廖敏杰

（福州市仓山区乡村振兴发展中心，福建 福州 350008）

1 问题的提出

随着中国经济的迅速发展，各种类型非桥梁涉河建筑物逐步增多，如涵洞、景观坝、码头、管道等，根据《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》，凡是涉河的建设项目，在立项之前应进行防洪评价，并获得许可。《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）》中明确了防洪评价编制的主要内容和要求，关于这些非桥梁型的涉河建筑物防洪评价中壅水分析进行初步探讨，并提出相应的解决方法。

2 无压涵洞防洪评价

根据有关规范规定，对低流速的无压洞、涵、管，在通气良好的条件下，净空断面积一般不要小于涵洞管断面面积的15%，净空高度也不要小于40 cm。在保证净空面积和净空高度情况下的下泄流量为洞、涵、管的安全泄量。设计洪峰流量大于安全泄量，则规模偏小，阻水严重，应改扩建。设计洪峰流量小于安全泄量，其相应水位为天然水位，设计洪峰流量大于安全泄量，其相应水位为洞、涵、管前水位，二者之差为洞、涵、管阻水壅高值。二者相应流速之差为建洞（涵、管）前后流速增加值。其中，天然情况下过水流量采用下式计算：

而当过水断面为矩形时，式子改为：

此外，建洞（涵、管）后过流量分为无压流、半有压流和有压流，其计算式如式（3）至（5）所示：

式（1）～（5）中：H0-以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头；σS-为淹没系数；bk-为矩形隧洞过水断面宽度；M-为流量系数；W-为过流面积，m2；α-为洞高；μ、η-为流量系数及洞口水流收缩系数；hp-为隧洞出口断面水流的平均单位势能；T0-为上游水面与隧洞出口底板高程差T及上游行近流速水头之和。以福清某河道建设的箱涵为例，采用明渠均匀流公式，计算成果如表1所示。

表1 福清某河道箱涵壅高计算成果表

3 景观坝防洪评价

3.1 橡胶坝

橡胶坝一般枯水期立坝蓄水，形成水面景观，洪水时期塌坝泄洪。橡胶坝一般在洪水期塌坝运行，可采用分段求和法进行坝上游的壅水分析，根据塌坝水深至上游推算水面线，根据笔者多年工作经验，大部分情况下，橡胶坝壅水影响较小，可忽略不计，此次不再列举实例说明。

但有一点值得注意的是橡胶坝在平时是立坝壅水，洪水时是采用全塌泄洪，在橡胶坝坝袋塌坝运行时，可以满足河道正常泄洪，且不会影响两岸堤防安全。但在局部会产生少量淤积，对河势整体稳定性及变化没有太大影响，橡胶坝建坝后仅会引起局部河势发生微小变化，但影响范围极小，可忽略不计。

3.2 漫水坝

漫水坝的壅水分析可根据《水力计算手册》（第二版）中的堰流公式计算，坝上坝下水位差即为漫水坝壅高值。其中坝上水位采用的堰流公式计算分为自有流和淹没流，其中是自由流，且hs/ho＜0.8（宽顶堰）；hs/ho＜0.75（实用堰）时计算公式如下：

而是淹没流时，且hs/ho≥0.8（宽顶堰）；hs/ho≥0.75（实用堰）时，采用下式计算：

式中：hs-为坝下堰上水深，hs-值为坝下水位与坝顶高程差；h0-为坝上堰上水深，h0-值为坝上水位与坝顶高程差；ε-为侧收缩系数；B-为水闸总净宽；m-为流量系数；σ-为淹没系数；g-为重力加速度，g-值为9.81 m/s2。以霞浦某河道新建漫水坝为例，壅高计算成果如表2所示。

表2 漫水坝坝上水位计算成果表

漫水坝建成后，坝身侵占河道，坝址下游断面流速较原来有所增加，紊动作用增强，但在坝址下游一定距离后，水流流速自增幅最大处向下游逐渐恢复到正常流速，由于流速的增加，水流对坝址下游河床会产生一定的冲刷。漫水坝的建设还会使坝址上游河段一定距离内洪水位抬高，在壅水影响范围内会造成的一定量的淤积。

3.3 翻板坝

翻板坝闸门的壅水分析较为复杂，主要是水闸泄洪是不断变化的过程，其泄流能力与闸门高度、坝高、上下游水位等因素有关，目前对翻版闸坝壅高计算尚无规范要求，其闸门泄流能力可分为门顶以上和门顶以下两部分，其中门顶以上按堰流计算，可采用堰流公式计算，可参考漫水坝中的堰流公式计算，门顶以下按实用堰闸孔出流计算。基本都是按照堰流公式计算，其公式如下：

式中：Q-为洪峰流量；μ1-为流量系数；e-为闸门开启度；B-为堰宽；H0-为上游总水头；hs-为下游水位超过堰顶高度。

4 码头的防洪评价

码头主要是根据其平面布置、结构形式及堤防与滩地的关系在防洪评价中对河道防洪及河势的产生两方面影响：①对所在河道行洪能力的影响，也就是洪水位的影响。②对河床冲淤变化及对河床两岸冲刷的影响。

