贾 鹏

（丹东市振安区农业农村发展服务中心，辽宁 丹东 118000）

水面线推求是设计人员河道治理工程中的基础工作，直接关系着河道治理中堤防高程的确定［1]。在设计中水面线推算较低，达不到防洪标准，洪水期河道漫堤而危害两岸农田及建筑物，起不到治理河道的效果，相反水面线推求较高，会使岸堤加高而增加工程投资，不经济。因此设计人员应根据洪峰流量设计成果、河道糙率、比降等选择合理的计算方法进行水面推求。

1 流域及工程概况

大沙河为鸭绿江一级支流，河道起点位置为五龙山的陶家沟，由西北向东南流经五龙背、蛤蟆塘等，终点汇入鸭绿江干流［1]。大沙河径流面积220.94 km2，河道长度30.32 km，河道平均比降3.17‰。本次河道治理位于振安区楼房镇，治理范围是老古沟大桥下游至武营桥上游之间的左岸，武营桥以上大沙河集水面积188 km2，河道长度26.70 km，平均比降4.33‰。本次治理河段起点位于大沙河武营桥（干流桩号0+000），终点位于上游炮守营支流高速桥二（支流桩号1+000），共治理干、支流河道治理长度6.716 km［2]，其中，干流河道全长5.143 km（干流桩号0+000～干流桩号5+143）；支流B 河道全长0.573 km（支流B桩号0+000～0+573），炮守营支流河道全长1.0 km（支流桩号0+000～支流桩号1+000）。

河道治理段现状及存在的主要问题：（1）干流河段部分迎水面无任何护砌，迎水坡无防护段河岸长期遭受河水冲刷，易造成岸坡失稳脱坡，岸线后退，加重水土流失；（2）原干砌石段干砌石石块老化破碎，砌筑零散，且均无反滤垫层、无护脚。无反滤垫层的干砌石内部土壤的细小颗粒易被带走而引起岸坡塌陷，无护脚的干砌石段遇急流冲刷，坡上石块易脱坡，抗冲刷能力弱；（3）干流堤防存在缺口段2 处，长度分别为5 m 和11 m，汛期流域不封闭，对其后农田、居民等生命财产将造成威胁；（4）上游迎水坡检查井段：桩号0+000（武营桥上游）～桩号0+853（迎水坡检查井），堤后地面高程未填高的低洼段（桩号0+000～桩号0+077、桩号0+498 上下游150 m 范围内）在橡胶坝蓄满水（坝袋高3.5 m）时可能产生浸没问题。建议橡胶坝运行管理部门控制坝袋最高水位为坝袋高2.5 m。

2 设计洪水计算分析

工程起点以上集雨面积188.00 km2，采用辽宁省水文资源勘测局1998年8月出版的《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》（即图表法）计算设计洪水。由于大沙河流域暴雨和相应的变差系数较其等值线图查询数值偏大，因此采用丹东雨量站降雨资料对其进行修正，通过图表法计算，武营桥上游和上游炮守营支流10年一遇设计洪峰流量分别为1070 m3/s 和328 m3/s。点绘爱河流域各站设计流量、峰值与面积关系，可以看出设计洪水成果符合地区分布规律，见图1～图2。

图1 爱河流域各站设计流量～面积关系

图2 爱河流域各站设计峰值～面积关系

由图1 可知，汤山城站位于丹东市振安区汤山城镇饮马河上，距离较近，集水面积与工程处以上集水面积相差较小。因此工程采用与汤山城站面积比法比较合适。根据《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》中洪水过程线为概化的单峰过程线，峰现时间为第30 h。10 a 一遇设计洪水过程线成果见图3 和表1。

图3 大沙河设计洪水过程线

表1 设计洪水过程线 单位：m3/s

3 水面线计算

2010年丹东市水利勘测设计研究院对大沙河洪痕调查，结果见表2。由表2 可知大沙河河段的洪水比降为1.30‰。2013年5月对大沙河（老古沟桥—武营桥左岸段）治理工程河流进行了（0+000～5+143）纵横断面实测，2017年9月对现状变化较大的部分进行了重新测量。

