王 磊，崔建军

（宝鸡市水利水电规划勘测设计院,陕西 宝鸡 721000）

宝鸡为陕西省第二大重工业城市,八百里秦川西部重镇,位于关中平原西端,三面环山,渭河从市区中心穿过,另有17 条支流成羽状不对称分布于渭河两岸,河床面积占到市区建成区面积的1/4 还多。要实现市委、市政府提出的率先把宝鸡建成西部地区现代化生态园林大城市的宏伟目标,就必须结合宝鸡这种依山傍水、河流密度较大的特殊地理特征,科学合理、大手笔地营造优良水环境[1]。只有这样,才能彰显宝鸡山水特色的无穷魅力。

1 工程概况

清水河下游段综合治理工程位于宝鸡市高新技术产业开发区东区的清水河上。工程区内清水河左右岸基本为无堤段,仅清水河大桥至入渭口右岸有一段堤防,该处堤防设计标准偏低,堤身填筑料质量差,堤防破坏严重,该段堤防基本上丧失了防洪能力。因缺乏统一管理,河道内垃圾堆放严重,形成脏、乱、差的不良局面,严重影响了行洪,同时也对该区域的生态环境造成了破坏。

该工程设计新修左岸堤防2.71 km,右岸堤防2.92 km,并在清水河入渭口处,依次至上游修建阶梯式彩色橡胶坝三座。工程建成后,可形成长1.16 km,宽80 m,9.28 万m2的景观水面,上游可回水至西宝南线大桥上游200 m处。该工程的实施,不仅提高了该区域的防洪能力,还可改变该区域的自然景观,同时,为招商引资提供良好的环境,对宝鸡市高新区经济发展起到推动作用。

2 洪水影响分析

2.1 河道演变

清水河属渭河右岸一级支流,发源于秦岭北麓,由南流向北,至宝鸡市马营镇东北汇入渭河。结合现场调差资料分析,从1969 年到2012 年40 年期间,该河道主流摆幅减小,主流单一,横向变动基本很小,纵向变化总的趋势是以冲刷为主,下切深度约0.6 m,其变幅不大。工程区为山区河流向平原河流过渡的过渡段,河槽相对较窄,比降大,多漫滩,河床质地松散,受地形地貌的制约限制,该段河势基本稳定。

2.2 防洪计算

（1）设计洪水计算

根据《宝鸡市水文手册》,设计洪水采用暴雨推求洪水法、面积比拟法、经验公式法等不同方法分别计算了不同频率的设计洪峰流量,并结合初步设计采用值进行分析。具体计算成果见表1。

表1 不同方法洪水分析计算成果汇总表 单位：m3/s

综合上述计算,经验公式法,适用于10 km2～150 km2,而清水河流域面积162.5 km2,该方法只可作为技术参值。推理公式法,其基本条件是设计暴雨与设计洪水同频率,洪峰流量除了决定于降雨量、降雨强度和降雨过程的时空分布等因素外,还受汇流条件,土壤的入渗等因素制约,计算结果往往差异较大。面积比拟法的计算结果,与陕西省水利电力勘测设计研究院2001年完成的《宝鸡市高泉水库枢纽工程可行性研究报告》中对渭河南岸各支流水文分析的结果基本吻合,且初步设计采用了该计算结果。因此,本次采用初步设计成果。

（2）水面线计算

由于天然河道底部极不平整,难以通过计算水深来确定水面线,本次以天然河段的恒定非均匀流能量方程式推求设计水面线,即：

式中：Z1、Z2为上、下断面水位,m；V1、V2为上、下断面流速,m/s；a1、a2为上、下断面动能修正系数；hw为水头损失,m；hf为沿程水头损失,m；Q为流量,m3/s；K为流量模数；A为断面面积,m2；R为水力半径,m；n为河床糙率,取0.035；ΔL为断面间距,m；hj为局部水头损失,m；ζ为局部水头损失系数。

经计算,天然状态下清水河50年一遇水面线见表2。

表2 天然状态下50年一遇设计洪水水面线成果表

本次设计维持实测河床比降,由于各段河宽不同且河道弯曲变化,故设计水面线计算采用明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式：

式中：Q为流量,m3/s；Z为水位,m；V为流速,m/s；a、ζ为动量修正系数和局部阻力系数；K为流量模数；A为断面面积,m2；R为水力半径,m；n为河床糙率,取0.035。

