防洪河道拓宽工程方案对比研究.pdf

126云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-06-20 作者简介：洪树星（1990-），男，广东潮州人，工程师，主要从事水利工程管理工作。防洪河道拓宽工程方案对比研究洪树星（潮州市金桥中介服务有限公司，广东潮州521000）摘要：研究针对石岩河防洪河道拓宽工程进行了方案研究。通过对河道现状及问题的分析，提出了向左岸拓宽和向右岸拓宽2种方案。通过比较分析，选择了向左岸拓宽方案，并进行了具体的方案设计。同时，讨论了拆迁和征地工作、上下游衔接和迁改高压线路的相关问题。最后，提出了施工计划和管理的重要性，并强调了质量控制、安全管理以及其他考虑因素。关键词：石岩河；防洪；河道拓宽中国分类号：TV87 文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)03-0126-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.032Comparative Study on Flood Control River Widening Engineering SchemesHONG Shuxing(Chaozhou Jinqiao Intermediary Service Co.,Ltd,Chaozhou 521000,China)Abstract：This paper conducts a scheme study on the widening project of the Shiyan River flood control channel.Through the analysis of the current situation and problems of the river,it proposes two options:widening towards the left bank and widening towards the right bank.Through comparative analysis,a widening plan towards the left bank was selected and a specific plan design was carried out.Meanwhile,this paper discusses issues related to demolition and land acquisition,upstream and downstream connections,and relocation of high-voltage power lines.Finally,it highlights the importance of construction planning and management,and emphasizes quality control,safety management,and other considerations.Keywords：Shiyan River;flood control;river widening0引言随着城市化进程的不断推进，河道治理和防洪工程的重要性日益凸显。石岩河作为该地区的重要河流，其防洪能力和水流条件对周边地区的安全和发展起着重要的影响。然而长期以来，石岩河存在着清淤疏浚和防洪瓶颈等问题，亟需进行拓宽工程的规划和实施。对石岩河防洪河道进行拓宽工程方案的研究，以提高河道的行洪能力和水流条件，保障周边地区的安全1。研究首先对石岩河的位置、长度和现状进行了概述，并明确了需要解决的问题，包括清淤疏浚和防洪瓶颈。然后，通过比较分析，提出了向左岸拓宽和向右岸拓宽两种方案，并详细讨论了各方案的优缺点和适用性。基于综合比较，选择了向左岸拓宽方案，并进行了具体的方案设计。