辽宁大清河行洪能力分析研究.pdf

2023年7月收稿日期：20220628作者简介：王伟（1990），男，工程师，主要从事河道管理工作。DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.07.011辽宁大清河行洪能力分析研究王伟（辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局），辽宁沈阳110003）摘要：大清河发源于辽宁大石桥市东部山地东大岭，流域面积1 482 km2，由东向西流经海城、大石桥和盖州，在盖州市注入渤海。现状堤防工程分布在河口202国道桥河段，该段两岸堤防防洪标准为50 a一遇。202国道桥以上至河源段为农村段，规划防洪标准为10 a一遇。近年来，大清河经过系统整治，河道防洪工程整体情况较好，但通过本次行洪能力分析发现，大清河仍然存在防洪薄弱环节，堤防薄弱段大致可分为堤防欠高欠宽段、无堤段（村屯）2种类型。关键词：大清河；防洪标准；堤防；行洪能力中图分类号：TV122+.5；TV877文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）07-0044-041基本情况1.1河道情况大清河发源于辽宁大石桥市东部山地东大岭，流域面积1 482 km2，由东向西流经海城、大石桥和盖州3个市20个乡镇农场，在盖州市西海农场注入渤海。流域位于东经12214411230013、北纬401518404216，东以大洋河为界，西邻渤海，北靠海城河，南面以碧流河为界。大清河全长100.7 km，河道平均比降为4.45，上游有2条分支，东侧支流流域面积 596.3 km2，西侧支流流域面积399.7 km2。石门水库位于东侧支流，建成于 1971年，控制面积410 km2，距河口61.5 km，是大清河流域的骨干工程。大清河流域总的地势为东高西低，从地貌和河道功能上可分为3个区域（不包括石门水库），即东部低山区、中部丘陵区、下游平原区。（1）东部低山区。本区位于河流上游，面积663 km2，占流域面积的45%，区内山峦重叠，山地高程介于150500 m，植被好。本河段平面形态总体平顺，局部弯曲，河道比降约为11，河床狭窄，河床质为砂卵石，两岸地势较高，具有典型的山区河道特点，为无堤河段。（2）中部丘陵区。本区位于河流中游，面积395 km2，占流域面积的26%，地面高程为20200 m，区内丘陵起伏，沟壑纵横，植被较差，水土流失严重，是本河主要的泥沙来源。本河段弯道较多，整体平面形态呈“几”字形走势，比降约2，河床窄深，属地下河道，河床质为淤泥砂，两岸生态植被较好。（3）下游平原区。本区位于河流下游，面积422 km2，占流域面积的29%，地面高程多数在20 m以下，区内地势平坦，土壤肥沃，是主要城区所在。本河段河道平面形态较为平顺，河床宽浅，河道比降小于1，河床质为细砂和淤泥，生态植被较好，两岸有连续堤防。1.2现有防洪工程情况大清河现状堤防工程主要分布在河口202国道桥河段。该段为盖州市城区段，两岸堤防防洪标准为50 a一遇。其中，左堤长约13.5 km（河口202国道桥），右堤长约 8.4 km（沈海高速桥202国道桥）。堤防堤距 280670 m，堤高 28 m，迎水坡1 2.51 3，背水坡 1 21 2.5。左岸城区段堤顶宽约20 m，为沥青路面，路面宽57 m，堤坡及堤顶植被丰富，高大树木较多；右岸长大铁路桥以上段堤防堤顶宽约20 m，为沥青路面，路面宽57 m，堤坡及堤顶植被丰富，高大树木较多。202国道桥以上至河源段为农村段，规划防洪标准为10 a一遇，现状无堤防。1.3拦、跨河建筑物情况大清河现有跨河桥梁43座，包括铁路桥2座、高速公路桥1座。按行政区划统计，盖州市29座，大石桥市14座。2河道演变分析2.1平面演变分析根据河道变化情况及河势演变剧烈程度，将大海河水利442023.No.7清河分为3个河段加以分析。（1）石门水库以上段。