河道防洪水面线的计算分析

　　摘    要：　基于某河道防洪规划工作，针对水面线计算展开探讨，主要涉及到河道划分、水头损失、起始水位等方面的内容，上述均是贯穿于河道防洪规划的难点，基于本文的探讨旨在提出可行建议，提升水面线设置精确性，推动河道防洪工作的开展。

　　关键词：　河道; 防洪规划; 水面线计算;

　　在整个防洪规划体系中，水面线计算复杂度较高，难度相对较大，但又是一项基础性工作，直接影响到防洪工程体量与成本概算，被视为是“牵一发动全身”的环节。对此，必须基于可行方式做好水面线计算工作，以保障防洪规划方案可行性。

　　1. 水面线计算中的技术问题

　　基于特定流程展开水面线计算工作：从河道地形图出发，对所处河道采取分段操作，分析各区段对应的横断面情况，精确得到主槽与滩地界限，利用网络与图书馆资源获取历史洪痕资料，在此基础上明确水面比降，加之对恒定非均匀流方程的分析可以进一步得到断面局部损失系数，做好上述准备工作后便可明确起始水位，以及处于洪峰状态下的水位，并对上述所得结果展开可行性分析。

　　1.1、 规划河道的分段

　　在展开水面线计算工作时，要建立在横断面水利要素之上，将整个待定区域划分为多个河段，以便展开针对性计算。遵循河道分段原则，只有河床平均底坡、断面糙率等各项指标都达到相同的状态时，方可隶属于同一分段中；就常规的平原河流而言，单个河段水位差需介于1～2m，同时各个河段的长度差也要得到合理控制，以2～4km为宜。如果表现出收缩或是扩张型河段，此时会带来明显的横断面变化现象，有必要对河段采取加密措施，以保障水面线计算精度。此外，部分河段历史阶段内产生大量洪水，遇到此情况需仔细查阅相关资料，分析沿线各水位状态下的洪痕线，需达到大体一致的状态，这也是可行的河段划分方式。

　　某河道流域是典型的平原洼地，勘察资料表明河道平均比降为0.85‰，以上述提及的原则为指导，将河段长度设定为2km，并提出水位差1.2m的要求。综合历史断面资料，展开平面演变分析后，重点对河宽变化较大以及急弯处采取处理措施，在实测断面基础上新增5处。新民河河段较为特殊，设置有4座桥梁等建筑物，有必要深入分析建筑物所在断面与下游50m区域，看此部分的天然断面情况。自1954年运营以来，该河道存在洪痕线（指的是高、中、低三大洪痕），同时水文站将河段长度确定为1km。基于上述内容，本次长达35km的河道共确定为28个断面，产生的平均间距为1250m。
 

　　1.2、 局部水头损失的选取

　　就常规状况而言，若河段逐步收缩，此情形下水流并不会带来回流现象，因此可不考虑局部水头损失问题；当然，如果部分河段出现障碍物，如桥墩等结构，此时会加大河槽断面并产生更多的支流汇集区，此情形下水流易与岸壁脱离，进一步带来了水涡旋，最终表现出回流现象，在此过程中会产生持续性的局部水流阻力，因此有必要分析局部水头损失的影响。

　　部分区段的断面急剧变化，或是出现河道急弯处，在面对此类特殊性较强河段时要充分考虑局部水头损失。以合理方式改进糙率，可初步推算出水头损失系数，一方面要确保该系数值处于经验取值区间内，另一方面则要确保河道糙率满足本次规划验证值所提出的要求。技术人员改进糙度后，分析《水力计算手册》中给出的经验值，最终确定出各部分的局部水头损失系数，于弯道部分为0.05，于桥墩部分为0.18，相较之下河道扩散段较为特殊，介于-0.45～-0.75范围内。

　　2. 起始水位的确定

　　以断面起始水位为基准，在此基础上可以推求河段水面线。在分析支流河段起始水位时，要充分明确支流与汇入干流两部分在历史阶段内出现的洪水情况，具体有：若干流与支流均发生了洪水现象，则要分析干流为主支流相应和支流为主干流相应两大场景，得到各自对应的外包线，将所得结果视为支流设计水面线；反之，若干流与支流未发生洪水现象，便要考虑支流设计标准干流流量相应和干流设计标准支流流量相应两大场景，分析各自对应的外包线，将所得结果视为支流设计水面线。

　　本项目距河口上游65km处设置有一座水库，受该区域地质、气候环境的影响，会在水库左侧支流山区产生大范围降雨，并带来水库大规模洪水问题。同时，该水库右侧支流表现出少雨的特性，区域内以黄土沙丘居多，不利于植被生存。基于对河道汇合口分析，在水库洪水尚未到达时，该段河道洪水已经出现了提前下泄的情况。分析河口水文站自建成以来的62年数据得知，以1969、1975与1991等3年的洪水规模最大，同时也总结出了辽河洪峰状况，具体内容如表1所示。

　　基于上述内容得知，水库及其上部渠道基本上不会出现洪水问题，在大范围洪水暴发的年份，同时间段内辽河平槽流量为1000m3/s。基于此，确定水面线计算的合适起点断面，即指的是河道与辽河入河口，进一步分析，为满足辽河与本河道不发生洪水的要求，采用的是组合流量的方式，以辽干1000m3/s平槽流量为基础，综合考虑到养息牧河流量情况，在此基础上围绕汇流点在辽干断面的情况展开分析，确定具体水位插值，具体如表2 所示。

　　基于对上述内容的分析，若以辽干为主要洪水来源时（表明出现了50年一遇洪水），可以得知河道洪峰为60m3/s，进一步推算出河道起点水位为35.13m。

　　关于河道设计水面线，本项目共采取两种方式，即“河道设计、辽河相应”与“辽河设计、河道相应”，经由上述操作后可得到两种外包线，即指的是河道设计水面线。

　　3. 计算成果合理性分析

　　分析各设计标准水面线，在此基础上与实测洪痕展开对比分析，将二者绘制在同一图纸中。遵循如下分析原则展开：计算水面线要达到足够平顺光滑的效果，除去急剧收缩和扩展等极端区域外，其余的水面线均不可出现大范围转折问题；各水面线应达到彼此协调的状态，且不出现交叉问题。

　　经上述原则展开分析，经由本次规划后，发现标准水面线坡度表现为大体一致的特性，当遇到桥墩等建筑物，会出现轻微水面线奎高现象，幅度介于0.05～0.18m范围内，此外余下的区域都达到足够平滑状态。基于河道洪水痕迹可进一步判定所得水面线成果，与实测水面线对比后并未出现交点，基本呈平行状态。总体来说，本文提出的方案具有可行性。

　　4. 结束语

　　综上所述，河道堤防设计是保障水域安全的关键措施，要建立在水面线计算结果之上，不可对项目投资造成影响。所以，实际项目中必须高度注重河道划分以及局部水头损失等多方面问题，本文所提及的方法实证后具有可行性，可以为河道防洪水面线计算工作提供一定指导。

　　表1 河道较大洪水与辽河洪峰发生时间对比表表2 起点水位成果表

　　参考文献

　　[1] 叶小梅.基于能量方程的河道水面线推算[J].陕西水利,2019(04):55-57.
　　[2] 李炜.水力计算手册[M].2版.北京:水利水电出版社,2006.
　　[3] 赵俊卿.马圈沟河天然河道水面线推求方法探讨[J].水利建设与管理,2017(11):37-39.