□于黎雅（郑州市水利建筑勘测设计院）

贾鲁河综合治理工程防洪影响分析

□于黎雅（郑州市水利建筑勘测设计院）

贾鲁河综合治理范围为尖岗水库至中牟县大王庄弯道段，治理长度62.77 km，综合治理工程实施后，沿线新建液压坝工程使河道形成连续性景观水面，文章通过对液压坝过流能力、运行方式、调度方案以及消能防冲的复核，分析新建液压坝工程对河道的防洪影响。

综合治理；液压坝；防洪影响；过流能力

1 项目概况

贾鲁河作为郑州市的一条母亲河，发源于新密、荥阳两市交界处，流经郑州市西部、北部，在东部出境，环抱着郑州市区，全市85%洪水汇入贾鲁河后，流入沙颍河，全长256 km，流域面积5 896 km2。其中郑州市境内长137 km，流域面积2 750 km2。

贾鲁河综合治理范围为尖岗水库至中牟县大王庄弯道段，治理长度62.77 km，其中河道综合治理长49.67 km（包括三段：尖岗水库至南水北调5.52 km、科学大道至象湖入口32.75 km，农科所桥至陇海铁路桥11.40 km），河道疏浚长度13.10 km。修建各类配套建筑物91座。河道治理防洪标准：尖岗水库至南水北调河段为50 a一遇，科学大道至京港澳高速公路河段为100 a一遇，京港澳高速公路至中牟陇海铁路河段为50 a一遇。

由于贾鲁河现状防洪除涝标准较低，不满足郑州市城市防洪的要求，两岸生态环境效果差，不满足全国水生态文明城市建设的要求，郑州市实施开展了郑州市贾鲁河综合治理工程，主要建设任务：一是按照防洪标准对贾鲁河尖岗水库至中牟陇海铁路桥段进行综合治理，综合治理长度49.67 km；二是为了减轻下游防洪压力，开挖贾鲁湿地、祥云湿地、圃田泽湿地等3处湿地湖泊；三是为使汛期洪水平稳下泄，对陇海铁路桥至大王庄弯道段河槽进行疏挖，长13.10 km。

2 液压坝工程布置情况

2.1 总体布置

为使尖岗水库至南水北调河段、科学大道至陇海铁路桥河段形成连续的景观水面及两座坝之间满足游船通行要求，最小水深≥1.20 m。尖岗水库至南水北调河段较陡，为保持水面连续，减少拦蓄水建筑，在上游河道适当位置设跌水；科学大道至陇海铁路段应满足游船通行要求，在适当位置修筑拦水坝，以满足其功能要求，设计在贾鲁河新建拦蓄水建筑物共14座。

2.2 京港澳高速下液压坝工程布置

文章以京港澳高速下液压坝为例进行分析计算。液压坝位置处河道底宽105 m，河道主槽边坡1∶3，坝长105 m，液压升降坝高为4.30 m，坝长105 m，顺水流方向由上游铺盖段、控制段、消能段、海漫段、防冲槽段5部分组成，全长68.80 m。上游正常挡水位为83.62 m，下游正常水位为80.52 m，坝上、下游设计河底高程均为79.12 m。

3 防洪分析计算

3.1 正常蓄水位过流能力复核计算

3.1.1 坝顶过流

液压升降坝高4.30 m，上游正常挡水位为83.62 m，下游正常水位为80.52 m，坝上、下游设计河底均为79.12 m。薄壁堰出流流量计算公式为：

式中：m0—包括行近流速影响的薄壁堰流量系数；B—溢流宽度；H—坝前堰上水头；公式中流量系数m0可采用下列经验公式计算：

该京港澳高速下液压升降坝坝顶过流能力计算见表1。

3.1.2 局部开启出流

按三角堰进行计算。

3.1.3 塌坝过流

设定液压升降坝运行最大水位达0.50 m，当坝顶水头达0.50 m时，采用浮标开关控制自动塌坝，实现信息化操作，达到无人管理。

3.1.4 汛期塌坝情况下设计标准时过流能力复核

液压坝完全塌坝时，坝体完全坍平，可视作宽顶堰,流量系数m=0.33～0.36，取m=0.35。过流能力计算公式：

表1 液压升降坝坝顶过流能力计算表

经计算，液压坝完全塌坝时，50 a一遇堰上水头为5.67 m，对应50 a一遇水位为84.76 m，根据贾鲁河综合治理工程实施方案成果，该位置处50 a一遇水位为84.87 m，京港澳高速下液压坝（桩号46+700）完全塌坝时，计算流量为1 215 m3/s，满足50 a一遇洪水1 050 m3/s的要求。