本河段为典型的山区河道，河床狭窄，河床质为砂卵石，基岩埋深较浅，洪水期河床下切及摆动均受到一定限制。从套绘图可见，19972008 年，河段主槽基本无大的变动。2008 年以后，由于河道两侧自然高地和公路的限制，本河段弯道的位置基本没有改变，主要是滩槽相对位置发生变化。总体而言，本河段以自然演变为主，平面形态较为稳定，具备典型的山区河道特性。（2）石门水库202国道桥段。本河段为丘陵区河道，天然河道河床窄深，河床质为淤泥砂。从套绘图可见，19972008年，河道细窄多弯，主槽摆动较大。20082020年，本河段陆续建设了拦蓄工程、护岸工程等，平面形态变化主要表现为主槽拓宽、水面变大、形成多处连续水面。总体而言，本河段平面演变受人类活动影响较为明显，河道整体走势一致，但平面形态变化较大，主要表现为主槽拓宽、形成多处连续水面。（3）202国道桥河口段。本河段为平原河道，河床宽浅，河床质为细砂和淤泥。从套绘图可见，由于河道两侧堤防和桥梁、拦河闸坝的限制，河道摆动幅度很小。总体而言，本河段局部平面演变受人类活动影响较为明显，整体河势较为稳定。2.2横向演变分析大清河现有水文测站1处，为望宝山站。图1为望宝山站19692017年横断面套绘成果。如图1所示，望宝山站断面呈“V”形，深泓略微靠左，主槽宽约 100 m，左岸无明显边滩，右岸边滩宽约 60 m。19691994年，河道断面冲淤幅度不大，主槽冲刷幅度在1 m以内，滩地淤高幅度在1 m以内；19952007年，河道主槽冲刷明显，幅度约为2 m，分析原因可能是受到河道采砂的影响；2012年大清河发生较大洪水，河道主槽明显右移，同时下切约 2 m；20122017年，河道主槽扩宽拓深，进一步下切，分析原因可能是此处受护岸工程实施的影响。因此，本段河道横向变化并不剧烈，纵向上因大洪水冲刷和人工改造而下切，整体呈现逐年冲刷的特性。3现状河道行洪能力分析3.1历史洪水及已有成果复核3.1.1计算方法本次水面线计算采用能量方程式进行，能量方程式为：Z2=Z1+hf+hj+a1v12/2g-a2v22/2g（1）式中：Z1、Z2分别为下、上游断面的水位（m）；hf、hj分别为上下断面间的沿程局部水头损失（m）；v1、v2分别为下、上游断面的流速（m/s）；a1、a2为动能修正系数；g为重力加速度（m/s2）。桥壅水高度计算采用鲍氏公式：Z=（v2-v12）（2）V2PvS/（1+P）（3）V1=Q/（W过W阻）（4）式中：Z为桥壅水高度（m）；为与水流进入桥孔阻力有关的系数；v为有冲刷情况时桥下平均流速（m/s）；v1为天然条件下桥下平均流速（m/s）；P为与桥孔冲刷有关的系数；W过、W阻为桥的过水和阻水断面面积（m2）；vS为桥下设计洪水流速（m/s）；Q为天然流量（m3/s）。橡胶坝上水位计算采用橡胶坝泄量计算公式及水闸泄流计算公式。橡胶坝泄流计算公式为：Q=mB2g ho3/2（5）式中：Q为过坝流量（m/s）；为淹没系数，取1.0；为淹流侧收缩系数，取1.0；m为流量系数；B为溢流断面平均宽度（m）；h0为计入行进流速的堰顶水头（m）；g为重力加速度（m/s2）。橡胶坝袋完全坍塌时，可视作宽顶堰。其泄流计算公式采用 水闸设计规范（SL265-2001）中孔流和堰流计算公式，计算前先判别水流状态，然后选用相应公式1。3.1.2计算范围大清河干流上控制性工程有石门水库，因此本次计算将河道分为2段进行，即石门水库以下段、石门水库以上段。3.1.3地形资料平面地形资料采用2006年1 5 000平面地形图，图1望宝山站历年横断面套绘成果累加距/m121086420-2高程/m2017-04-262012-04-202012-08-101994-05-051969-05-262007-05-07050100150200250300王伟：辽宁大清河行洪能力分析研究452023年7月并以2019年航拍图作为参考。横断面采用2020年实测河道大横断面，纵断面包括2020年实测堤防纵断面及无堤段村屯纵断面。3.1.4历史洪水及已有成果（1）复核的历史洪水。