六股河水面線計(jì)算區(qū)段劃分及斷面縱橫邊界條件探討

孟海鷹

(遼寧省鐵嶺市清河區(qū)水利局，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 況

六股河位于遼寧葫蘆島市，為該市獨(dú)流入海的河流，流經(jīng)綏中縣、興城市和建昌縣，在綏中縣小李莊鄉(xiāng)附近注入渤海，沿岸城鎮(zhèn)村屯多臨河而居。六股河下游段，村屯離河較近，地勢(shì)較平坦，在遭遇較大降雨時(shí)沿岸村屯受到洪水威脅。該河流全長(zhǎng)為162km，流域面積為3069km2。地勢(shì)由西北向東南傾斜。 地面平均海拔約200m。 山地占54%，丘陵占33%，平原占11%，沙丘占2%。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

六股河興城市段沿岸由上至下流經(jīng)興城市大寨滿族鄉(xiāng)、東辛莊鎮(zhèn)及劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。流經(jīng)范圍均為為鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)。防護(hù)區(qū)保護(hù)耕地面積1.04萬(wàn)hm2，大寨滿族鄉(xiāng)、東辛莊鎮(zhèn)及劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)均為是興城市重點(diǎn)產(chǎn)糧區(qū)和商品糧基地?！杜d城市總體規(guī)劃(2006-2020)》(上海同濟(jì)大學(xué) 2009年12月)中提出“發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，著力建設(shè)‘五帶’、‘五基地’，增強(qiáng)農(nóng)村綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力。”防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)的劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)位于‘劉臺(tái)子水產(chǎn)品養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)帶’內(nèi)；大寨滿族鄉(xiāng)、東小寨鎮(zhèn)位于‘沿高速公路10鄉(xiāng)鎮(zhèn)高效農(nóng)業(yè)精品帶’內(nèi)；高家?guī)X滿族鄉(xiāng)、大寨滿族鄉(xiāng)、東辛莊鎮(zhèn)及劉臺(tái)子滿族鄉(xiāng)均位于‘沿六股河4鄉(xiāng)鎮(zhèn)蔬菜保護(hù)帶’內(nèi)。以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)在興城市乃至葫蘆島市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占有非常重要的地位。

在六股河興城市段防洪治理的前期成果中，《六股河河道治理規(guī)劃報(bào)告》中經(jīng)分析論證后確定六股河興城市段防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇?！读珊优d城市段防洪治理工程可行性研究報(bào)告》確定六股河興城市段防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。按照防洪保護(hù)區(qū)的規(guī)模、重要性和防護(hù)要求，考慮保護(hù)區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為興城市重點(diǎn)產(chǎn)糧區(qū)和商品糧基地，并參照《興城市總體規(guī)劃(2006-2020)》中對(duì)保護(hù)區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展部署，考慮與前期規(guī)劃及可研防洪標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)性，經(jīng)過(guò)綜合考慮，設(shè)計(jì)防洪保護(hù)區(qū)六股河興城市段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。

3 水面線計(jì)算區(qū)段劃分及大斷面縱橫邊界條件

3.1 基本資料

設(shè)計(jì)水面線計(jì)算采用黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2018年實(shí)測(cè)的河道大斷面資料，該項(xiàng)資料滿足本階段水面線計(jì)算需要。其斷面圖比例尺采用1∶200。此外，計(jì)算采用了本區(qū)域1986年1∶10000地形圖、1998年1∶50000地形圖、2017年10月高清晰度衛(wèi)星影像圖及DEM散點(diǎn)數(shù)據(jù)等作為本次計(jì)算分析參考使用。設(shè)計(jì)水面線計(jì)算中各大斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量采用本次初設(shè)的水文的成果見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)水面線計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量采用成果表

3.2 水面線計(jì)算區(qū)段劃分及大斷面布置

根據(jù)工程需要及河勢(shì)變化，于六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下共布置67個(gè)水面線計(jì)算大斷面。其中河道斷面57個(gè)，橋斷面7個(gè)，攔河閘壩斷面3個(gè)。推算水面線總里程50.81km，斷面平均間距876m，公路橋、鐵路橋及攔河閘壩等攔跨河建筑物處均布置水面線計(jì)算大斷面。

