河道整治的分析与计算

河道整治的分析与计算
摘要：近年来，随着城镇建设的快速发展，各地区需要更多的建筑原材料，例如水泥、石灰等工矿企业，为了取水和就地取材方便，这些企业一般选在离河道近，地势平整的小山沟里。

为了充分利用地势，符合建厂规划，一般都要对建厂位置弯曲的河流进行改道整治。

本文引入工程实例，进行了详实分析，最后设计出利于河道行洪的明渠，为项目顺利实施提供了科学的依据。

关键词：行洪；明渠；水深；流量
abstract: in recent years, with the rapid development of urban construction, the region needs more and more building materials, such as cement, lime and other industrial and mining enterprises, in order to convenient for water and local materials, these enterprises are generally selected on near the river, level off hill terrain ditch. in order to make full use of the terrain, conform to the planning establishment, typically for factory location curved river diversions. introduce engineering examples, this paper has carried on the detailed analysis, finally designed for flood discharge in river channel, for the project smooth implementation provides a scientific basis.
key words: flood passage; open channel; the depth of the water; traffic
中图分类号： tv85 文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013）1、引言
南江县水洞乡黄龙村拟建海螺水泥厂，为了按照规划布置厂址，现需对黄龙村河道进行改道处理。

拟建厂址原料区域河段为上游河段，河道呈s型。

河床为乱石，断面呈“v”型，河谷狭窄，两岸为植被较好的山坡。

拟改河道位于弯道，对原河道截弯取直。

拟建厂址中间河段基本顺直。

河道右岸有简易堡坎，堡坎以上一级阶地上分布有农田。

河道左岸由乱石组成，岸边一级阶地上南江镇到黄泥村的村道公路沿河走向从区内通过。

左侧岸坡较为较开阔，断面呈“u”型，低水河面宽5～15m之间。

本工程厂房位于地势相对开阔的左岸。

拟建厂址厂前区河段为下游河段，河道呈s型。

河床为乱石，断面呈“u”型，河谷狭窄，两岸为植被较好的陡坡。

拟改河道位于弯道，将原河道向右岸偏移。

2、设计洪水
1、设计暴雨
由于水洞乡黄龙村上游无实测水文资料，本次采用相距项目4.9公里的桥坝雨量站资料作为该工程设计依据，桥坝雨量站具有连续34年的观测资料，包含了丰、平、枯水期，故所采用的雨量资料具有较好的一致性和代表性。

根据《防洪标准（gb50201－94）》标准和海螺水泥厂属中型企业规模确定，该河断设计洪水频率为50年
一遇。

对桥坝雨量站年最大24小时暴雨进行排频计算，采用p-ⅲ型曲线进行适线确定统计参数，均值为112mm，cv=0.59,cv/cs=3.5,计算出该站最大24小时50年一遇设计暴雨为305.6mm。

2、设计洪峰流量
计算河道断面设计洪峰流量，采用中小流域暴雨洪水计算方法中的推理公式法，进行暴雨洪水计算。

①计算公式
设计洪峰流量计算公式为：
qm=0.278（spψ/jn）f
当tc≥τ时，ψ=1-(µ/s) jn
当tc<τ时，ψ=n(tc/j) 1-n
式中qm——设计洪峰流量（m3/s）；ψ——洪峰径流系数，查图；sp——设计频率的雨力（mm/h）；j——汇流时间（h）；n——暴雨衰减指数； f——流域面积（km2）；&micro;——损失参数；tc——产流历时（h）。

②河流特征数据
河流特征数据采用南江县5万分之一地图册，并借助地理信息系统进行分级量算，得到分析断面以上流域集水面积为21.6km2、河长6.49km、工程断面以上平均坡降43.8‰。

③推理公式参数及设计洪峰流量
对桥坝雨量站历年最大雨量进行排频分析计算，并结合《四川省水文手册》，在附图4-13短历时暴雨均值指数n2等值线图（t=1～
24小时）上，查得水洞乡参数n2=0.622。

由于所建设项目地处盆缘山区，根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》表3-1中第ⅲ类，查得公式u=3.6f-0.19；表3-2的第ⅱ汇流数：1<θ<30时，m=0.318θ0.204,30<θ<3000时，m=0.055θ0.72，流域特征系数θ=l/(j1/3 f1/4)，综上分析计算出工程处洪水系列成果50年一遇的洪水流量为300 m3/s。

