浅析某供水工程涉河防洪评价

2022-09-23郑一帆马国纲刘文君

城市道桥与防洪 2022年9期

郑一帆，马国纲，刘文君

（1.甘肃省水文站，甘肃兰州 730030；2.中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730030）

1 概述

某供水工程拟采用大开挖方式埋设管道穿越渭河干流，管线布设方向与河道流向垂直，管道敷设于渭河干流河床底部，项目建设在河道管理范围之内，基本不占用河道。现状河道为10 a一遇设防标准堤防，堤防工程级别为5级，管道穿河处现状河宽160 m。堤防采用碾压砂砾石梯形断面，堤顶宽3.0 m，迎水面坡比1∶1.5，背水面坡比1∶1.25，迎水面采用厚度0.15～0.30 mC15混凝土防护，堤脚采用0.8 m×0.5 m（宽×高）C15混凝土基础，基础埋深为深泓线以下2.5~3.5 m。

设计采用大开挖方式敷设1.0 MPa压力等级、管径315 mmPE管道，埋至渭河河床底部约6 m，穿越渭河后从渭河右岸堤防穿出，如图1所示。穿河管道长178 m，管道安装后外包现浇C25钢筋混凝土，呈900×900 mm矩形断面，外包混凝土两侧及顶部采用原开挖料夯填。依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017）及《防洪标准》（GB 50201—2014）的相关规定，按主要供水对象重要性，管道埋设洪水标准采用20 a一遇，校核洪水标准采用50 a一遇。

图1 穿河管道与河道位置关系示意（单位：cm）

管线穿河施工时采用分期导流土石围堰的形式，导流建筑物的级别划分、设计洪水标准按《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303－2017）规定，确定导流土石围堰建筑物级别为5级临时建筑物，围堰设计洪水重现期为5 a一遇。围堰顺渭河河道布置，两端与岸坡连接，呈圆弧状。施工完毕后，围堰拆除，河道正常过水。其中于4月～5月在渭河左岸设置临时一期土石围堰，完成左岸部分管线开挖及埋设夯填，上游围堰高程1 443.45 m，地面以上堰体最大高度2.95 m，围堰长116 m；Ⅱ期在5月～6月进行，利用二期土石围堰导流，完成右岸部分管线开挖及埋设夯填，相应上游围堰高程1 443.00 m，地面以上堰体最大高度2.50 m，围堰长120 m；Ⅰ、Ⅱ期围堰均采用碎石土填筑，围堰顶宽均为3.0 m，迎水面边坡1∶1.5，背水面边坡1∶1.25，迎水面设编织袋砂砾石护坡厚600 mm，砂砾石袋底部铺设二布一膜土工膜，围堰迎水面护角处设铅丝笼护脚，高1.5 m，厚度0.8 m，以防止河水冲毁围堰。围堰断面示意图如图2所示。

图2 围堰断面示意图（单位：cm）

2 研究思路及主要内容

穿河穿堤工程对河道及堤防的影响主要体现在施工期和运行期2个阶段。因施工方法的不同，穿河穿堤工程对河道行洪安全的影响亦有所区别。

穿河管线防洪评价报告的主要内容包括基本情况介绍、河道演变分析、防洪评价计算、防洪综合评价、防治与补救措施，主要目的是对穿河管线的设计内容进行分析与评估，判断其是否符合防洪要求，并提出整改措施。

3 研究过程与结果

3.1 河道演变分析

河道演变主要分析说明建设项目所在河段的历史演变过程与特点，分析其近期河床的冲淤特性和河势变化情况，明确河床演变的主要特点、规律和原因，从而对河道的演变趋势进行预估。

3.1.1 河道历史演变概况

从工程位置处河段的历年卫星影像图中可以看出，供水管穿河处河道主槽相对稳定，河势变化不大。加之2012年后，工程区河段两岸修建堤防，受堤防控制河道主流集中，河势趋于稳定，工程河段主流河道基本无摆动。工程所在河段近年来主流河势较稳定。

3.1.2 河道近期演变分析

（1）河道横向变化

供水管穿河河段两岸修建有高标准堤防工程，河床基本平整，滩地有杂草，河道河势左、右岸均受已成堤防控制，渭河主河槽位置较稳定不会发生较大变化，工程所在河段近年来主流河势较稳定。

（2）河道纵向变化

本项目区所在河段河道较为顺直，河床由卵石和砂卵石、砂壤土等砂石组成，地质条件较好。河道比降小，水流相对平稳，若无大洪水，河床纵向变化处于相对稳定状态。当发生特大洪水时，河道将发生冲刷，大洪水过后逐步恢复到洪水冲刷前的状态，长期看河段处于冲淤平衡状态，管道穿河断面河道纵向变化处于稳定状态。

