数，再用P—Ⅲ曲线适线，最后用适线法来确定洪水系列的统计参数。鱼溪水文站洪水频率计算成果见表1。

采用水文比拟法推求本工程指定频率的洪水。根据鱼溪水文站设计洪水成果，按面积比指数，洪峰流量采用2/3次方，移用至工程断面。计算得到设计洪水成果见表2，其中鱼溪站集水面积为1054km2。

3 泄流计算

3.1 新建生态溢流堰位置天然泄流曲线计算

由于工程河段无实测水位流量数据资料，故按测量实测大断面和水面比降，经验选择糙率，用水力学公式来计算绘制推求水位流量关系。为了进行工程河段河道行洪能力分析计算，对该河段河道进行了河道纵、横断面及1:1000局部地形图的测量。

用曼宁公式推求，其计算公式为：

表1 鱼溪水文站年最大流量频率计算成果表

表2 本工程河段设计洪水成果表（比拟法）

式中：Q—流量（m3/s）；A—过水断面面积（m2）；R—水力半径（m）；n—糙率；J—水面比降；其中，A、R通过实测大断面资料求出，I由实测纵断面推求，n主要参照附近水文站实测糙率值及天然河道河床糙率表，本河段取0.035，计算得到的20年一遇天然水位见表3。

表3 新建生态溢流堰位置天然河段20年一遇洪水位

表4 新建生态溢流堰建成后各频率洪水位表

表5 7座新建生态溢流堰壅水高度计算表

表6 工程建设后水面线计算成果表

3.2 新建生态溢流堰建成后河道泄流计算

建堰后泄流计算按照水力学手册中宽顶堰的经验公式进行计算。

计算公式：

式中：σs-淹没系数，本次取值1；σc-侧收缩系数，本次取值1；m-流量系数，本次取值0.36；B-堰跨河宽度，本次根据实际跨河宽度取值；H0-包括行进流速水头的堰前水头。

根据宽顶堰公式计算得到生态溢流堰建成后泄流曲线，根据泄流曲线查对应频率洪水位见表4。

4 壅水分析计算

壅水分析选用频率为P=5%洪水时的设计洪峰流量，堰址位置工程建成后水位与堰址位置天然洪水位差值作为壅水高度。计算得到7座堰壅水高度见表5。

20年一遇洪水时，1#堰壅水高度3.58m 2#堰壅水高度2.58m；3#堰壅水高度2.21m 4#堰壅水高度2.75m；5#堰壅水高度2.69m 6#堰壅水高度3.81m；7#堰壅水高度3.44m。

1#堰回水长度约800m；2#堰回水长度约1000m；3#堰回水长度约800m；4#堰回水长度约500m；5#堰回水长度约600m；6#堰回水长度约900m；7#堰回水长度约1100m。

5 水面线计算

天然河道的洪水大多属于不稳定流，水面线的计算可以近似地视为稳定流量以简化计算。稳定非均匀流按伯努利能量方程进行计算，即：

式中：Z2、Z1为计算段上、下游断面水位V2、V1为计算段上、下游断面平均流速，a2、a为计算段上、下游断面的动能修正系数；hf为沿程水头损失；hj为局部水头损失。

在流量、控制断面水位和河段糙率确定后，即可由该式算出河道断面的水力要素。河道糙率值根据“天然河道糙率表”并结合河道实际情况选定，整治后的糙率值为0.035。

从1#堰作为控制断面向上游推算，到2堰下时，再以2#堰作为控制断面向上游继续推算，以此类推。以从下游往上游前5座堰为例，计算出工程建设后的水面线成果见表6。

6 可行性分析

以20年一遇洪水为标准，从行洪角度分别分析新建7座生态溢流堰建设的可行性。

1#堰顶水位664.86m，右岸是山体，高程679.40m，左岸公路高程为676.61m，建堰前后高程均满足行洪要求，从行洪角度工程建设可行。

2#堰顶水位667.93m；右岸为地势较高山体，较高处高程为701.66m，左岸岸坡高程为672.67m，建堰前后高程均满足行洪要求，从行洪角度工程建设可行。

3#堰顶水位670.58m；右岸为耕地，地面高程为682.43m，左岸公路路面高程676.44m，建堰前后两岸高程均满足行洪要求，从行洪角度工程建设可行。

4#堰顶水位673.33m；右岸施工围墙高程为676.00m，右岸公路路面高程为681.78m，建堰前后两岸高程均满足行洪要求，从行洪角度工程建设可行。

5#堰顶水位675.89m；右岸为居民聚集地，地面高程为687.42m，左岸公路路面高程为683.31m，建堰前后两岸高程均满足行洪要求，从行洪角度工程建设可行。

6#堰顶水位682.2m；右岸为山体，较高处高程为714.42m，左岸为农田，高程为677.44m，建堰前后左岸高程均不满足行洪要求，工程建设后将加剧对左岸农田的淹没程度。从行洪角度工程建设不可行。

7#堰顶水位685.76m，右岸为林地，地面高程为682.79m，左岸地面高程为684.41m，工程位置建堰前20年一遇洪水位为：682.32m，天然河道两岸可满足行洪要求；工程建设后两岸高程均不满足行洪要求，可见，7#堰的建设，将对两岸造成新的淹没，从行洪角度工程建设不可行。

7 结论

通过以上水文计算，根据四川省河道阻水建筑物行洪论证原则中，新建拦河工程，不会对两岸造成新的淹没，或者淹没加剧的原则，1#、2#、3#、4#、5#新建生态溢流堰从两岸均满足20年一遇洪水位高程，能够满足行洪要求的角度，工程建设可行；6#、7#新建生态溢流堰不满足行洪要求，工程建设不可行。6#堰、7#堰由于建设后水位不能满足行洪要求，建议降低堰顶高程，或者调整堰址位置。陕西水利

[1]李炜，水力计算手册（第二版），武汉大学水利水电学院 水力学流体力学教研室，77-82.

[2]《水利水电工程设计洪水计算规范》S L44-2006.

[3]《防洪标准》GB50201-2014.北京：中国计划出版社，2014.