3河道整治分析计算
首先分析计算河道整治前在设计洪水位时，河道中应达到的正常水位高程，以及河道改建后，在确保相同频率下的洪水不得高于原水位情况下，并适当提高防洪标准，设计出河道的行洪宽度、河堤高度以及相关参数。

根据本次选定断面处的设计流量、水位，工程前后有关水力要素及影响河段内若干断面的测量资料，通过水文分析计算推求整治河段设计洪水自然水面线，再利用谢才公式设计出河道整治后的断面宽度和河床两岸堡坎高度。

3.1基本原理
天然河道蜿蜒曲折，过水断面很不规则，断面形状、粗糙系数及河道底坡沿程都有变化，其水力因素十分复杂。

采用水力学中河道水面线的计算原理和方法计算各断面的水位，假定发生设计洪水时，河道水流属恒定非均匀流，水面线计算采用天然河道水位沿程变化的伯努利能量方程式：
3.2断面布置
为了全面了解和准确地分析工程处的河道行洪情况，根据断面布
置的基本要求，经过实地查勘测量，综合考虑左右岸边坡的地形以及河道上的建筑物等情况，在水洞乡黄龙溪论证河段内共布设了3个计算断面，进行河道大断面的测量，断面编号从下游往上游记为1～3号。

3.3黄龙溪下游卡口控制断面水力要素的计算
1、工程下游控制断面行洪计算
由于行洪论证河段没有实测水文资料，控制断面水位流量关系的推求采用曼宁公式：
计算中有关参数的采用：过水面积、水力半径是根据实测大断面资料逐级水位计算，水面比降是根据实测的现时水面比降和洪痕水面比降分析得到的，该河段的平均糙率在0.039～0.041。

2、水洞河黄龙溪卡口处设计洪水水位计算
利用设计断面的水位流量关系查得设计断面处的洪水水位，利用伯努利能量方程推算出中断面、上断面河道水面曲线。

1、2、3号断面50年一遇洪水位分别为508.7m、510.84 m、514.63 m；河宽为22.6m、69.7 m、41.2 m；水深为3.87m、4.08m、4.20m。

3.4黄龙溪河道整治行洪分析计算成果
根据防洪标准和海螺水泥厂规模要求，现对水泥厂工作区以及职工宿舍区附近河段进行全面整治。

黄龙溪河道整治长度全长约1km，共分三段，其中在水泥厂取水口下游至厂房上游有一弯道需截弯取直为第一段，直线长度约为219m；在厂房下游约500m处为职工宿舍楼区，河道弯曲，河堤较低，河道需截弯取直为第三段，直线长
度约为222m,中间河段为第二段。

整治河道防洪要求，以50年一遇洪水为设防标准。

分别在整治河道三段的中间断面处，按要求设计出不高于整治河道前各洪水水位情况下的明渠宽度、护堤高度以及边坡系数等水力要素。

从项目安全性考虑在设计值上加上安全系数，本次分析计算结果将加上0.4m安全值，为最终设计结果，计算成果见附表和附图。

河道整治后的基本状况是：河底为砂砾石或卵石组成，床面平整，断面规整，水流通畅，截弯取直段河段顺直，从上段到下段为顺坡无逆坡现象。

比降增大，糙率降低，流速增大，更利于行洪。

3.5综合结论
黄龙溪河道整治工程的建设，规范了洪水的走向，加高了堤防高度，河道顺直床面平坦，河堤规整，洪水不再出现跃水、跌水、回水、死水和漫滩现象，大大增加了黄龙溪河道的行洪能力，为海螺水泥厂顺利实施提供了科学的依据。

黄龙溪河道整治后各段水力要素计算成果表
参考文献：
[1] 《水文普通测量规范》(sl58-93)
[2] 《河床演变及整治》中国水利水电出版社
[3] 《水力学》中国建筑工业出版社
[4] 《水文水利计算》中国水利水电出版社
[5] 《防洪标准》(gb50201-94)
[6] 《水文年鉴编印规范》(sd244-87)
[7]《四川省河道管理范围内建设项目管理暂行办法》(川水发[2004]40号)
作者简介：赵小龙（1976.10），男，四川省达州市，大学本科，水文工程师
冯俊明（1976.5），男，四川省达州市，大学本科，水文工程师。