岚皋县四季河陕渝界高速公路服务区段水面线研究

张 斌

(陕西省水工程勘察规划研究院，陕西 西安 710003)

1 数据处理方法

1.1 堤线布置

(1)充分利用已成堤防及稳定的高岸等有利地形，尽可能避开软弱地基，深水地带，古河槽，强透水层地基；

(2)堤线布置结合河道现状的具体情况尽量保留适当宽度的河滩地，与河势流向相适应，并与大洪水的主流线大致平行；

(3)堤线布置力求平顺，避免急弯，堤段连接采用平缓的曲线；

(4)防护区内河段两岸堤防之间的距离，应大致相等，不宜突然放宽或缩窄；

(5)堤线应尽量结合已成堤防和堤路结合，布置在拆迁工程量小的地带；

(6)不同设防区域尽量形成一个有机整体；

(7)支流汇入口段尽量使支流主流与干流主流平顺衔接，向下游留有适当夹角；

(8)对于过宽的河段进行适当的束窄，力求增加更多的城市用地数量。

1.2 堤距确定

(1)堤距应根据流域防洪规划确定，上下游、左右岸应统筹兼顾；

(2)应考虑社会发展的要求，现有水文资料的局限性、河床长期的滞洪淤积作用、人为弃渣的不控性、生态环境保护等因素，对堤距留有余地；

(3)充分利用现有堤防，尽量采用现状堤距。局部堤距小于规划堤距的，据实调整；

(4)堤距应经济合理、有利于河道防冲放淤和防汛抢险。

1.3 水面线推算

对于天然河道恒定非均匀流，采用能量守恒方程，上下两断面能量方程为：

工程上应用上述公式，采用试算法对上下游两断面水位进行试算，当被推求断面水位满足上述方程时，即为被推求断面的水位结果。

2 实例应用

2.1 原始数据的准备

本工程主要为陕渝界高速公路设置岚皋服务区而进行的涉河工程建设，涉及四季河部分河道，工程区位于岚皋县四季镇，有X212县道公路和村村通相连，交通较为便利。岚皋服务区四季河涉河工程永久性建筑物右岸堤防为4级，堤防长度875 m，防洪标准取30 a一遇，相应的洪峰流量为505 m3/s。采用实测横断面，结合河段实际情况，平均隔100 m左右采用一断面，河道中有桥的横断面需加密。

2.2 堤线布置

本次设计工程建设河段基本顺畅，河势平直，主流平面摆幅不大。本次设计防洪堤线充分结合河道实际情况，充分利用现有岸、坎及建筑物节点等，在确保河道泄洪能力的条件下，尽量少占两岸可耕地，上下游堤线衔接平顺、自然。

2.3 堤距确定

四季河工程建设段现状河道宽20～30 m，四季河左岸堤线布置从13断面到20断面，右岸堤线布置从14断面到20断面，与现状堤线进行衔接，设计堤距为30 m。

2.4 水面线推算

2.4.1 河道糙率的确定

四季河工程段流向由南向北，谷底宽80～150 m，河流呈“S”型发育，河床漫滩一般宽度25～35 m，水深0.5～1.0 m，河床由卵石、块石和大块石组成，床面不平整，底坡有凹凸状。滩面高程602.28～580.18 m，一级阶地前缘高于河床漫滩2.0～6.50 m，阶面宽度60～100 m，向河床倾斜，河道糙率取值为0.040。

2.4.2 起始断面的水位～流量关系的确定

以工程区末端实测断面作为推求设计洪水水面线的起始断面，按照均匀流公式计算起始断面的水流与流量关系。河道比降采用枯水期的河道水面线比降，具体数值见各段水位～流量关系曲线表。

公式如下：

(1)

式中：Q为流量(m3/s)；R为水力半径；i为水力坡度；A为过水断面面积；n为河道糙率。

四季河段26断面处河道比降为14.9‰。

由表1查得，在30 a一遇设计流量505 m3/s下，起始断面水位高程为573.44 m。

表1 26断面水位～流量关系曲线表

2.4.3 桥梁雍水影响分析

四季河上有三座桥，1号桥在22断面上游，桥宽8.78 m，中间两个圆形桥墩，桥墩直径1.2 m，桥长49.89 m，桥高8.3 m。2号桥在15断面上游，中间有两个桥墩，桥墩高2.05 m，上底宽0.8 m，下底宽2 m，桥长27.13 m。3号桥在加1断面上游，中间一个扁型桥墩，高9.38 m，宽1 m，桥长33.95 m，宽9.38 m。

(1)最大壅水高度

依据《铁路工程设计技术手册-桥涵水文》中的有关规定及如下经验公式进行计算。

(2)

式中：Z为壅水曲线最大壅高(m)；η为系数，根据河道类型和河滩过水能力而定，一般为为0.05～0.15，本次计算根据河道实际情况，桥头路堤阻挡流量占总流量的10%以上，确定值取0.07；Vm为建桥后，通过设计流量时的桥下断面平均流速(m/s)；V0为通过设计流量时，桥位断面天然水流全河床断面平均流速(m/s)。

(2)壅水长度按以下公式进行计算

(3)

式中：L为壅水曲线长度(m)；ΔZ为桥前最大壅水高度(m)；I为水面比降；

桥墩雍水高度和影响范围见表2。

表2 桥墩雍水高度和影响范围

规范要求，非通航河流的桥下最小净空为0.5 m。由上表可以看出，各桥梁净空为1.08～4.59 m，大于最小净空0.5 m的要求，净空高度满足规范要求。

2.4.4 水面线计算成果

3 结语

综上所述，岚皋县四季河陕渝界高速公路服务区段水面线采用能量守恒方程计算，计算结果表明：天然水面线与设计水面线相差为0～1.27 m，没有过多雍高天然水位，工程区堤线布置合理(表3和表4)。

表3 四季河原始河道水面线推算结果(30年一遇)

表4 四季河工程建设后水面线推算结果(30年一遇)