區(qū)段六股河干流主槽中已建3座攔河閘壩，至下而上分別為綏中六股河公園橡膠壩、六股河攔河閘、西邊村閘。本次水面線計(jì)算以攔河閘壩作為控制性節(jié)點(diǎn)，對(duì)水面線計(jì)算區(qū)段劃分為以下4段：首段為入?？谥两椫辛珊庸珗@橡膠壩壩下段，區(qū)段長(zhǎng)16.70km，里程樁號(hào)K0+000至K16+702；二段為六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段，區(qū)段長(zhǎng)2.50km，里程樁號(hào)K16+702至K19+206；三段為六股河攔河閘至西邊村閘閘下段，區(qū)段長(zhǎng)27.91km，里程樁號(hào)K19+206至K47+120；尾段為西邊村閘至青山水庫(kù)壩下段，區(qū)段長(zhǎng)3.69km，里程樁號(hào)K47+120至K50+808。

3.3 起始斷面與起點(diǎn)水位

3.3.1 入?？谥两椫辛珊庸珗@橡膠壩壩下段(K0+000至K16+702)

根據(jù)葫蘆島潮位站年最高潮位頻率分析成果，采用六股河入?？?0a一遇設(shè)計(jì)高潮位作為入?？谥两椫辛珊庸珗@橡膠壩壩下段水面線計(jì)算的起點(diǎn)水位。P=2%起點(diǎn)水位為2.68m，P=10%起點(diǎn)水位為2.58m。

3.3.2 六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段(K16+702至K19+206)

六股河公園橡膠壩建成于2011年，根據(jù)《綏中縣六股河公園橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，綏中六股河橡膠壩工程建筑物級(jí)別為3級(jí)，由橡膠壩、放水閘、水源井、排水泵房和護(hù)岸工程組成。橡膠壩壩長(zhǎng)為534m，分為7跨，每跨長(zhǎng)75m，設(shè)計(jì)壩高為1.7m。橡膠壩底板頂高程為10.4m，底板厚0.9m，底板順?biāo)鏖L(zhǎng)度6.5m，正常蓄水位12.1m。中墩厚1.0m，墩頂高程13.1m。壩袋型式為充水式、雙錨固、堵頭式壩袋。閘室下游布置消力池及海漫、拋石防沖槽。橡膠壩右側(cè)河道布置放水閘，尺寸2.0m×1.5m(寬×高)。閘室控制段長(zhǎng)6.5m，底板高程10.4m，閘墩頂高程與橡膠壩閘墩頂高程一致，為13.1m。閘室下游接消力池、海漫，結(jié)構(gòu)形式與橡膠壩消能工程形式相同。

《綏中縣六股河公園橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中對(duì)橡膠壩建成后對(duì)河道防洪的影響進(jìn)行了分析，計(jì)算了橡膠壩不同頻率壩上水位，20a一遇設(shè)計(jì)流量5111 m3/s，與本案同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流量基本一致。該報(bào)告中20a一遇壩上水位14.57m，未列出壩下水位計(jì)算值。本次初設(shè)對(duì)橡膠壩壩上、壩下水位進(jìn)行了復(fù)核，計(jì)算得出20a一遇壩上水位14.55m，壩下水位14.42m，壩上水位與上述成果基本一致。本次初設(shè)六股河公園橡膠壩至六股河攔河閘閘下段起點(diǎn)水位仍采用橡膠壩初設(shè)中計(jì)算的20a一遇壩上水位14.57m，壩下水位14.42m；10a一遇壩上水位14.31m，壩下水位14.11m。

3.3.3 六股河攔河閘至西邊村閘閘下段(K19+206至K47+120)

六股河攔河閘始建于1967年，2013年該閘進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。根據(jù)《綏中縣六股河攔河閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，六股河攔河閘工程等別為Ⅱ等，考慮水閘失事后對(duì)下游造成的災(zāi)害損失不大，確定溢流壩、沖沙閘、進(jìn)水閘等主要建筑物的級(jí)別為3級(jí)1-3]。加固后由溢流壩、沖沙閘、進(jìn)水閘及兩岸翼墻等組成[4]。溢流壩布置在主河道，總長(zhǎng)346.0m，沖沙閘布置在溢流壩右側(cè)，總寬60.0m，進(jìn)水閘布置在河道右岸、沖沙閘上游15m處。溢流壩壩體結(jié)構(gòu)由壩前鋪蓋、壩體、下游護(hù)坦、消力池、海漫、防沖槽及左岸翼墻組成。溢流壩堰型為駝峰堰，壩頂高程為14.35m。采用跌坎消能，溢流壩下游為一級(jí)護(hù)坦，長(zhǎng)18.60m，頂高程為13.10m，一級(jí)護(hù)坦末端為跌坎，跌坎頂高程為13.10m，跌坎下游為二級(jí)護(hù)坦，長(zhǎng)12.20m，頂高程為11.80m。防沖槽順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)7.00m，頂高程由11.80m降至11.20m，防沖槽最大深度為2.40m。新建60.00m寬的沖沙閘。閘底板頂高程為12.50m，采用底流消能，消力池長(zhǎng)11.0m，池深為0.5m，底板頂高程為11.30m[5-7]。鋼筋混凝土海漫長(zhǎng)17.80m，頂高程為11.80m，厚0.50m。防沖槽采用格賓石籠結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為9.0m，頂高程由11.80m降至11.20m，防沖槽最大深度為2.40m。