综上所述，根据河道历史演变、近期演变分析，该河段河谷平面保持顺直、微弯稳定，受地质构造与岩性控制明显，河床冲淤年内呈周期性变化，年际间冲淤维持相对平衡。从定量分析中也可以得出，河道的纵横向变化均稳定。供水管穿河断面河段两岸均已建成完整堤防工程，控制了河势的横向发展，河势更加趋于稳定[1]。

3.2 水文分析计算

3.2.1 设计流量

根据邻近水文站实测洪水资料，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）以年最大值法选样，加入历史洪水，按不连续系列进行频率计算。经比对，工程所在河段计算结果与已获批复的《渭河流域重点治理规划》附件三《渭河流域防洪规划》中所采用的洪峰流量成果较为接近，其他建设项目多直接引用该成果，本次也采用该成果值作为洪水评价依据（见表1）。

表1 工程处评价计算采用的设计洪水成果

渭河主汛期7—9月，根据渭河干流洪水特性，结合施工要求，将施工洪水分为4—6月，7—9月，10月，11月至来年3月四个时间段。选用渭河武山站实测流量资料，应用分期年最大值洪水选样法，跨期10天选样，分别组成分期连续洪水系列资料，按连续系列采用P-Ⅲ型频率曲线法计算各分期设计洪水成果，主汛期采用设计洪水成果，干流工程河段施工洪水根据武山站成果按面积推算（见表2）。

表2 工程河段P 20%施工分期洪水成果

3.2.2 设计水位

采用水位流量推算方法计算管道穿河处20 a一遇洪峰流量2 340 m3/s，对应的洪水水位为1 444.63 m。供水管施工期主要安排在4—6月，4—6月5 a一遇洪峰流量为156 m3/s，对应的水位1 442.25 m，围堰高程为1 443.45 m，围堰高程高于施工期洪水位1.20 m，围堰设计高度是合理的。

3.3 壅水分析计算

（1）运行期壅水分析

本工程穿河供水管道埋设于渭河河床底部，工程的建设在管道埋设后不产生壅水现象，壅水不会对该供水管道及河道行洪能力造成影响。工程评价段河道河床为砂砾石组成，河道坡降小，洪水期水流向一致。大水过后，主河槽不会发生大的变化，河流不会发生改道，对河道、河势变化无影响，不会对河流上下游滞洪行洪区域造成影响，也不会对河道来水、来沙产生不利影响，因此不进行壅水计算。

（2）临时工程（分期围堰）壅水分析

供水管施工期安排于4—6月，施工期河道行洪采用分期导流围堰（土石围堰）的形式。围堰的建设会产生局部阻水断面，致使河道过洪面积减小，产生壅水，施工期洪水采用5 a一遇洪峰流量为156 m3/s，围堰建设后壅水高度计算结果为0.68 m、壅水长度为750.95 m。供水管穿渭河断面距上游武山水文站约4.0 km，本次计算壅水长度小于该距离，即围堰产生的壅水不会对武山水文站产生影响。

3.4 冲淤计算

依据河道近期演变趋势分析，该工程处于渭河河段，河道过流相对稳定，河道含沙量很小，冲淤变化幅度不大，河道未来演变按冲淤基本平衡考虑，自然冲刷按0 m考虑，仅计算天然状态下河道的一般冲刷和施工期的冲刷。

（1）运行期一般冲刷计算

根据工程地质勘察资料，工程穿河点处河床土质为砂砾石。采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2015）中推荐的非粘性土河床的一般冲刷公式64-2简化式（河槽部分）进行计算，一般冲刷深度为3.76 m，考虑1.0 m安全值后，满足防洪要求的管顶埋深为4.76m。设计管顶埋深值为6.0 m，满足20 a一遇洪水抗冲要求。

（2）施工期冲刷计算

a.一般冲刷

施工期供水管道穿渭河断面处一般冲刷深度为1.52 m。

b.局部冲刷

穿河管道敷设于河床底部，对已建堤防基础埋深无影响。但围堰的建设。会造成已建堤防局部冲刷，本次对围堰的建设造成的局部冲刷进行计算，经计算得出水流斜冲产生的冲刷深度为0.33 m，由相关堤防报告可知，已建堤防基础埋深为深泓线以下2.5~3.5 m，故围堰建设造成的局部冲刷不会对已建堤防基础埋深产生影响。