主管部门就液压坝的运行调度方案予以重视，在液压坝附近建设水位流量观测站，更好的控制坝前蓄水位、不同塌坝历时、不同塌坝方案时液压坝的过流量，以便来洪时对液压坝塌坝高度做严格的控制。

3.2 闸门控制运行方式和调度方案

当坝上水位高于0.50 m时，液压升降坝开始倒伏泄流，6联一起倒伏，全部倒伏时间约2 min，全部倒伏时成为平行于河底的一个低坎，由于门板厚仅0.02 m，对河道泄流阻碍不大。

当坝顶水头达0.50 m时，采用浮标开关控制自动塌坝，实现信息化操作，达到无人管理。

上游来水Q〈51.38 m3/s时，通过坝顶溢流，维持水位在84.12 m以下；上游来水Q〉51.38 m3/s时，液压升降坝塌坝运行。

为控制液压坝塌坝泄流流量，避免对下游河道造成大的冲刷，液压坝塌坝时，正常情况下应控制坝上溢流水头＜0.30 m，特殊情况下，坝上溢流水头≤0.50 m。

为确保液压坝及上下游河道堤防安全，根据洪水分析，确定非汛期、汛期的坝前限制水位（坝前蓄水高程）如下：

汛期（6月1日至10月31日）来临前，应塌坝运行，塌坝顺序自下游末端液压坝开始，逐级向上游塌坝。塌坝时通过控制堰上水头来控制液压坝泄量，根据下游现状卡口段过流能力复核，下游现状河道最大过流能力为50 m3/s，通过控制液压坝最大泄量，避免形成人造洪峰对河道下游产生危害。监测坝上下游水位，若上游液压坝下游水位（坝下游河底高程+0.30 m）时，上游液压坝可以逐步开启，但最大泄量不能超过50 m3/s，依此类推对上游液压坝进行塌坝处理。经计算项目区14座液压坝全部塌坝时长为3.94 d，汛期来临前至少提前4 d开始自下游逐步向上游塌坝运行。

非汛期（11月1日至次年5月31日）当出现下列情况之一时，液压坝进行塌坝运行：液压坝坝前水位超过液压坝0.30 m时；根据天气预报或上游来水情况适时控制水位（坝顶高程+ 0.30 m）；坝上游流量达到50 m3/s时（通过坝上游流量计监测）；严格按制定的运行调度方案进行塌坝，避免瞬时塌坝，造成人为洪峰对河道下游产生危害；出现危及液压坝安全的其他情况。

3.3 对消能防冲计算复核

根据液压坝设计，消能防冲计算按最不利工况：坝顶水深0.50 m、下游无水、突然塌坝，跌流后将产生水跃，按底流消能计算消力池深度及长度。上游水位为84.12 m，下游水位80.52 m。单宽流量0.64 m3/（s·m）。

池深计算：

跃后水深h2为跃前水深h1的共轭水深。跃后水深计算采用下式：

式中：h1—跃前水深（m）；h2—跃后水深（m）；q—单宽流量；φ—水跃淹没系数，1.05；E0—消力池底以上总能头；P—跌差；h上—上游水深；V上—上游临界流速，（m/s）；Α—流速系数，0.95。

消力池池深d计算：

式中：σj—水跃淹没系数，σ=1.05；h2—跃后水深；h下—下游水深；Δz—出池水面跌落；D—消力池深度。经计算，消力池深度0.80 m，液压坝消力池深度取1 m。

池长计算：

式中：L0—水流跌落射程；Lj—自由水跃长度；Lk—消力池长度；M—流量系数，0.42。

计算得：消力池Lk为14.55 m，根据贾鲁河综合治理实施方案该消力池布置，长度为15 m，消能防冲满足要求。

4 结论及建议

郑州市贾鲁河综合治理工程沿线液压坝的实施，使治理段河道形成连续景观水面，通过对液压坝过流能力的分析、运行方式和调度方案的控制，以及对消能防冲计算的复核，郑州市贾鲁河综合治理工程液压坝的实施满足河道防洪的要求。

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1673-8853（2017）06-0073-02

2017-03-09

编辑：刘长垠 韦诗佳

于黎雅（1981-），女，工程师，主要从事水利工程设计工作。