1工程概况石岩河的位置位于某地的城市区域，其河道起点为河口至青年路桥段，终点为桩号 WJZO+000至 WJZO+400。河道的总长度为 623 m。河道的平面布置基本维持了河道现状走向，即沿着原有的河道路径延伸。然而，在这一段河道中存在一些问题需要解决。首先，河道需要进行清淤疏浚，以保证水流的通畅。由于沉积物的堆积，河道淤积严重，导致水流受阻，增加了洪水发生的风险。清淤疏浚工作将有助于恢复河道的正常水力条件，减少洪水的发生概率。其次，青年路桥上游桩号WJZ0+400 至 WJZ0+438 段存在河道防洪瓶颈问题，这段河道的宽度较窄，无法有效容纳大量的水流，127洪树星防洪河道拓宽工程方案对比研究一旦发生洪水，可能引发严重的洪灾。因此，必须采取相应的措施来扩宽该段河道，增加其排洪能力，降低洪水风险2。为了解决这些问题，拟提出 2 种方案进行比较研究。首先是拓宽河道行洪的方案，即通过河道的左岸或右岸进行拓宽，以增加河道的容积和排洪能力。对于这 2 种方案，需要充分考虑现有建筑物的拆迁、征地以及对水流条件和上下游衔接的影响等因素3。通过工程的实施，预期能够改善河道的状况，提高防洪能力，并保护当地居民的生命和财产安全。2影响分析研究2.1模型建立利用水文和水力学原理，建立洪水计算模型。该模型包括水文模型和水力模型，用于模拟洪水的产生、传播和排泄过程。二维水动力数学模型通常使用连续方程和动量方程来描述水流的运动行为。以下是二维水动力数学模型的基本控制方程。2.1.1二维连续方程（质量守恒方程）（hu）/x+（hv）/y=S（1）式中：h 水深；u 和 v 水流速度分量；x 和 y 空间坐标；S 源项（包括降雨和汇水等）。2.1.2二维动量方程（动量守恒方程）（hu）/t+（hu2）/x+（huv）/y+gh（z/x）=_x+S_x（2）（hv）/t+（huv）/x+（hv2）/y+gh（z/y）=_y+S_y（3）式中：t 时间；g 重力加速度；z 水位的高程；_x和 _y水平和垂直方向的剪切应力，S_x，S_y源项（包括摩擦、压力梯度和外部力等）。2.1.3边界条件在模型中需要指定适当的边界条件来约束水流的行为，常见的边界条件包括定水位边界、定流量边界、自由出流边界等。上述方程组是基于二维水动力模型的基本方程，实际应用中还可以根据需要引入其他项，如湍流、水质、沉积物输运等。求解这些方程组通常需要采用数值方法，如有限差分法、有限元法或有限体积法等，以离散化和求解模型方程。通过迭代计算，可以得到二维水动力模型的数值解，用于模拟和预测水流的运动、水深分布和流速分布等信息。需要注意的是，具体的二维水动力数学模型控制方程的形式和参数取值可能根据模型的类型和实际应用情况而有所差异。因此，在实际应用中，需要根据具体问题和模型选择相应的数学模型和控制方程4。2.2设定设计洪水根据石岩河流域的特点和工程要求，确定适当的设计洪水，如不同重现期的设计洪水，以评估河道在不同洪水情景下的承载能力。设计洪水公式是用于确定特定设计频率下的洪水流量的数学表达式。2.2.1理论分布法Gumbel 分布公式：Q=Aexp-exp（X-B）/C）Q=Aee-皮尔逊 III 型分布公式：Q=A1-exp-B（X-C）D式中：Q 设计洪水流量；A、B、C、D 经验系数；X 洪水频率。2.2.2经验公式水文比例公式：Q=KAB沃爾夫公式：Q=KABCD式中：Q设计洪水流量，A流域面积，K、B、C、D经验系数。2.2.3统计公式均值频率公式：Q=KT（-a）Ab洪水频率分析公式：Q=K（T-T0）aAb式中：Q设计洪水流量；T设计频率；A流域面积；K、a、b、T0统计参数。这些设计洪水公式的具体形式和参数取值通常基于历史洪水数据和经验分析，不同地区和流域可能存在差异。因此，在实际工程中，选择适用的设计洪水公式需要考虑具体的地理、气候和水文特征，并结合当地的洪水数据和实测资料进行校核和调整，以确保设计的准确性和可靠性5。3方案拟定在石岩河防洪河道拓宽工程中，提出了 2 种拓宽方案：向左岸拓宽和向右岸拓宽。