關(guān)于嘉陵江干流防洪治理工程的分析研究

陳曉歌

（水利部陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院　陜西　西安　700001）

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關(guān)于嘉陵江干流防洪治理工程的分析研究

陳曉歌

（水利部陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安700001）

摘要文章首先闡述了嘉陵江干流略陽、寧強(qiáng)段河道治理的必要性、工程現(xiàn)狀及存在的問題。接著，介紹了設(shè)計(jì)洪水水面線的計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行方案比選及合理性分析。

關(guān)鍵詞嘉陵江干流;治理;必要性;方法;分析

嘉陵江系長江上游的支流，發(fā)源于秦嶺。嘉陵江源頭存在東、西兩源。東源起自陜西省鳳縣西北涼水泉溝，西源起自甘肅省天水平南川。嘉陵江全長1119km，流域面積159800 km2。陜西境內(nèi)屬嘉陵江上游區(qū)，總長154.2km，流域面積9893km2，其中寶雞市2413km2，漢中市7480km2。

1　河道治理的必要性

略陽、寧強(qiáng)兩縣均分屬嘉陵江和漢江兩大流域，其中嘉陵江流域境內(nèi)人口占略、寧兩縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)的75%，耕地面積占總耕地面積的61%。可以看出，嘉陵江略、寧段的治理對(duì)兩縣國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展尤為重要。

歷年來嘉陵江洪水災(zāi)害頻繁，逢汛期，洪水時(shí)刻威脅著嘉陵江沿岸居民。據(jù)《略陽縣志》記載，從1448年～1949年的500年間，共發(fā)生特大洪水24次，平均20年發(fā)生一次特大洪災(zāi)。清道光七年，一場(chǎng)罕見大水洗劫縣城，毀于一旦，時(shí)駐陜西布政使的林則徐來略陽查勘，修復(fù)了城廓。截止目前，嘉陵江干流除了略陽縣城近年來修建少量堤防，但還沒有達(dá)到設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，其余段落基本沒有治理，均為無堤段。

隨著略陽、寧強(qiáng)段經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，兩岸人口、重要設(shè)施將越來越多，一旦發(fā)生洪水，即使采取積極的搶險(xiǎn)、撤離等措施，也會(huì)造成停產(chǎn)、減產(chǎn)等損失。為從根本上解決防洪問題，確保兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康、快速發(fā)展，修建防洪工程是十分必要的。

1.1是建立較完整防洪體系，提高防洪能力的需要

嘉陵江沿線的防護(hù)工程主要依靠群眾集資投勞興建，堤防標(biāo)準(zhǔn)低，質(zhì)量差，未能形成有效的防洪體系，防洪能力薄弱，而嘉陵江（略陽、寧強(qiáng)段）又是我省暴雨洪水的高頻高值區(qū)，頻繁的洪澇災(zāi)害給兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)造成很大損失。因此，必須沿江規(guī)劃、建設(shè)較完整的防洪體系，從而提高略陽、寧強(qiáng)段兩岸的防洪能力，為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供保證。

1.2是略陽、寧強(qiáng)段農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要

略陽、寧強(qiáng)段重點(diǎn)保護(hù)范圍一是人口密集的城鎮(zhèn)，一旦被淹，損失慘重；二是位于河道兩岸的灘地及一、二級(jí)階地上的農(nóng)田。這部分農(nóng)耕地是條件好的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)田，它在糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)比重中占有重要的地位。因此，保護(hù)這一部分農(nóng)田不遭受洪水災(zāi)害，對(duì)解決當(dāng)?shù)厝罕姷臏仫?、發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來說都是十分重要的。

1.3是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，略陽、寧強(qiáng)縣經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但防洪設(shè)施建設(shè)滯后，時(shí)刻影響著當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展。剛修好的路面、路基在一次洪水過后便被毀壞，鎮(zhèn)政府、重要集鎮(zhèn)經(jīng)常遭淹，臨河的工廠在洪水期間被迫停產(chǎn)。

2　防洪工程現(xiàn)狀及存在問題

多年來，略陽、寧強(qiáng)兩縣因財(cái)力所致，從未進(jìn)行過嘉陵江干流堤防工程的系統(tǒng)治理，除了略陽縣城有少量堤防工程外，其它干流堤段仍處于自然原始狀態(tài)，防洪能力也停留在不足5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。表層人工堆積層厚度較大，抗沖能力較差，現(xiàn)狀地面高程低，每遇小洪水都會(huì)造成不同程度的損失，使得耕地被淹，糧食產(chǎn)量受到影響；學(xué)校遭淹，學(xué)生停課；沿河工礦企業(yè)被迫停產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；道路被沖毀，集鎮(zhèn)供水、變電站等公共設(shè)施也遭到不同程度的破壞。每遇汛期，防洪壓力大，人心惶惶。

3　河段特性

嘉陵江在漢中境內(nèi)河段屬山溪性河流，兩岸山勢(shì)陡峻，干流河段植被較差，岸坡一般為40°左右。市境內(nèi)河長154km，平均水面寬約150m～270m，平均比降為1.35‰。河道多呈“U”型，水流湍急，洪枯水位變幅大。沿江兩岸階地不發(fā)育，耕地較少。

