基于水力计算原理潇河河道治导线规划分析_李晶晶.pdf

SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利基于水力计算原理潇河河道治导线规划分析李晶晶（晋中市水利发展中心，山西晋中030600）摘要 文章对河道治导线规划进行了分段和设计洪水标准界定，对河道水面线推算，拦河坝、桥涵过流计算等河道水力计算原理进行了分析，从潇河洪水治导线规划思路和治导线规划细节两方面，对潇河洪水治导线进行了规划。该规划明确了河道管理范围,为开展潇河干流河道水域岸线登记、河道管理范围划定、水利工程划界确权工作以及加强河道管理提供了重要技术依据。关键词 潇河；河道整治；水力计算；治导线规划中图分类号 TV85文献标识码 C文章编号 1004-7042（2022）10-0040-031概况潇河是汾河一级支流，位于汾河中游段，发源于山西省晋中市昔阳县沾尚乡猛彪村，流经晋中市昔阳县、寿阳县、榆次区、太原市清徐县、小店区等 2 个市 5 个县（区），在小店区洛阳村、南马村汇入汾河。流域总面积 4 064 km2，其中晋中市内 3 763.3 km2；潇河河道总长 147 km，其中晋中市内长度为 128.9 km，本次规划的河道总长为 140.84 km，晋中市内长度为118.38 km。2规划与设计洪水标准2.1河道分段编制的治导线为洪水治导线，与水利部河湖划界确权工作相对应。根据 防洪标准 分段确定河道防洪标准，按照流域面积大于 20 km2支流汇入点和较大提引水工程、水库、闸坝等影响洪水流量的位置为分界点分段计算。依据行政区域划分，将潇河的规划河道划分为晋中市昔阳县段、寿阳县段、榆次区段和太原市小店区段；潇河干流及流域较大的水利工程有龙门引水杻纽工程、松塔水电站、潇河灌区取水枢纽工程和敦化大闸等，水文站主要有独堆水文站（2010 年）和芦家庄水文站。以流域面积大于 20 km2支流汇入点和较大的引水工程、水库、闸坝等影响洪水流量的位置为分段节点，将规划河段划分为 20 段，以支流汇入口附近村庄或水利工程名称命名各分段控制断面名称。独堆站 19562011 年天然年径流量多年平均值为 6 379 万 m3，最大年径流（1956 年）为 23 536 万 m3，最小年径流（2000 年）为 964 万 m3；芦家庄站 19562011 年天然年径流量多年平均值为 10 030 万 m3，最大年径流（1956 年）为 32 961 万 m3，最小年径流（2000年）为 1 978 万 m3；潇河大坝 19572011 年天然年径流量多年平均值为 1 0475 万 m3，最大年径流（1962年）为 39 091 万 m3，最小年径流（2000 年）为 1 810 万 m3。2.2设计洪水标准根据 防洪标准（GB 50201-2014），城区段防洪标准为晋中市城区段堤防的防洪标准为 50 年一遇洪水，太原市境内堤防的防洪标准为 100 年一遇洪水。乡镇及乡村河段防洪标准为 20 年一遇洪水。潇河干流上有龙门引水枢纽工程、松塔水电站枢纽工程、潇河灌区取水枢纽和敦化大闸三处较大的水利工程，其中龙门引水枢纽工程、敦化大闸和潇河取水枢纽没有调洪作用，对干流的洪水影响较小，此次洪水计算没有考虑其影响作用。本次规划河段分为四大段，源头松塔水库、松塔水库潇河大坝、潇河大坝晋中市界和晋中市界入汾口。根据河道所处位置及防洪保护范围，源头松塔水库和松塔水库潇河大坝河道防洪标准采用 P=5%，潇河大坝晋中界采用的防洪标准为 P=2%，晋中界入汾口采用的防洪标准为 P=1%。根据流域面积大于 20 km2支流汇入点和较大提引水工程、水库、闸坝等影响洪水流量的位置为分界点分段，又将这四大段分为 20 个计算断面。3河道水力计算3.1水面线推算对天然河道和初步选定洪水治导线河宽的河道河道整治40山 西 水 利2022 年 10 月 2022 年第 10 期进行水面线计算。