表2 2010年大沙河洪痕调查成果 单位：m

大沙河糙率分析采用两种方法：一种是对沙河镇与汤山城水文站实测的糙率进行分析，作为河段确定糙率的参照，二是利用丹东水利院对大沙河2010年实测的洪水、洪痕资料，反求河段糙率，最后所采用的糙率根据两种方法综合确定，得到n=0.0275。

3.1 起始水位确定

位于武营桥下游的武营子水文站，垂直河流方向有一排水尺，水尺位置的横断面处（桩号0-158），河道顺直，水文条件好，利用此断面（桩号0-158）做水位流量关系（见表3），水位～流量关系曲线见图4，武营子水文站（桩号0-158）处10 a 一遇洪峰1070 m3/s，对应水位为12.06 m。

表3 武营桥下游的武营子水文站（桩号0-158）水位- 流量关系

3.2 干流水面线推求

本工程段水面线推求以武营桥（桩号0+000）作为起始断面，根据武营子水文10 a 一遇（洪峰流量1070 m3/s）对应水位12.06 m 推得起始水位采用12.47 m，采用济南百图水利软件中天然河道水面线推求方法向上游推算，中间以各河段中间的桥梁或顺直河段的断面等控制性断面的水位- 流量关系曲线相应频率水位进行验证。河道顺直，水文条件好，根据河道恒定水面线计算原理，各断面的基本水力参数如湿周x、过水面积w、水力半径R 等可由程序按断面数据自动计算，断面间距L 由丹东院实测河道测量的断面成果可得。

基本计算方法采用1983年武汉水利电力学院水力学教研室编《水力计算手册·第八篇＜河道的水力计算＞》的论述进行计算，基本方程为：

式中：Z1、Z2分别为下端面和上断面的水位高程；分别为下端面和上断面的流速水头；α1和α2为动能修正系数，取值为1.1；hf和hj分别为上下断面之间的沿程水头损失和局部水头损失。

（1）沿程水头损失hf的计算

本次计算对各断面均按复式断面处理［3]，根据主河槽和滩地糙率的不同，将断面分为几部分，分别求出各部分的流量模数，再总和求得整个过水断面的流量模数K=∑Ki，断面上的水力坡度为J=（Q/∑K）i2。

（2）动能修正系数α 的计算复式断面必须考虑动能改正系数的影响［4]，从天然河流复式断面动能修正系数本身的定义出发按下式计算：

式中：wi为断面上按糙率的不同划分的各部分的过水面积；Ki为断面上按糙率的不同划分的各部分的流量模数。

（3）局部水头损失hj的计算，本次考虑桥墩阻力水头损失，计算公式如下：

式中：ζ 为桥墩形状系数，v2为桥墩后的断面平均流速。

大沙河（老古沟桥—武营桥左岸段）治理工程共有跨河桥梁5 座，跨河建筑物孔口尺寸和梁底高程均满足10年标准天然河水下泄的要求，计算成果见表4，干流水面线推求结果见表5。

表4 跨河5 座桥梁处计算结果表

表5 10 a 一遇洪水干流水面线成果表 单位：m3/s

武营大桥与老古沟大桥各有一处洪痕，根据2010年大沙河洪痕调查成果，此河段的洪水比降为1.30‰，而此次推求的10 a 一遇设计洪水，自武营大桥至老古沟大桥的洪水比降为1.28‰，两洪水比降接近，干流水面线可靠。

3.3 支流水面线推算

炮守营支流水面线推求采用干支流峰峰相遇方法，即起始水位采用大沙河干流汇合口水位，洪峰流量采用炮守营支流（P=10%）洪峰流量Qm为328 m3/s，见表6。

表6 十年一遇炮守营支流水面线成果表

4 结语

大沙河河道水面线推求过程中要重点收集流域内水文气象资料、实际洪痕调查以及实测糙率系数等基础资料，在根据相关设计规范和水面线计算软件从下游往上游进行水面线求解，本次求解结果与实测调查成果高度吻合。