大理河子洲县城段“7.26” 洪涝灾害成因及现状过流能力分析

2022-07-04刘瑞

陕西水利 2022年5期

刘瑞

（陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西西安 710001）

1 河道现状及“7.26”灾害成因

1.1 河道现状

大理河是无定河右岸一级支流,黄河右岸二级支流,发源于陕西省靖边县南部天赐湾的白于山东麓,自西向东于绥德县城东注入无定河,全长170 km,平均比降2.60‰,流域面积3906 km2。由于子洲县城处于“两山夹一川”的地理位置,城区及青银高速等沿河分布,挤占河道现象严重；城区河道受两次改河裁弯取直和城市建设发展的影响,河道宽度普遍较窄,主城区段现状河宽仅47 m～80 m,河道平均比降2.60‰左右[1]。

1.2 “7.26”洪涝灾害分析

2017 年7 月25 日～26 日,榆林无定河流域发生特大暴雨、特大洪水灾害（以下简称“7.26”洪水）,造成子洲县城被淹,县城洪涝灾害严重。“7.26”洪水,子洲县城淹没受灾区面积约4.0 km2,主要淹没范围为县城下段的东城区,淹没水深普遍在1.0 m～2.0 m,其中东关小学、县水务局、人民医院等区域受灾最为严重,淹没最大水深约3 m,洪水过后淤泥厚度达1 m 左右[1]。

根据灾后现场调查和有关资料分析,子洲县洪涝灾害主要来自大理河流域暴雨、洪水。大理河发生特大洪水,同时支沟山洪暴发,大理河水位暴涨淹没城区,洪水倒灌导致城内支沟排洪不畅,山洪漫溢；河洪与山洪同时发生,加之城区排水系统淤堵失效,致使子洲城区严重淹没和内涝。经过对“7.26”洪水灾害成因的初步分析,洪涝灾害成因主要有：

（1）大理河洪水量级大,县城洪峰流量约在4000 m3/s～4400 m3/s 之间,超过原县城设计防洪标准；

（2）县城规划区内,还有多处河段无堤防工程,且部分已成工程防洪标准只有10 年～20 年,防洪标准偏低,防洪工程体系存在缺陷；

（3）多处堤防工程留有缺口、高速公路下穿涵洞等形成洪水倒灌通道；

（4）在县城13.4 km 河段,跨河桥梁多达23 座,城区跨河交通桥梁太多,河道内桥墩密集,特别是多座低标准漫水桥,严重阻洪。

根据“7.26”灾害分析结果,为摸清河道实际泄流能力,桥梁实际阻洪情况,对子洲大理河县城段进行洪水水面线计算,为尽快编制灾后治理规划,统筹安排各项防洪工程建设,提高县城整体防洪能力,是很有必要的。

2 现状过流能力分析

2.1 断面布置

本次根据河段水力要素、河道特性及河床组成变化等情况,项目段共实测38 个断面,断面平均间距为392 m,各桥梁处均布设有断面,可满足本次水面线计算的要求。断面位置示意图见图1。

图1 项目段断面位置示意图

2.2 河道糙率拟定

根据大理河子洲县城段实测地形图情况,依据河段河床组成及床面特性、河道岸壁特性、平面形态等情况,结合上游已治理段相关参数,同时参照《水工设计手册》的经验数据,本次治理河段糙率取值为0.035。

2.3 起始断面水位计算

（1）以项目河段下游顺直平整的H27 断面起始断面,横断面示意图见图2,采用曼宁公式计算该断面设计洪水位,水位流量关系曲线见图3,计算公式如下：

图2 H27 横断面示意图

图3 H27 断面水位流量关系曲线

式中：Q 为流量,m3/s；A 为过水面积,m2；n 为河床糙率；R为水力半径,m；I 为水面比降。

在水位流量关系图中查取相应频率洪峰流量对应的水位即为该断面设计洪水位。

（2）H18 断面处是浆砌石滚水坝,按宽顶堰计算该断面设计洪水位,水位流量关系曲线见图4。堰流公式如下：

图4 H18 断面水位流量关系曲线

式中：Q 为流量,m3/s；m 为流量系数,取值为0.36；σs为淹没系数；取值为1.0；b 为过水断面净宽,m；H 为堰顶水头。

在宽顶堰水位流量关系图中内插出相应频率洪峰流量对应的水位即为该断面设计洪水位。

2.4 水面线推求

（1）计算方法

本河段根据天然河道恒定非均匀流,采用能量方程分段计算水面线。以下游H27 断面作为起始断面向上游推算至滚水坝断面；再以滚水坝为起点,按照堰流公式计算水位后,向上游推算至工程起点。计算公式为：

式中：Z2为下游断面水位高程,m；Z1为上游断面水位高程,m；为动能修正系数；v 为断面平均流速,m/s；J 为断面平均水力坡度；K 为断面流量模数；R 为水力半径；X 为湿周；为局部水头损失系数；n 为糙率；A 为断面面积,m2；Q 为流量,m3/s[2]。

（2）桥梁壅水计算

项目河段内跨河桥梁共有23 座,其中规模较大的桥梁有15 座,桥梁参数统计表见表1。各桥梁跨度小、河道内桥墩密集,已构成桥组；加之青银高速5 座斜跨大理河,使得本次桥梁壅水分析具有桥组、斜桥等综合性和复杂性。鉴于灾后重建的时间紧迫,难以进行专题研究。本规划暂未考虑桥组和斜跨桥梁的壅水影响,仅按常规桥梁壅水进行分析。

项目段内漫水桥的设计洪水位,均按扣除阻水面积后的修正过水断面代入能量方程中直接求解。其余规模较大的桥梁,根据《铁路工程水文勘测设计规范》中的有关规定和如下经验公式计算：

式中：ΔZ 为最大壅高,m；η为系数,根据河道类型和河滩过水能力而定；υm为建桥后,通过设计流量时的桥下断面平均流速,m/s；υo为通过设计流量时,桥位断面天然水流全河床断面平均流速,m/s。

桥下平均流速Vm计算：

式中：Vm为桥下断面河槽的平均流速,m/s；Q 为河道流量；A天然为建桥前河道洪水面积；A阻水为投影阻水面积。

壅长计算：

式中：L 为壅水长度,m；ΔZ 为最大壅高,m；J 河床比降。

设计洪水位加上壅高即为该处桥梁影响后的洪水位,由于各桥梁壅长不等,在壅长范围内按比降计算到影响断面,对影响断面设计洪水位叠加壅高即为该处受桥梁影响后的合计洪水位。壅水计算成果见表2。按规范要求,非通航河流的桥下最小净空为0.5 m,由表2 可以看出,各桥梁净空为-3.03 m～10.64 m,对净空不满足要求的桥梁后期应改建或拆除。