下面对这 2种方案进行介绍，并分析它们的主要建设内容和128云南水力发电2024 年第 3 期拆迁情况。3.1向左岸拓宽方案向左岸拓宽方案的主要建设内容是将河道向左岸拓宽至 4 m，并新建 1 段长 40 m 的挡墙。这种方案需要拆迁现状民宅 2 962 m2，并且需要拆除现状的高压变电柜。3.2向右岸拓宽方案向右岸拓宽方案的主要建设内容是将河道向右岸拓宽至 4 m，并新建 1 段长 40 m 的挡墙。相比向左岸拓宽方案，向右岸拓宽方案需要拆迁的现状民宅面积较小，仅为 2 322 m2。然而，该方案存在 1 个问题，即河道水流条件较差，且与上下游的衔接不顺，因此在实施该方案时还需进行高压线路的迁改工作6。综合比较这 2 种方案，它们各自具有优点和缺点。向左岸拓宽方案虽然需要较大的征地拆迁面积，但能够调整河道的水流条件，使河道更为顺直，有利于水流的畅通。而向右岸拓宽方案虽然征地拆迁面积相对较小，但由于水流条件较差和衔接问题，实施该方案需要进行额外的高压线路迁改工作。综合考虑河道顺直度、水流条件和征地拆迁面积等因素，本阶段推荐选择向左岸拓宽方案。虽然该方案需要进行较大规模的拆迁工作，但通过调整水流条件，能够有效改善河道的排洪能力，降低洪水风险，并且对上下游的衔接效果较好。3.3方案比较在对 2 种方案进行综合比较后，发现向左岸拓宽方案相比向右岸拓宽方案具有以下优势：河道顺直度：通过向左岸拓宽，可以使河道更为顺直，有利于水流的畅通和排洪能力的提升；水流条件：向左岸拓宽能够调整河道的水流条件，使水流更加稳定和顺畅，减少水流的阻力；征地拆迁面积：虽然向左岸拓宽方案需要进行较大规模的征地拆迁，但相对于向右岸拓宽方案，拆迁面积较少7，具体的对比方案见表 1；水流调整：通过向左岸拓宽，可以调整河道的水流条件，使水流更加顺畅，提高河道的排洪能力，从而减少洪水风险。为进一步分析 2 种处理方案对石岩河防洪河道拓宽区洪水位的影响程度，选择对拓宽区洪水位具有决定性影响的河口（A112）断面，比较不同情况下该断面洪水位的变化情况，结果见表 2。表 2 显示，采左拓宽比现状河道的洪水位分别降低了 2.13 m、2.24 m、2.31 m 和 2.41 m，2 种方案相比，方案左拓宽对降低略石岩河防洪河道的洪水位最为有效。表 1河道拓宽方案比较表项目向左岸拓宽（推荐）向右岸拓宽主要建设内容向左岸拓宽至 4 m，新建 40 m 挡墙向右岸拓宽至 4 m，新建 40 m挡墙征地拆迁拆迁现状民宅 2 962 m2拆迁现状民宅 2 322 m2拆除现状高压变电柜优点河道顺直；水流条件好征地拆迁面积相对较少缺点征地拆迁面积较大河道水流条件较差；与上下游衔接不顺 表 2不同洪水频率的 A112 断面洪水位变化表 m不同洪水重现期10 年一遇 20 年一遇 30 年一遇 50 年一遇原河道 A112 断面水位38.9240.5642.0945.82左拓宽A112 断面水位36.7938.3239.7843.41降低值-2.13-2.24-2.31-2.41右拓宽A112 断面水位37.7439.1940.5944.19降低值-1.18-1.37-1.5-1.63根据表 2：针对不同洪水重现期，原河道A112 断面的水位和左右拓宽后的 A112 断面水位都有相应的变化。以下是各个洪水重现期对应的水位变化情况。对于 10 年一遇的洪水重现期：原河道 A112 断面水位为 38.92 m；左拓宽后 A112断面水位为 36.79 m，相对原河道降低 2.13 m，右拓宽后 A112 断面水位为 37.74 m，相对原河道降低 1.18 m；对于 20 年一遇的洪水重现期：原河道A112 断面水位为 40.56 m；左拓宽后 A112 断面水位为 38.32 m，相对原河道降低 2.24 m，右拓宽后A112断面水位为39.19 m，相对原河道降低 1.37 m；对于 30 年一遇的洪水重现期：原河道 A112 断面水位为 42.09 m；左拓宽后 A112 断面水位为 39.78 m，相对原河道降低 2.31 m，右拓宽后 A112 断面水位为 40.59 m，相对原河道降低 1.5 m；对于 50年一遇的洪水重现期：原河道 A112 断面水位为45.82 m；左拓宽后 A112 断面水位为 43.41 m，相对原河道降低 2.41 m，右拓宽后 A112 断面水位为44.19 m，相对原河道降低1.63 m。