黑水河水文计算及河道治理施工设计分析

方 亮

(北票市凌河保护区管理局，辽宁 朝阳 122100)

1 工程概况

黑水河位于绥中县境内，本次综合整治葛家乡新房子～平台子段，区间干流长11.61 km，河段两岸总人口10 716人，耕地675.4 hm2，有大量果树、棚菜、企业、学校等设施。经现场勘查：①该河段河道主槽宽100～150 m，区间河道平均比降3.8‰；②左岸新房子段0+000-2+205没有护岸且岸坎较矮，右岸木锨沟段桩号6+835.7-10+778.9原混凝土板基础淘空脱落；③两 岸现状护岸防洪标准为不足10 a一遇(P=10%)，由于河道属山区性河流，每逢汛期都会出现一定范围洪水灾害。

2 项目河段相关水文计算

由于黑水河流域没有水文站和历史洪水记录，在此根据1998年《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》来计算河段各断面设计洪水(P=10%)[1]。本次设计以广裕店、龙潭沟为控制断面，基本资料见表1。由于篇幅限制，下面以龙潭沟断面为例给出计算过程。

2.1 控制断面设计洪峰流量计算

(1)设计点雨量计算。首先，根据该地区不同历时暴雨等值线图，查出该区域不同时间下暴雨参数(P0、KF)，设计暴雨值Pp计算公式见(1)[2]，参数值和计算结果见表2所示。

表1 基本资料(部分)

Pp=P0·KP·KF

(1)

式中：Pp为设计暴雨值，mm；P0为暴雨均值，mm；KP为皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数；KF为暴雨指数，取0.89。

表2 区域内不同历时暴雨雨量数据成果图

历时时间t的设计面雨量Ptp计算公式见(2)[3]，据此可以估算出任意历时时间的暴雨值，计算结果见下表3所示。

Ptp=P24p·24n2p-1·t1-n2p

(2)

式中：P24p为历时24 h设计暴雨值，取189.897 mm;n2p为暴雨折减系数，取0.66；t为历时时间，h。

表3 龙潭沟断面各历时设计面雨量 mm

(2)洪峰流量计算。设计洪峰流量Q的计算对河道通洪能力的参数确定有着决定作用，本项目采用(3)经验公式计算[4]，数据成果见下表4所示，本项目最终按照Q=1808 m3/s作为防洪标准，现有河道基本满足通流需要。

Q=0.278·k·F·I

(3)

式中：k为径流系数，取0.35；F为控制面以上集水面积，km2；I为24 h最大降雨量，mm。计算结果见表4。

表4 洪水计算成果表

2.2 控制断面设计水面线计算

黑水河干流设计水面线采用两种方式计算：天然水面线和治理后水面线计算对比。本次采用后者，治理后水面线用能量方程式(4)推算。

(4)

经计算黑水河新房子～平台子村段，10 a一遇(P=10%)起始断面设计水位92.60 m，终点水位134.90 m；通过水面线推算，河道整治后不同断面的水位降低在0.14～1.87 m范围。

3 河道治理工程分析

3.1 河道清淤工程设计

3.1.1 清淤范围设计

通过前文水面线推算，项目河道清淤深度不同，本次只需对部分河段清淤即可，清淤河段有如下几种情况：①因淤积严重导致滩地抬高，影响泄洪；②滥采滥挖严重，造成河道内存在大坑或孤岛，不利防汛。

本项目清淤工程以恢复河道原貌为原则，基本贴合其原状比降及治导线，设计清淤比降为3.8‰，均属于河道原始宽度。经实地调查：设计清淤宽度50 m，清淤深度0.8 m，清淤长度7625 m，即可满足防洪需要。

3.1.2 清淤及填筑施工要点

本次河道清淤采用挖掘机开挖，装载机及推土机输助作业，本着就近利用原则，清淤料除用于岸边填筑和回填土外，全部运入没有堤岸段堆筑并整形，最大运距0.5 km，提高了经济性，施工要点如下：

(1)由人工进行坡面清理，清除杂料堆放高度不得超过1 m。禁止在雨天及冰冻期做岸坎填筑，不允许使用雨后高含水量土、腐质土砂料；

(2)填筑前使用刨毛机将清基后的岸坎表层刨毛，有利于与填料结合。铺料厚度以现场试验为准，纵向铺料长度设计100 m左右，压实相对密度不小于0.60。

3.2 河道护岸工程设计

本项目河道护岸治理工程设计采用“工程措施(固滨笼)+生态措施(绿滨垫)”相结合方式，主要针对险弯险段，左右岸共计6.148 km，基本结构见下图1[5]。固滨笼尺寸：宽1.0 m，高1.2 m；绿滨垫护坡其下铺设0.2 m碎石垫层。水流状态较好的河段，在岸脚处种植5排速生杨，株距3.0 m，在坡上种植灌木紫穗槐，株距0.5 m。

3.2.1 固滨笼深度设计

图1 河道护岸工程基本结构示意图

治理河段护脚采用固滨笼形式，设计深度以河水局部最大冲刷深度hs作为依据，公式见(5)[6]，计算结果如表5所示。最终求得最大冲刷深度1.62 m，最小冲刷深度1.00 m。本项目依据冻层深度及冲刷深度要求，固滨笼深度设计最小为1.50 m，最大为2.00 m。

(5)

式中：h0为冲刷处水深，m；Ucp为近岸垂线平均流速，m/s；Uc为河床面上允许不冲流速，m/s；n为相关系数，0.2。

表5 局部冲刷最大深度结果(部分)

3.2.2 绿滨垫厚度设计

绿滨垫厚度t设计时，要考虑波浪爬高H，本项目按照公式(6)两个经验公式作为计算依据[7]，计算结果见表6。最终t选取较大值。通过计算，求得绿滨垫厚度t最大值为0.40 m，最小值为0.19 m，因此本项目绿滨垫厚度统一设计为0.40 m。

(6)

式中：a为护坡倾角，(°)。

表6 绿滨垫厚度计算结果(部分)

4 结 语

本项目黑水河段经过治理后，从根本上解决了河道防洪问题，而且极大地改善了河道两岸的生态环境，也提高了人们对河道的保护意识。本项目总投资为3327.54万元，充分利用了现有河道资源，有效避免了大量的土方工程，进而降低了工程造价。河道治理工程规模及社会影响大，治理结束后更多依赖于日常管理，否则还是会大大缩短护岸工程寿命。