《綏中縣六股河攔河閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中對(duì)加固后攔河閘上下游水位進(jìn)行計(jì)算分析，20a一遇設(shè)計(jì)流量5110m3/s，與本案同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流量一致。該報(bào)告中20a一遇閘上水位17.51m，閘下水位16.70m。本次初設(shè)對(duì)攔河閘閘上、閘下水位進(jìn)行了復(fù)核，計(jì)算得出20a一遇閘上水位17.43m，閘下水位16.10m，本次復(fù)核計(jì)算結(jié)果均略小于初設(shè)成果。本次初設(shè)六股河攔河閘至西邊村閘閘下段起點(diǎn)水位仍采用攔河閘除險(xiǎn)加固初設(shè)中計(jì)算的20a一遇閘上水位17.51m。閘下水位采用初設(shè)成果中的閘下水位16.70m；20a一遇閘上水位17.19m，閘下水位16.12m。設(shè)計(jì)流速采用值仍以本次復(fù)核計(jì)算為準(zhǔn)。設(shè)計(jì)成果將偏于安全。

3.3.4 西邊村閘至青山水庫(kù)壩下段(K47+120至K50+808)

西邊村閘始建于1970年，建成至今未進(jìn)行過(guò)規(guī)模性除險(xiǎn)加固，僅于1994年進(jìn)行過(guò)壩體灌漿防滲墻施工。由于閘壩損壞及壩上淤積，該閘如今已基本廢棄，不能發(fā)揮其正常興利效益，無(wú)留存設(shè)計(jì)資料。根據(jù)本次現(xiàn)場(chǎng)查勘及測(cè)量成果，該閘由攔河壩、沖沙閘及進(jìn)水閘組成。攔河閘總長(zhǎng)365.30m，其中，攔河壩為堆石混凝土面板壩，壩長(zhǎng)346.12m，壩頂高程為50.32m，以下游平均河底計(jì)算的平均壩高為1.66m。攔河閘為漿砌石結(jié)構(gòu)，共5孔，總凈寬12.50m，閘底板高程48.85m[8]。本次初設(shè)對(duì)攔河閘閘上、閘下水位進(jìn)行了計(jì)算，由于沖沙閘閘門(mén)年久失修，計(jì)算中忽略沖沙閘過(guò)流能力，以總壩長(zhǎng)365.30m，壩頂高程50.32m計(jì)算。計(jì)算得出20a一遇閘上水位53.42m，閘下水位52.65m。西邊村閘至青山水庫(kù)壩下段起點(diǎn)水位采用本次計(jì)算的20a一遇閘上水位53.42m，閘下水位52.65m；10a一遇閘上水位53.08m，閘下水位52.04m。

3.4 糙率選取

《遼寧省葫蘆島市六股河流域規(guī)劃報(bào)告》中根據(jù)水文站實(shí)測(cè)的糙率，并結(jié)合當(dāng)時(shí)河道植被等地物及河床質(zhì)組成情況選取糙率，并用1975年洪水實(shí)測(cè)洪痕資料進(jìn)行了驗(yàn)證，《2000年規(guī)劃》中六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段采用的糙率見(jiàn)表2。

表2 六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段采用的糙率統(tǒng)計(jì)表

《六股河河道治理規(guī)劃報(bào)告》中利用當(dāng)時(shí)的綏中站水位-流量關(guān)系曲線作控制，反算入?？?綏中站河段的糙率，模擬該河段天然洪水總比降，從而達(dá)到計(jì)算水面線與天然水面線相似的目的。同時(shí)，利用《遼寧省葫蘆島市青山水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中提出的青山水庫(kù)壩下200m處水位-流量關(guān)系曲線，用青山水庫(kù)壩下200m處水位-流量關(guān)系控制，驗(yàn)證計(jì)算綏中站-青山水庫(kù)壩下糙率。六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段采用的糙率見(jiàn)表3。