上下游衔接效果：相对于向右岸拓宽方案，向左岸拓宽方案对上下129洪树星防洪河道拓宽工程方案对比研究游的衔接效果更好，能够更好地与现有河道衔接，提高整个河道系统的稳定性和连贯性。征地拆迁面积相对较少：尽管向左岸拓宽方案需要进行较大规模的征地拆迁工作，但相对于向右岸拓宽方案，征地拆迁面积相对较少，减少了对周边居民的影响。综上，通过拓宽左岸，河道的走向将得到调整，使其更加顺直。这将有助于水流的流动，减少水流的阻力，提高水流的顺畅度。拓宽左岸后，增加了河道的断面面积，使水流的通过面积增大，从而可以增加水流的速度和稳定性。这将有助于排洪和提升河道的防洪能力。通过向左岸拓宽，可以更好地与上下游的河道衔接，确保水流的连贯性和顺畅度。这有助于避免水流在衔接处的堆积和阻塞现象，提高水流的通行能力。向左岸拓宽方案通过拆迁现状民宅并新建挡墙，有效实现了石岩河防洪河道的拓宽。这将对河道的水流条件产生调整效果，包括提高河道的顺直度、增加水流速度和稳定性，以及改善上下游衔接情况。这些调整将有助于提升河道的排洪能力和防洪能力，确保周边地区的安全和生活环境的改善。因此，方案 2 更有优势。4分析评估水位变化情况：通过数值模拟或计算，对比拓宽前后的水位变化情况。比较设计洪水下的水位高程，判断拓宽工程对水位的影响。拓宽后的水位相对较低，说明工程有效提升了河道的排涝能力。防洪能力评估：比较设计洪水下拓宽前后的水位，满足防洪要求。根据相关规范和标准，工程能够有效减轻洪水威胁，确保沿岸地区的安全。洪水推移分析：使用水动力模型，模拟洪水在拓宽后的河道中的推移过程。观察洪水在河道中的扩散和消退情况，评估拓宽工程对洪水传导和排泄的影响。拓宽后的河道能够更快地将洪水传导出去，说明工程增强了河道的排洪能力8。水流速度评估：通过水动力模拟，分析拓宽后的河道中水流速度的变化情况。比较设计洪水下的水流速度，判断拓宽工程对水流速度的影响。水流速度相对较快，可以减少水流淤积和沉积，有利于保持河道的通畅性。综合上述分析和评估，可以得出关于石岩河拓宽工程防洪能力的结论。拓宽后的河道水位变化较小、满足防洪要求，洪水推移顺畅，水流速度适宜，说明工程具备较好的防洪效果。5结束语综上所述，施工计划和管理在石岩河防洪河道拓宽工程中具有重要的作用。通过严格的质量控制、安全管理和进度控制，有效解决施工中的问题，确保工程顺利进行。同时，还要考虑环境保护、资源管理、风险管理和文件管理等因素，全面管理施工过程，确保工程质量和安全，最大程度地满足项目目标和要求。此外，研究还涉及到拆迁和征地工作、上下游衔接以及迁改高压线路等相关问题的讨论。这些因素对于方案的实施和工程的顺利推进具有重要影响。最后，研究还强调了施工计划和管理的重要性，并提出了质量控制、安全管理和其他考虑因素的措施。参考文献：1 丁婷婷.河道拓宽对地铁运行线的影响分析J.陕西水利，2023，（5）：162-165.2 宋华坤.略阳县嘉陵江三河坝至灵岩寺段河道拓宽工程滑坡体防护设计J.陕西水利，2023，（5）：112-115.3 王天凡，雷智昌，倪宇航，等.嘉陵江略阳河段拓宽对河道洪水位的影响J.泥沙研究，2023，48（1）：41-48.4 林荣新.基于生态景观理念的城市河道疏浚防洪设计综合治理实践J.水利技术监督，2022，（10）：113-117.5 殷韵，李浩年，李平.“城市双修”理念下的河道空间景观设计策略研究：以高淳石固河北延拓宽工程为例J.华中建筑，2022，40（4）：109-111.6 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