近年以来，大清河开展生态廊道建设，大规模建设拦蓄工程、景观道路等，河道地形及植被覆盖等情况均变化较大，加上近年来城市开发建设，大清河沿线跨河桥梁明显增多。为确保洪水复核切合实际，本次计算断面采用2020年实测成果，拟复核年份选取2012年的大水年。2012年，大清河望宝山站实测最大洪峰流量为4 020 m/s（最高水位30.63 m），洪水期间部分河段形成漫滩，本次即采用2012年洪水作为大清河洪水模拟计算的复核依据。望宝山站位于白果村石门水库段，历史洪水用于复核验证该河段计算模型。（2）复核的已有成果。2019年，营口市水利勘测建筑设计院编制了 盖州市大清河（石门西英守堡段）河道治理工程初步设计报告，河道治理长度为8.8 km，护岸工程防洪标准为10 a一遇。报告对英守堡村石门水库段进行了设计洪水计算，本次对该成果10 a一遇设计水面线进行复核。3.1.5边界条件及控制断面河口石门水库段洪水复核计算起点水位采用营口站设计潮水位成果。其中，河口202国道桥段计算洪水频率取50 a一遇，202国道桥石门水库段计算洪水频率取10 a一遇。石门水库以上段洪水复核计算起点水位采用石门水库设计最高水位，计算洪水频率取10 a一遇。3.1.6洪水复核通过不断调整模型中包括断面间距、滩槽划分、地形处理、糙率选取、模型计算参数确定等诸多影响因素，结合对比望宝山站 2012 年实测水位流量关系、英守堡村石门水库段设计水面线成果等，最终复核得到与历史洪水及已有成果较为接近的数学计算模型。3.2堤防现状行洪能力复核行洪能力分析是充分利用已有规划、设计成果，结合测量成果分析计算各河段水面线，分段掌握河道现状行洪能力，并复合确定特征水位2。河道行洪能力分析是一个非常复杂的过程，目前国内还处于初级阶段3。本次大清河现状行洪能力分析计算模型采用地形资料为2020年实测河道大横断面，模型参数通过复核望宝山站2012年历史洪水、英守堡村石门水库段已有成果等进行率定，且2012年至今大清河实测水文资料无大洪水记录，因此计算模型选取是合适的。本次行洪能力分析50 a一遇的堤防超高采用1.0 m。堤防现状行洪能力复核成果，详见表1。表1大清河有堤段现状行洪能力基本情况岸别左右河段河口202国道桥河口202国道桥有堤段河口沈海高速桥沈海高速桥王家闸王家闸民胜桥民胜桥202国道桥沈海高速桥民胜桥民胜桥202国道桥长度/km5.20.86.31.86.71.8评价标准频率50 a一遇50 a一遇50 a一遇50 a一遇50 a一遇50 a一遇流量/（ms-1）4 7504 7504 7504 7504 7504 750复核成果频率50 a一遇50 a一遇50 a一遇50 a一遇50 a一遇50 a一遇流量/（ms-1）4 7504 7503 1004 7503 1004 750备注达标达标不达标达标不达标达标202国道桥以下段属于平原区，两岸基本有连续堤防，全部为盖州城区段。本河段两岸防洪标准为50 a一遇。其中，左岸河口王家闸段约6 km堤防满足50 a一遇防洪标准、超高为1 m，王家闸民胜桥段约 6.2 km 堤防堤顶高程低于 50 a一遇洪水位，民胜桥202国道桥段约 1.8 km 堤防满足 50 a一遇防洪标准、超高为1 m；右岸沈海高速桥民胜桥段约6.7 km堤防堤顶高程低于50 a一遇洪水位，民胜桥202国道桥段约1.8 km堤防满足50 a一遇防洪标准、超高为1 m。4无堤段薄弱环节段分析辽宁主要河流堤防多兴建于20世纪八九十年代，受当时技术水平的限制，标准偏低，加之部分河流河势演变剧烈，现状河道的防洪能力和薄弱环节尚不明晰，给防洪减灾科学调度带来了极大困难4。近年来，大清河经过系统整治，河道防洪工程整体情况较好，但通过本次行洪能力分析发现，大清河仍然存在防洪薄弱环节，堤防薄弱段大致可分为堤防欠高欠宽段、无堤段（村屯）2种类型。在合理确定河流薄弱环节及相应安全泄量的基础上，提出防范应对措施5，详见表2。