对于单一的较长河段，采用滩槽不同糙率一维恒定非均匀渐变微分方程计算，计算公式为：dZdX=（+）ddxV22g+Q2k2式中：Q流量，m3/s；Z断面水位，m；X纵向流程长，m；x分段流程，m；动量修正系数；局部阻力系数；k流量模数，k=AiRi2/3/ni；V断面流速，m/s。动能修正系数 与断面上的流速分布的不均匀性有关，山区河流为 1.52。局部阻力系数 是反映河床断面沿程收缩或扩散程度，当河槽急剧扩大，为-0.5-1.0，当河槽逐渐扩大，为-0.1-0.3。各段设计洪水成果见表 1。沾尚畔畔沟汇入前43.33.2651919+065大寒沟大寒沟汇入前77.12.86129711+926中山沟中山沟汇入前110.03.03832014+964小寒沟小寒沟汇入前121.60.01114+975胡丰沟胡丰沟汇入前151.21.87439516+849龙门水库安丰沟汇入前165.53.31720+166龙门引水枢纽广阳沟广阳沟汇入前185.01.46164621+627长安沟长安沟汇入前2254.96326+590松塔龙泉河汇入前4148.47335+063里思木瓜河汇入前526.14.08773839+150库区松塔水库11748.8501 01448+000大坝下游坝脚羊头崖南郊河汇入前1225.35.47860253+478赵金庄白马河汇入前1293.37.45661260+934芦家庄阔郊河汇入前2368.31.5731 45662+507芦家庄水文站韩村南东沟汇入前2552.014.9931 53077+500西窑龙门河汇入前2622.94.0001 57481+500北合流涂河汇入前2777.39.7391 35591+239潇河大坝潇河引水枢纽30902.7051 210/1 97093+944以上标准为 P=5%西长寿麻麻河汇入前3204.116.2951960110+239治理标准为 P=2%郝村牛耕河汇入前3258.810.3871982120+626南马村3376.020.4471897141+073治理标准为 P=1%断面名称支流汇入口或较大水利工程位置控制流域面积/km2河段长/km洪峰流量采用值/（m3 s-1）桩号备注口上10.05.856.15+845.6317 省道根据潇河干流各分段河床组成、河床特性、平同形态及水流流态、植物、岸壁特性等因素分析确定河道糙率，参考 山西省水文计算手册 水工设计手册等相关资料综合考虑，未经过治理的河道，主槽糙率选用 0.0280.029，滩地糙率 0.0320.035；治理后的河道，主槽糙率取 0.028，滩地糙率取 0.03。3.2拦河坝、桥涵过流计算松塔水库上游的潇河干流上，除龙门引水枢纽外建有 9 处拦河坝，拦河坝断面过流采用下式计算：Q=scmnb2gH03/2式中：Q流量，m3/s；s淹没系数；c侧收缩系数；m自由溢流的流量系数（与堰型、堰高等边界条件有关）；n孔数；b每孔净宽，m；H0包括行近流速水头的堰前水头，即侧收缩系数，H0=H+v022g（H 指堰顶水深）；v0行进流速。桥涵采用曼宁公式计算桥梁的过流能力。4治导线规划4.1治导线绘制原则根据各河段上游水库情况、来水来沙规律，并结合河床地形、地貌、地质等特点，合理科学确定治导线表 1潇河干流各段设计洪水成果采用表河道整治41SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利宽度和外形。4.1.1因势利导，顺应天然河流的流势（1）顺直型河段。以维护、稳定现有河势为主要规划目标。治导线应平顺，基本与洪水流向一致，并留出足够的滩地和泄洪断面，以安全通过设计洪水泄量。（2）弯曲型河段。宜维护、稳定现有河势，力求使河道凹岸布置尽量依托在陡崖及支流汇入处形成的冲积扇位置，减轻或避免洪积扇对干流的危害，必要时采用防护工程控制凹岸发展，或采用控导工程适当改善弯道形态。（3）游荡型河段。潇河干流受控于两岸交替山体为主的地形，主河槽大幅游荡的可能性很小，若局部河段有所游荡，治导线规划以稳定河势流路为前提。