汾河靜樂(lè)縣城段左岸堤防改建防洪評(píng)價(jià)

張競(jìng)競(jìng)

（山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，太原 030024）

汾河是我省最大的河流，也是黃河第二大支流，自寧武縣管涔山發(fā)源地至上蘭村為上游段，全長(zhǎng)217.6km，靜樂(lè)縣位于晉西北汾河上游。汾河靜樂(lè)縣城段左岸堤防改建工程全長(zhǎng)933m，依汾河靜樂(lè)縣的左岸而設(shè)。汾河靜樂(lè)縣左岸堤防改建工程就是在保證縣城防洪安全的前提下，結(jié)合縣城至杜家村公路建設(shè)，局部地段理順河道，為縣城發(fā)展留下空間。由于汾河靜樂(lè)縣城段左岸堤防改建工程項(xiàng)目涉及對(duì)汾河的防洪影響，故對(duì)靜樂(lè)縣城段左岸堤防改建工程所在河段的河勢(shì)、防洪及上下游河道工程進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)，并提出消除影響應(yīng)采取的措施，為工程的順利施工和河道的安全運(yùn)行提供依據(jù)。

1 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

改建段位于新建汾河大橋開(kāi)始至迎新大橋上游760m彎道止，全長(zhǎng)933m（樁號(hào)1＋219m至樁號(hào)2＋152m）。該段地形較為平坦開(kāi)闊，主河槽寬度在200～240m，兩岸均有堤防，部分地段堤線曲度較大，所以對(duì)該段進(jìn)行左岸堤防改建，以理順河道，為靜樂(lè)縣的美化治理奠定基礎(chǔ)。

1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)確定

堤防防洪保護(hù)對(duì)象為靜樂(lè)縣城，是重要的文化經(jīng)濟(jì)區(qū)域，人口少于20萬(wàn)，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—94）規(guī)定，屬于Ⅳ級(jí)城市，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇。

工程左岸縣城至杜家村的公路根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—94）規(guī)定，采用50年一遇。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-98）中的SL51—93第2.1.1條，本工程堤防級(jí)別為4級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇。

1.2 堤防改建段設(shè)計(jì)洪峰流量

汾河上游的各工程，采用面積比的指數(shù)均為0.5，因此本次仍采用面積比的0.5次方。堤防改建段各頻率設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表1。

表1 堤防改建段設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

1.3 壅水分析計(jì)算

河道水面線計(jì)算，采用灘槽不同糙率的一維恒定非均勻漸變流方程計(jì)算[2]，公式為：

式中：Z 為斷面水位，m；Q 為斷面流量，m3／s；v為平均流速，m／s；α、ζ分別為動(dòng)能修正系數(shù)和局部阻力系數(shù)；K綜合流量模數(shù)[3]，由下式確定：

式中：Ai，Ri，ni分別為左灘、中槽、右灘的斷面面積、過(guò)水面積水力半徑和糙率。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)察看及橫斷面資料分析，改建斷面處河道較平緩、寬闊，屬緩流區(qū)，故自下而上逐斷面推算河道水面線，分別計(jì)算了發(fā)生P＝2%和P＝5%的設(shè)計(jì)洪水時(shí)，堤防改建前后的水面線。具體計(jì)算成果見(jiàn)表2，表3，水面線見(jiàn)圖1，圖2。

表2 P＝5%水面線計(jì)算成果表（堤防改建前后）

表3 P＝2%水面線計(jì)算成果表（堤防改建前后）

圖1 P＝5%水面線

圖2 P＝2%水面線

1.4 河床沖刷深度計(jì)算

1）水流斜沖防護(hù)岸坡的沖刷深度按《水利計(jì)算手冊(cè)》中的公式計(jì)算[5]，公式如下：

式中：hp為從河底算起的局部沖深，m；α為水流流向與岸坡交角，度；m為防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)；d為坡腳處土壤計(jì)算粒徑。對(duì)非黏性土，取大于15%（按質(zhì)量計(jì)）的篩孔直徑，cm；vj為水流的局部沖刷流速，m／s。

2）水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷按《水利計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算[5]公式如下：

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，m；vp為平均流速，m／s；vH為河床允許的不沖流速，m／s，按粗砂取0.7m／s；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取0.25。

根據(jù)以上公式及參數(shù)，當(dāng)發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，改建河段水流對(duì)岸坡的沖刷深度計(jì)算如表4所示。

表4 河道堤岸沖刷深度表

由上表計(jì)算成果可知：堤防改建后，發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，改建處一定范圍內(nèi)形成降水段，其水流流速有所增加，對(duì)河道堤防有所沖刷，改建前后水流斜沖岸坡沖刷深度最大可能增加0.45m，平行岸坡的沖刷深度最大可能增加0.15m。

2 防洪綜合評(píng)價(jià)

汾河靜樂(lè)縣城段左岸堤防改建工程項(xiàng)目拆除了現(xiàn)有左岸堤防，并向右側(cè)移20m左右，建設(shè)項(xiàng)目直接改變了現(xiàn)有堤防工程，但改建后的新堤防替代了原堤防的功能。

由于建設(shè)項(xiàng)目所在河段床面較平整，河道基本順直，斷面較規(guī)則，兩岸為漿砌石堤防，形狀較整齊，河道左岸改建裁彎取直后，致使工程上游一定范圍內(nèi)水位壅高，河道有所束窄，但河道寬度仍在200～240m，因此左岸堤防改建對(duì)河道泄洪影響不大。