一般在福建省码头类壅水分析主要是利用Mike11模型来建立工程所在河段河网模型。MIKE11模型采用河道非恒定渐变流的圣维南（Saint-Venant）方程推求河网水面曲线，圣维南（Saint-Venant）基本方程组包括动力方程和连续方程来计算。

以闽江北港某码头为例，主要是利用MIKE11模型来建立闽江淮安头～白岩潭段河网模型。模型由河道位置、断面文件及洪水和入海口潮位资料组成。码头建设后，对码头附近水位、流场产生一定影响，为了分析码头建设前后水位、流速变化情况，利用MIKE21FM 模型建立二维水动力模型进行分析计算，计算结果如表3所示。

表3 码头建设前后码头及上下游断面平均水位成果表（遇白岩潭高朝位）单位：m

码头建设后，高桩阻水引起码头上游断面水位壅高，在发生200年一遇洪水并遭遇下游高潮位时，码头上游150 m断面平均水位由5.10 m 壅高至5.12 m，增大了0.02 m；码头上游150 m断面发生100年、50年一遇遭遇下游高潮位时，设计洪水位分别由4.94 m、4.74 m 壅高至4.96 m、4.76 m。码头中心断面平均水位基本不变，下游断面则表现出断面平均水位略微降低，主要体现在右岸，左岸基本不变。

受码头建设束窄河道的影响，工程与现状顺坝之间区域的流速增大，工程中部最大流速由1 m/s增大至1.20 m/s，平均流速增大约0.15 m/s，工程最南侧最大流速由1.01 m/s 增大至1.32 m/s，平均流速增大约0.25 m/s。工程建设一定程度上加剧了顺坝右岸的冲刷，但总体上影响程度不大，建议应加强河段水流及周边工程观测。

5 跨河下穿管道防洪评价

下穿河道的管道主要采用大开挖或者先进的非开挖定向穿越技术穿越河道两岸，下穿管道的防洪评价主要推出符合规范和现场实际情况的下穿处河道的设计流量、流域、洪水位等，进而推出河床一般冲刷深度，为下穿管道安全及河道行洪安全提供重要的参考价值。

由于下穿管道一般横穿河流并且埋在河床底下，必须保证管道的埋深大于发生一定频率洪水时集中水流在床面上冲刷后的河槽深度，这样既能够保证管道的运行安全，同时保证管道不露出河床上，避免对河道的行洪产生影响和抬高洪水位。以海西天然气管网漳州段下穿某河道为例，冲刷深度采用《堤防工程设计规范》计算方法和lacey经验公式法两种方法计算。岸坡冲刷深度按照《堤防工程设计规范》中附录D.2.2，顺坝及平顺护岸冲刷深度计算公式：

对于卵石的起动流速，可采用长江科学院的起动公式：

式中：hs-为局部冲刷深度；Ucp-为近岸垂线平均流速；H0-为冲刷处水深；U-为行近流速；Uc-为泥沙起动流速；η-为水流流速不均匀系数，查表D.2.2 采用；N-为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取1/4～1/6；γ泥、γ-为泥沙与水的容重（kN/m），分别取19 kN/m、10 kN/m；d50-为床沙的中值粒径（m）。中粗砂为0.25～0.50 mm，砂卵石层取25 mm。

采用lacey经验公式：

式中：hs-为冲刷深度（m）；Qf-为设计流量（m3/s）；ks-为系数，取0.25；Dm-为床沙平均粒径，取20 mm。

穿越段计算成果：根据两种工况进行计算冲刷问题，计算结果见表4。计算成果表明，采用《堤防工程设计规范》附录D.2.2 计算公式计算的一般冲刷深度较采用lacey 经验公式计算值大，从偏安全角度考虑，此工程一般冲刷深度采用《堤防工程设计规范》计算的一般冲刷深度成果，具体计算成果如表4。

表4 工程穿越处一般冲刷深度计算成果表

通过表4 计算分析，管道工程在下穿处一般冲刷深度为2.65 m，由于管道工程穿越处河床最低高程为0.70 m，拟定穿越管道埋深距河道最低处高程以下5 m，以保证安全，因此，河床冲刷不会对河道穿越处管道埋设产生不利影响。

6 结语

非桥梁的涉河建筑物防洪影响评价，是保证河道行洪和堤防安全以及建筑物本身安全运行的关键，降低工程建设对河道行洪、河势稳定、水流流态、冲淤变化等造成的影响，为工程项目的水行政许可提供技术依据。对于非桥梁涉河建筑物壅水分析，可以得知，主要都是依靠水力学计算公式得到，不同的建筑物壅水计算公式不同，都应根据建设项目实际情况来选择合适的计算公式进行计算，涉河建筑物导致的水位壅高对河道防洪安全较为重要，必要时仍需依靠补救措施来减小一定的影响，不同涉河建筑物的具体防治影响补救措施是什么这也将是笔者下一步的研究方向。