经计算,工程建成后清水河50年一遇水面线见表3。

表3 工程建成后50年一遇设计洪水水面线成果表

比较工程建设前后水面线计算结果,可以看出,工程建成后50 年一遇洪水位降低了,究其原因,是由于此次设计会对清水河入渭口多年淤泥进行清理及橡胶坝底板和边墙对水流流态的影响[2]。由此导致的渭河回水也往清水河上游延伸了,这对河道泄洪能力极有好处。

（3）橡胶坝壅水计算

清水河入渭口至上游依次修建3 座橡胶坝,由上表2 和3可知,工程建设前,1#、2#、3#坝址断面天然河道,50 年一遇洪水位分别为562.22 m、566.20 m、569.93 m,工程建设后（坍坝运行）,坝址断面50 年一遇洪水位为别为561.01 m、565.61 m、569.60 m。水位均有下降,下降量分别为1.21 m、0.59 m、0.33 m,其中1#橡胶坝下降量相对较大,分析其原因主要是由于渭河回水范围的加长所致,这也致使2#、3#橡胶坝也均有少量的下降[3]。由此可见,工程兴建后各橡胶坝均不会产生壅水。

（4）桥梁过洪能力复核

工程区有跨河桥梁4 座,建坝前大桥断面处设计洪水位,见表4。

表4 工程建设前交通桥过洪能力计算表

建坝后,由于桥墩的束流作用,使清水河大桥、西宝南线桥断面水位较未建坝前水位有所抬高,本次计算按汛期坍坝运行方式计算桥前水位变化[4]。依据《河流桥渡设计》,经水力计算,结果见表5。

表5 工程建设后交通桥过洪能力计算表

由表5 可知,清水河大桥可满足行洪要求。西宝南线桥梁底高程571.92 m,天然状态下,50 年一遇洪水位为572.12 m,梁底标高低于洪水位0.2 m；工程建设后,50 年一遇洪水位为571.36 m,梁底超高0.56 m,均不满足行洪要求。

（5）河势影响分析

清水河在本工程段为山区河流向平原河流过渡的过渡段,河槽相对较窄,比降大,多漫滩,河床质地松散,但河势基本稳定。该工程为生态景观工程,工程建成后工程区段两岸堤防形成完整的防洪单元体系,加上受下游渭河堤防的控制及橡胶坝库区的调蓄作用,工程建成后,主流归槽,流态趋好,对河势变化无大的影响[5]。

2.3 洪水影响评价

（1）对行洪安全的影响分析

清水河下游段综合治理工程建成后,修建了两岸河堤,疏浚拓宽河槽,加大了河道行洪断面,提高了河道行洪能力,使河道防洪标准达到50 年一遇洪水标准,保护了高新区企业和居民的生命财产安全。

（2）对已有防洪工程及其他水利工程的影响分析

在渭河干流上有渭河上马营生态园工程和渭河拦河闸枢纽工程,这些工程均在本工程上游,本工程建设不会对其产生影响。入渭口段渭河南北岸堤防工程,其设防标准高于本工程,本工程对渭河南北堤也不会产生影响。

工程区清水河干流上的清水河大桥设防标准较高,橡胶坝的建设不影响它的行洪安全；西宝南线桥由于设计标准偏低,需要扩宽,加大行洪断面；滨河大桥和行知路大桥的设计应该严格满足行洪安全的要求。

（3）对河势稳定的影响分析

修建橡胶坝后,在局部会产生少量的淤积,工程区左右岸均已设计了堤防工程,因此对河势的整体稳定及变化无大的影响。

3 经验及建议

清水河下游段综合治理工程是以防洪和景观为目标的生态工程,以下经验及建议可供相关工程人员参考：

（1）工程区上游属暴雨高值区,为确保工程安全运行,应与上游其它工程布设的报汛系统建立联系,形成统一的预报预警系统。建议编制清水河下游段综合治理工程洪水预报方案和防御洪水预案。

（2）工程区应认真复核基础冲刷深度是否满足规范要求,要增加弯道段和入渭口段堤基埋深,特别是入渭口段堤基埋深应按渭河堤防冲刷深度计算其基础埋深。

（3）由于大桥桥下水流流态复杂,大桥下游冲淤变化频繁,从大桥及堤防运用的安全性分析,应对大桥及堤防的基础进行加固[6]。建议对本工程已成大桥上游50 m至下游100 m范围内的堤脚进行加固处理。