建設(shè)項(xiàng)目拆除了現(xiàn)有左岸堤防，向右移20m左右，直接改變了現(xiàn)有堤防，縮窄了行洪斷面，也改變了局部河勢(shì)。

因?yàn)楹拥赖目s窄和堤防位置的變化，從而水流流速和水流方向也發(fā)生了改變，也將對(duì)河勢(shì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。但在新舊堤防的約束下，中小水流仍在堤防內(nèi)，對(duì)河勢(shì)影響不大。

靜樂(lè)縣城段汾河干流已建堤防工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，其主要任務(wù)是保證靜樂(lè)縣城的安全和保護(hù)兩岸村鎮(zhèn)及灘地免受洪水沖刷。左岸堤防改建如與原堤防銜接好，對(duì)兩岸堤防影響不大。

本工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，與《防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定一致，與本段河道的有關(guān)管理規(guī)定相適應(yīng)。

3 工程影響防護(hù)措施

3.1 對(duì)河道泄洪、河道管理影響的防治補(bǔ)救措施

本項(xiàng)目需在河道內(nèi)進(jìn)行施工建設(shè)，會(huì)出現(xiàn)在河道內(nèi)堆渣、棄渣的現(xiàn)象，影響河道行洪安全。建議妥善安排施工期，并在施工完成后，將棄渣清理出河道，防止洪水受阻或棄渣被帶入主河道。施工期要與河道主管部門、水情部門保持密切聯(lián)系，根據(jù)洪水預(yù)報(bào)，合理安排工期，以確保順利施工和安全度汛?？⒐を?yàn)收前，應(yīng)及時(shí)清除施工便道等臨時(shí)建筑物，產(chǎn)生的棄渣廢料也應(yīng)及時(shí)清理出河道，集中處理，并按有關(guān)規(guī)范要求恢復(fù)河道原貌，以保證汛期行洪安全。

3.2 壅水及沖刷補(bǔ)救措施

由水面線分析[1][4]可知：當(dāng)發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，原河道寬度237～259m，改建后河寬為209～253m，改建前后最大壅水高度為0.20m，壅水長(zhǎng)度約500m，左岸堤頂高程為1212.13m，改建后水位為1211.90m；

當(dāng)發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，原河道寬度238～260 m，改建后河寬為210～255m，改建前后最大壅水高度為0.26m，壅水長(zhǎng)度約500m，二級(jí)公路寧白線路面高程為1212.5m，改建后水位為1212.49m。

工程建設(shè)后河道有所束窄，使工程上游形成壅水段，應(yīng)重新復(fù)核堤頂高程，原堤防堤頂高程若不滿足要求，應(yīng)該抬高堤頂或路基。

3.3 減少對(duì)環(huán)境與水質(zhì)影響的防治措施

建設(shè)初期應(yīng)及時(shí)做好水土保持工作，對(duì)可能造成的水土保持方面的影響做好預(yù)測(cè)和評(píng)估，并擬定減少影響所應(yīng)該采取的措施；對(duì)施工區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的廢水、污水等應(yīng)通過(guò)適當(dāng)處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，不得任意棄置或直接向河道排放，避免對(duì)河道水質(zhì)及周邊環(huán)境產(chǎn)生污染；對(duì)河道、岸邊開(kāi)挖等毀壞的生物保護(hù)和地表植被進(jìn)行恢復(fù)。堤防改建后，對(duì)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的廢水、污水等進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，采用相應(yīng)的污水處理措施，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，不得任意棄置或直接向河道排放，避免對(duì)河道水質(zhì)及周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)本工程所在河段水文氣象特性、河床沖淤演變以及工程建設(shè)對(duì)所在河段防洪影響情況的分析計(jì)算，得出如下結(jié)論，并提出有關(guān)建議：

1）本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇設(shè)計(jì)洪水；靜樂(lè)縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，符合《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201——94）要求，滿足防洪要求。

2）工程處的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算采用延長(zhǎng)系列后的成果，其20年一遇洪峰流量為1702m3／s，50年一遇洪峰流量為2310m3／s，堤防改建時(shí)河道按20年一遇洪水位設(shè)防，以保證達(dá)到20年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3）本工程建設(shè)不與現(xiàn)有水利規(guī)劃沖突，對(duì)河道的河勢(shì)穩(wěn)定性影響甚微。

4）堤防改建后，使得過(guò)流斷面有所變窄，對(duì)河床及堤防的沖刷有所加劇。

當(dāng)河道發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，改建后水流斜沖岸坡最大沖刷深度為1.58m，平行岸坡的沖刷深度為2.76m。設(shè)計(jì)堤防基礎(chǔ)防護(hù)深度不小于2.8m，對(duì)改建段上下游500m范圍內(nèi)現(xiàn)有堤防進(jìn)行加固處理。

5）靜樂(lè)縣城段左岸堤防改建后，發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，壅水0.2m，原堤防堤頂高程可能不滿足要求，應(yīng)該抬高堤頂或路基。

6）工程施工應(yīng)避開(kāi)汛期，在汛期來(lái)臨前結(jié)束工程施工，并推平施工便道等臨時(shí)建筑物，恢復(fù)河道原貌，以利洪水通暢宣泄。

[1]吳持恭主編.高速水利學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)）編.水利學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]葉守澤.水文水利計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，1992.

[3]吳明遠(yuǎn)，詹道江，葉守澤.工程水文學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1987.

[4]葉秉如.水利計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，1985.

[5]梁在潮，李煒，黃克中，等.水利計(jì)算手冊(cè)[M].北京：水利電力出版社，1983.