嘉陵江干流上游因流經(jīng)山區(qū)河谷，蜿蜒盤旋，其兩岸多為較堅(jiān)硬巖石，從而制約了河流橫向發(fā)展，河彎發(fā)展亦比較緩慢。

從河流地貌上看，在西漢水河口以上河段因比降稍陡（約1.7‰），含沙量較少，河床以侵蝕為主，出現(xiàn)一些深潭及深河槽，但局部河段因受河道急彎影響，行洪不暢，形成河床淤積。西漢水匯入嘉陵江后，水流含沙量劇增，加之比降較緩，河床以淤積為主。但在汛期，當(dāng)行洪流量Q＞3000m3/s時(shí)，淤積物多被沖至下游，河道長期以來沖淤基本平衡。唯略陽縣城段卡口處2km內(nèi)，因右岸修寶成鐵路及左岸開山采石，大量石渣傾入河道，大洪水后，仍有大塊石滯留于河道，使“U”型河床變?yōu)椤癡”型河床，從而加劇了縣城防洪壓力。

4　設(shè)計(jì)洪水水面線

4.1計(jì)算方法、公式

水面線計(jì)算采用能量守恒方程，按全斷面計(jì)算水面線，其公式為：

式中：

Z1、Z2——上、下游斷面水位（m）；

V1、V2——上、下游斷面平均流速（m/s）；

α1、α2——?jiǎng)幽苄拚禂?shù)；

g——重力加速度（m/s2）；

Q——河段平均流量（m3/s）；—斷面間距（m）；

K—河段上、下游斷面流量模數(shù)平均值，即

A——上、下游斷面面積的平均值（m2）；

表1　水面線計(jì)算成果

表2　水面線成果

n——河段平均糙率；

ξ——局部水頭損失系數(shù)。

按上式由下游向上游逐斷面推算，可得出各斷面的設(shè)計(jì)洪水位。

4.2河段糙率的確定

嘉陵江干流無直接觀測(cè)的n值，本次采用“81·8”調(diào)查洪水位與相應(yīng)的過水河道彌合反算，并參考秦嶺山區(qū)相似河道斷面資料，綜合分析確定嘉陵江河道的糙率為0.035。

4.3水面線計(jì)算

在略陽縣城處有三河口（嘉陵江、東渡河、八渡河）交匯，水流復(fù)雜，加之縣城的重要性，防洪壓力很大，在此對(duì)該段進(jìn)行了較詳細(xì)的分析論證。嘉陵江干流上其余治理河段不連續(xù)，本文不做論述。

4.3.1計(jì)算斷面的選用

本次工程范圍涉及到河道斷面主要是嘉陵江右岸樁號(hào)58+289斷面（略陽水文站附近）、嘉陵江右岸樁號(hào)58+771斷面（嘉陵江與八渡河交匯附近）和八渡河1#斷面（八渡河與東渡河交匯后）。

由于嘉陵江樁號(hào)58+289斷面處河道較窄，壅水嚴(yán)重，從防洪安全等方面考慮，以該斷面為縣城段的起始斷面進(jìn)行水面線推求。30年一遇洪水水位本次采用嘉陵江略陽水文站實(shí)測(cè)的水位～流量關(guān)系曲線查得，嘉陵江30年一遇洪峰流量Q=7740m3/s，對(duì)應(yīng)的水位為644.47m。

4.3.2水面線推求

根據(jù)河道糙率、局部阻力系數(shù)、控制斷面水位～流量關(guān)系曲線和實(shí)測(cè)的橫斷面資料，首先計(jì)算各個(gè)斷面的水力要素，再以嘉陵江樁號(hào)58+289斷面作為推求水面線的控制斷面，采用“逐段試算法”推求水面線。

（1）按30年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，嘉陵江樁號(hào)58+289斷面控制流域面積19206km2，洪峰流量Q3.33%=7740m3/s，嘉陵江樁號(hào)58+771斷面以上控制流域面積（其中包括嘉陵江、八渡河與東渡河流域面積）19807km2，洪峰流量Q3.33%=7900m3/s，八渡河洪峰流量Q3.33%=1280m3/s，東渡河洪峰流量Q3.33%=490m3/s，八渡河1#斷面以上控制流域面積601.3 km2，采用暴雨法推求得洪峰流量Q3.33%=1687m3/s。

（2）考慮到“一江兩河”對(duì)略陽城區(qū)防洪工程的重要性，根據(jù)對(duì)洪水遭遇問題的分析，從洪水歷時(shí)及實(shí)際洪水觀測(cè)情況認(rèn)為洪峰遭遇的可能性極小，為了驗(yàn)證各種不同遭遇組合下對(duì)洪水水面線的影響，計(jì)算中以實(shí)測(cè)的嘉陵江樁號(hào)58+289斷面作為控制斷面，分別按照以下4種洪水組合方案進(jìn)行計(jì)算。