综合分析河流的来水来沙特性、河势流路及演变规律，以及该河段上下游已有的工程措施或已规划的治导线趋势，合理研究确定治导线。（4）分汊型河段。潇河整体上属主流单一河流，非常局部若存在分汊，应根据国民经济各部门的要求、水流泥沙特点和汊道演变规律，不宜过多缩窄河道，研究稳定汊道、塞支强干、改善河汊等整治方案的合理性与可行性。（5）支流汇入河段。汇入的支流口进行过整治的，依整治的堤防线为界；汇入的支流口未进行过整治、但有导水涵洞或其它设施的，依设施导入口为界；汇入的支流口未进行过整治呈天然状态的，依水面线计算成果控制。（6）库区段。松塔水库、龙门引水枢纽工程、潇河大坝及敦化大闸治导线应按照各工程划权确界范围确定，由于目前各工程均未做划界确权工作，因此本次规划按照水库库区 20 年一遇设计洪水淹没线，库尾淹没线与河道同频率水面线成果顺接。潇河大坝与敦化大闸上游两岸有明显的堤线，且两建筑物没有调蓄功能，治导线规划结合计算的水面线和现有堤线进行。4.1.2有堤防河段治导线以堤防线控制已完成治理的河段，防洪达标的应以堤线作为洪水治导线，并可能考虑批复建设的堤坝工程，统一规划。4.1.3充分利用已建工程及天然节点已建工程及河道的天然节点，对河势演变起着不同的控制作用，在规划中需充分考虑。同时对阻水挑流、于对岸不利、影响行洪的工程要建议拆除。4.1.4治导线各段应平顺连接两岸治导线间距宽应满足河道泄洪的要求，同一河段治导线宽度不宜突然放大和缩小，对局部束水严重、泄洪能力明显小于上下游的窄河段，宜清除阻水障碍、合理展宽治导线宽度，并应与上下游平缓衔接。4.1.5治导线与潇河流域相关规划衔接本次治导线规划与潇河流域市区段综合治理工程、潇河城区段河道治理工程、山西转型综合改革示范区潇河生态文化修复景观带（太原段）工程紧密结合，结合治导线规划合理进行河道治理及生态修复。4.1.6规划指导线控制宽度治导线宽度应结合现状地形和设计洪水天然水面轮廓线而定，若治导线过宽则占用耕地面积过大，造成不必要的浪费，若过窄则人为增加洪水损失程度，造成治理投资过大，因此本次治导线宽度结合上、下游治导线宽度，局部过宽过窄断面适当进行展宽或缩窄。4.2治导线规划根据水利工程、地形、人口密集程度、河道侵占物挤占河道程度等影响因素，可将潇河分为四段治理。（1）规划起始点松塔水库桩号（0+00048+050大坝下游坝脚）该段河道基本为天然河道，沿岸分布村庄多在两侧高台地上，桩号 5+846 以下河道右侧基本与 317 省道相伴而行，左侧为农田或高山，局部过宽过窄断面适当进行展宽或缩窄。治导线基本按淹没线控制，河段河滩地势平坦，淹没线范围较大的根据地形及水流条件适当缩窄；治导线基本沿 317 省道临河侧路基控制，部分淹没线距省道较远的，按淹没线控制，对省道造成淹没的河段规划进行治理，治导线沿省道路基布置。（2）松塔水库段廷（桩号 48+05072+687）从松塔水库至西洛镇潇河干流基本上处于砂页岩地层。该段河道蜿蜒曲折，弯道甚多，主槽忽左忽右，随山就势；基本上属窄深”U”型河道，山高谷深，地高水低，主槽河床大部分为基岩，滩地多为阶地。（3）段廷晋中市界（桩号 72+687118+381）该段河道进入晋中盆地东缘黄土丘陵及黄土沟台区，河流纵坡相对变缓，河谷变宽，两岸发育宽缓阶地，河床及漫滩为卵石混合土。其中西窑北合流旧桥进行了治理，内容包括新建左侧土堤防、主槽疏浚和险工段加固。潇河大坝晋中界进行了治理，防洪标准为 50 年一遇洪水，内容包括新建堤防、主槽蓄水、险工段加固等；该段河道两侧还进行了生态治理，主要包括莲花湾景区和潇河湿地公园等。治导线规划基本上沿现有堤防外堤脚线、省道路基线和山体坡脚线确定。（下转第 48 页）河道整治42SHANXI WATER RESOURCES山西水利山西水利山西水利（4）晋中市界入汾口（桩号 118+381-140+838）该段河道长 22.46 km，100 年一遇洪峰流量为1 897 m3/s，现状河道在两市交界处至太太路桥间两侧没有堤防