表3 六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段采用的糙率統(tǒng)計(jì)表

2011年綏中水文站(K17+155)下游453m處建設(shè)了六股河公園橡膠壩(K16+702)，同時(shí)，為了形成景觀水面，對(duì)上下游河道主槽進(jìn)行了拓寬，之后綏中站水位流量關(guān)系發(fā)生了較大變化。2012年“8.04”洪水，綏中站實(shí)測(cè)洪峰流量3600m3/s，對(duì)應(yīng)水位14.28m。本次初設(shè)根據(jù)以上資料反推綏中站“8.04”洪水中糙率值，經(jīng)試算，當(dāng)主槽糙率為0.022，左、右岸灘地糙率為0.06時(shí)，對(duì)應(yīng)洪峰流量3600m3/s的水位為14.293m，與實(shí)測(cè)水位最為契合，該試算反推糙率本次初設(shè)參考使用。

2012年至2015年綏中市陸續(xù)的對(duì)右岸沈山鐵路橋(K15+515)至王寶河入河口(K20+042)段河灘進(jìn)行了規(guī)模的景觀治理，現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)該段地物變化較大。原有的河灘地、農(nóng)田已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫坝^建筑、小品、鋪裝及景觀樹(shù)木，較之“8.04”洪水時(shí)，右岸河灘地物阻水性明顯增強(qiáng)。本次初設(shè)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)該段右岸河灘糙率進(jìn)行加大，該段右岸河灘糙率從0.06調(diào)整為0.08-0.10。

參考表2、表3的糙率選取，考慮“8.04”洪水中綏中站糙率反推情況，同時(shí)對(duì)后期地物變化較大的河段進(jìn)行糙率優(yōu)化調(diào)整，最后確定的六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段糙率取值見(jiàn)表4。

表4 六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段糙率取值統(tǒng)計(jì)表

3.5 大斷面縱橫邊界條件

近十幾年來(lái)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，沙源需求增加，六股河內(nèi)采砂規(guī)模加大。加之2012年“8·04”大水使六股河本河段河道嚴(yán)重下切，尤其是入海口-牛彥章河段更甚。以王寶屯、賈河沿附近為例，該段河道主槽平均下切3.8m，最大深達(dá)5m之多，與原規(guī)劃中河底差別很大?，F(xiàn)狀主槽其深泓線已不是天然情況，不能作為設(shè)計(jì)河底。2012年“8·04”洪水，綏中站實(shí)測(cè)洪峰流量3600m3/s，對(duì)應(yīng)水位14.28m。查閱《2009年規(guī)劃》中當(dāng)時(shí)綏中站的水位流量關(guān)系曲線，當(dāng)流量3600m3/s，曲線對(duì)應(yīng)水位15.81m，水位相差1.53m，除了該斷面主槽進(jìn)行了拓寬之外，河底較之當(dāng)時(shí)下切近1.3m也是水位變化的主要原因。

此外，本河段《2009年規(guī)劃》之后，2011年新建了六股河公園橡膠壩，2013年六股河攔河閘進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，控制性建筑物節(jié)點(diǎn)有所增加及改變。因此，本次初設(shè)將入?？?K0+000)-牛彥章(K28+241)河段未受采砂影響的斷面主槽平均河底與各閘、壩的沖沙閘底板高程，下游海漫末端高程作為本河段侵蝕基準(zhǔn)面的控制基點(diǎn)，其連線所形成的河底，即為入?？?牛彥章河段設(shè)計(jì)縱剖面為設(shè)計(jì)河底，且與1995年河道深泓線接近。其它河段采用河底與原規(guī)劃基本一致，采用實(shí)測(cè)斷面河底。所有砂土結(jié)構(gòu)臨時(shí)性穿河漫水路，本次20a一遇設(shè)計(jì)洪水計(jì)算均不考慮其作為控制基點(diǎn)。六股河入海口-牛彥章河段設(shè)計(jì)河底控制基點(diǎn)見(jiàn)表5。

表5 六股河入?？?牛彥章河段設(shè)計(jì)河底控制基點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 語(yǔ)

六股河干流入?？谥燎嗌剿畮?kù)壩下段左岸大多數(shù)為興城市地界范圍，歷次洪水對(duì)沿岸岸坎沖刷、沖兌較為嚴(yán)重，村莊房屋上水次數(shù)較少，影響范圍較小。本次初設(shè)中擬對(duì)左岸按照現(xiàn)有堤防保持不變，不新建堤防，按照實(shí)測(cè)河道斷面計(jì)算水面線。河段右岸為綏中地界范圍，《2009年規(guī)劃》中布置了多處新建堤防，六股河綏中段的初設(shè)報(bào)告中采用的堤線與《2009年規(guī)劃》基本一致，該案與本案同期報(bào)批，本初設(shè)按照《2009年規(guī)劃》及送審的六股河綏中段的初設(shè)報(bào)告，對(duì)右岸新建堤線位置進(jìn)行水面線計(jì)算大斷面封閉，作為橫向邊界條件。