方案①不考慮“一江兩河”的遭遇問題，嘉陵江與八渡河交匯后洪峰流量Q3.33%=7900m3/s，嘉陵江略陽水文站Q3.33%=7740m3/s，則八渡河與東渡河交匯后流量Q=7900.7740=160m3/s，此流量達(dá)不到2年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

方案②是將八渡河與東渡河交匯后作為一個(gè)控制流域，采用暴雨法求得洪峰流量Q3.33%=1687m3/s，嘉陵江與八渡河交匯后洪峰流量Q3.33%=7900m3/s，嘉陵江略陽水文站流量Q3.33%=7740m3/s。

方案③也是將八渡河與東渡河交匯后作為一個(gè)控制流域，采用暴雨法求得洪峰流量Q3.33%=1687m3/s，嘉陵江略陽水文站流量Q3.33%=7740m3/s，則嘉陵江與八渡河交匯后洪峰流量取Q3.33%=1687+7740=9427m3/s。

方案④是將嘉陵江與八渡河交匯后的洪峰流量取三者之和，即Q3.33%= Q嘉3.33%+ Q八3.33%+Q東3.33%=7740+1280+490=9510 m3/s，八渡河與東渡河交匯后洪峰流量的Q3.33%= Q八3.33%+Q東3.33%=1280+490=1770m3/s。各種不同遭遇情況下的水面線成果見表1。

方案①比較切合實(shí)際，嘉陵江匯流歷時(shí)遠(yuǎn)大于八渡河，同頻率洪水遭遇的可能性甚小，東渡河、八渡河的匯流歷時(shí)不同，所以兩河的洪峰流量同頻率的機(jī)會(huì)也是非常罕見的，而且從已發(fā)生的1964年、1981年、1984年及1990年大洪水實(shí)際情況看，洪峰過嘉陵江峽谷（卡口）段的先后次序是東渡河、八渡河、嘉陵江。故本次設(shè)計(jì)采用第一種方案。

采用第一種方案計(jì)算的水面線成果見表2。

4.4水面線計(jì)算成果合理性分析

為了驗(yàn)證本次推求水面線的合理性，進(jìn)行了洪水痕跡調(diào)查，距今能夠調(diào)查到的較大洪水為1981年8月18日的洪水。由于嘉陵江干流堤防工程較少，人口居住不集中，有些段落無法調(diào)查到洪水痕跡。

經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在白雀寺鎮(zhèn)調(diào)查到“81·8”洪痕。該場(chǎng)洪水在略陽水文站實(shí)測(cè)流量為8630m3/s，對(duì)應(yīng)頻率50年左右，根據(jù)各站頻率曲線，經(jīng)查8630m3/s流量在談家莊站頻率為120年，在新店子為20年一遇，可見對(duì)于同一場(chǎng)洪水自上而下對(duì)應(yīng)頻率逐漸減小，從而可以得出結(jié)論“81.8”洪水在白雀寺鎮(zhèn)頻率應(yīng)該小于50年大于20年。該場(chǎng)洪水在略陽水文站實(shí)測(cè)水位為645.92m，在白雀寺鎮(zhèn)沒有81.8洪水實(shí)測(cè)流量，按面積比擬法推求流量為8989 m3/s，查水位流量關(guān)系曲線水位為623.64m，調(diào)查水位為623.36m。本次計(jì)算20年一遇洪水流量7092 m3/s，計(jì)算水位為621.91m。30年一遇洪水流量8027m3/s，水位為622.77m。計(jì)算和調(diào)查的水位比較接近，說明本次推求水面線時(shí)確定的糙率、比降較合適。水面線成果是合理的。

5　結(jié)論

筆者淺談了嘉陵江干流（略陽、寧強(qiáng)段）設(shè)計(jì)洪水水面線的計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行方案比選及合理性分析。由于受自然地形條件、社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀的制約，嘉陵江及其支流上沒有修建水庫蓄水工程，因而不能有效的攔蓄洪水，削減洪峰流量，一遇洪水常造成大的洪水災(zāi)害。早期修建的一些防洪工程主要是堤防工程和護(hù)岸工程，標(biāo)準(zhǔn)低，且以城鎮(zhèn)段、交通干線段為主。所以，嘉陵江（略陽、寧強(qiáng)段）防洪安全隱患極其突出，對(duì)其進(jìn)行治理是十分必要的。

防洪工程是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要組成部分。通過對(duì)嘉陵江干流防洪治理工程的實(shí)施，提高了保護(hù)區(qū)抵御洪水的能力，將減輕洪水對(duì)河道沿岸造成的災(zāi)害。它在保障略陽、寧強(qiáng)縣社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長、改善人民群眾生活、提高人民的生存質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用。陜西水利

參考文獻(xiàn)：

[1]李煒.水利計(jì)算手冊(cè)（第二版）.中國水利水電出版社，2006，（6）：317.328.

[2]段艷艷.淺析渭河下游防洪治理的現(xiàn)狀與措施[J].陜西水利，2011（1）：113.114.

[3]黃繼艷.河道治理規(guī)劃設(shè)計(jì)方法及若干措施[J].黑龍江水利科技，2014（11）：71.73

（責(zé)任編輯：闕嘉雯）

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