海河水利462023.No.7序号123456789岸别左右右左右左左右左有堤段或无堤段（村屯）王家闸民胜桥沈海高速桥民胜桥牵马岭工厂赶马河村下狮峪村落水寨村马连峪村太阳沟村板长村堤长/km6.36.7-行政区盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市大石桥市评价标准流量/（ms-1）4 7504 7501 8711 8711 8711 8711 1481 130467频率50 a一遇50 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇复核成果流量/（ms-1）3 1003 1001 5001 6501 1001 600700800178建议措施封堵及避险封堵及避险避险避险避险避险避险避险避险表2大清河防洪薄弱段及防范应对措施统计以堤防欠高欠宽段为例，介绍一下其中存在的薄弱环节。（1）202国道桥石门水库段。202国道桥石门水库段属于低山丘陵区，两岸为无堤段。本河段防洪标准为10 a一遇，现状行洪能力基本能够达到设计标准，防洪保护目标主要为村屯。其中，牵马岭、财神庙、下狮峪、落水寨、马连峪4个村屯不满足10 a一遇洪水行洪要求。（2）石门水库以上段。石门水库以上段属于低山区，两岸多为无堤段，经过盖州市、大石桥市2个行政区。本河段防洪标准为10 a一遇，现状行洪能力基本能够达到设计标准，防洪保护目标主要为村屯。其中，太阳沟、板长2个村屯不满足10 a一遇洪水行洪要求。5建议建议尽快开展大清河堤防达标建设，加快险工防护工作，在穿堤建筑物所在堤段加强防护工程的建设；尽快落实河道内清障工作，并对堤防管理及保护范围内的鱼塘进行全面清除，确保堤防结构安全；在有条件的情况下对阻水桥梁及建筑物进行改建。做好汛期的洪水预警预报及堤防巡查工作，重点加强对堤防欠高欠宽段、险工险段及穿堤建筑物堤段的巡查。由于大清河堤坡及堤顶高大树木较多，汛期还应加强堤防渗流观测。准备好临时抢险物资，根据预警预报及时撤离可能受洪水威胁的居民。现有防洪工程的防洪能力及其对应的特征水位确定等需要经过一个反复修正校订的过程，每次经历大洪水过后、一定时段过后及所在河段防洪工程和河道地形发生较大变动后均需组织人员对其进行复核校正，以保证其为防汛指挥决策提供的数据尽量准确。参考文献1 水利部.水闸设计规范：SL 265-2001S.北京：中国水利水电出版社，2001.2 吴晓东，刘炜伟，任晨曦，等.沂沭泗水系新沭河下段现状行洪能力分析J/OL.中国防汛抗旱，2020：1-52020-12-17.https：/doi.org/10.16867/j.issn.1673-9264.2020，1563 刘征涛.大凌河河道行洪能力复合分析J.水利规划与设计，2018（5）：604 杨斌斌.辽宁河道行洪能力分析关键技术探讨J.东北水利水电，2021（6）：495 刘兴华.流域防洪能力分析D.南京：河海大学，20075结语六股河青山水库以下并非完全兴城、绥中县界河，左岸有较长一部分岸线为绥中界域，该区域能够形成单独防洪保护区，不存在上下游衔接问题。通过设计洪水计算，为该河道治理提供了科学依据。治理后该河道防洪标准得以提高，一旦发生设计洪水，可以保障区域内人民生命财产安全，为当地创造良好的生活生产环境发挥了重要作用。参考文献1 陈彬洲.镇安县县河设计洪水计算方法比选及成果合理性评价探析J.地下水，2020（6）：217-219.2 贾玲，孙栋元，牛最荣，等.大夏河设计洪峰流量分析J.水利规划与设计，2021（4）：115-118.3 吕小愚.吉木萨尔县小龙口水库工程设计洪水计算J.地下水，2021（6）：301-303.4 吕小愚.呼图壁县阿克萨依沟设计洪水计算探讨J.陕西水利，2021（3）：40-41，44.5 王乐文.康县清河流域设计洪水计算及合理性分析J.陕西水利，2022（1）：94-95，98.6 程旭，马细霞，肖遥，等.黄河中游河南段设计洪水及其地区组成研究J.中国农村水利水电，2022（4）：65-71.（上接第26页）王伟：辽宁大清河行洪能力分析研究47