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主管:陜西省水利廳
主辦:陜西水環境工程勘測設計研究院
協辦:陜西省水利學會
出版:《陜西水利》雜志社
發行范圍:國內公開發行
統一刊號:
ISSN 1673-9000
CN 61-1109/TV
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洛川縣拓家河水庫引水工程防洪評價
來源:   發布時間:2017-11-29   瀏覽量:992  
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洛川縣拓家河水庫引水工程防洪評價
李媛媛
(洛川縣水務局水利工作隊,陜西 延安 727400)
 
摘  要  延長油礦管理局拓家河水庫引水工程,輸水管線全長31.2km,工程項目建設在河道管理范圍之內。為了確保供水管線安全,按照涉河工程建設要求,通過分析拓家河水庫引水工程概況,對輸水管線布設和河道演變規律、發展趨勢及河勢穩定性進行了探討,采用洪峰流量匯水面積相關法和綜合參數法,對仙姑河支流中山川和仙姑河干流到工程終點的設計洪水進行了對比計算,從而確定該引水工程設防30年一遇洪水標準是得當的,工程建設不會對河道行洪產生影響,可供情況相近的河道工程建設進行參考。
關鍵詞  洛川;拓家河水庫;引水工程;防洪;分析
中圖分類號:TV671         文獻標識碼:B
1概況
延長油礦管理局是我省陜北能源化工基地的骨干企業,永坪礦區是延長油礦管理局機關和永坪煉油廠等局屬單位所在地,現有人口1.1萬人,煉油年生產能力500萬t。拓家河水庫引水工程是一項旨在解決永坪礦區生產、生活用水問題的跨縣區調水工程,輸水管線全長31.2km,共計穿越中山川、仙姑河21次,穿越長度共計2523m。穿越倒虹工程,在河道全斷面施工,易受洪水的威脅。為了確保引水工程安全和順利實施,需對該工程進行防洪評價。
2輸水管線布設及河道演變分析
2.1輸水管線布設
拓家河引水管道采用普通流體輸送用的螺旋縫埋弧焊鋼管,規格為Ø630×6m。引水工程輸水管線基本上沿中山川、仙姑河依地形布設,由于中山川、仙姑河兩岸地勢狹窄,受地形的影響,輸水管線反復穿越中山川、仙姑河,沿途穿河建筑物采用埋式倒虹,管線沿途河道基巖出露較高,覆蓋層較薄,倒虹河床段擬將巖石開槽后作為管溝,管道中心線位于新鮮基巖以下1.5m,管溝回填后,在巖石槽頂加C20鋼筋蓋板,然后回填至原河床面。倒虹進、出口管坡按不陡于1:2布設,在倒虹岸坡段用漿砌塊石進行防護。
2.2河道演變分析
仙姑河洛川段是典型降水補給型河流,洪枯水流量懸殊較大,具有陡漲陡落、歷時短,含沙量高的特點。根據洛川水文站實測資料分析,多年平均徑流量0.429億m3,實測最大洪峰流量4670m3/s,多年平均輸沙量為0.134億t。河流泥沙來源在地域上分布,含沙量和輸沙模數是從上游到中游呈遞減的趨勢。洪水主要來自洛川水文站以上的干支流,每年汛期6~9月水量和沙量比較集中,分別占全年的65%和97%。進入90年代以來,由于降水偏少和人類活動影響加劇,徑流量呈減少的趨勢。
從地質角度來看,洛川縣所在地質地塊屬長期穩定地塊,對近期河床演變影響不大。由于河床和兩岸有中生代三迭紀砂質泥巖出露,對河床下切和側向侵蝕有限制作用,因而形成相對穩定的河槽。仙姑河及其支流中山川是典型的山區性河流,由于河流受邊界巖石的控制,下切和側蝕的幅度是有限的,速度是緩慢的,相對工程的時間尺度來說,這種變形微不足道,可以看成是相對平衡的。
3防洪評價
   仙姑河干流下游4.8km處有1959年設立的洛川水文站,集水面積913km2,工程終點至洛川水文站區間右岸有李家川加入其集水面積為220.6km2,工程終點斷面集水面積占洛川站集水面積的73.8%。因此本次仙姑河支流中山川和仙姑河干流到工程終點的設計洪水按照無資料地區,采用洪峰流量匯水面積相關法、綜合參數法進行計算,用洛川站設計洪水進行對比驗證。
3.1洛川站洪峰
    仙姑河流域的洪水由暴雨產生,洪水歷時一般在12小時內,峰頂滯時0.5~2小時,由于流域內山高坡陡,墾殖指數高,植被較差,河槽調蓄能力差,洪水一般來勢兇猛,峰高量小,含沙量大,水峰沙峰相隨。根據《洛川縣瓦窯堡鎮芋子灣改河堤防工程防洪評價報告》對洛川站1959~2004年46年實測年最大洪峰資料系列及1909年調查洪水進行分析計算的結果,洛川站重現期50年、30年、20年洪峰流量分別為3570m3/s、3040m3/s、2600m3/s。
3.2工程段干支流設計洪水
3.2.1拓家河水庫設計洪水
工程段流域內水利工程為拓家河水庫,建庫時設計最大泄流量為32m3/s,除險加固后新增泄水洞,最大泄流量為41.5m3/s,所以在50年、30年、20年一遇洪水時,按兩個泄水洞最大泄水量泄水,下泄流量為73.5m3/s。在計算設計洪水時,此值即為該河段設計洪水值。
3.2.2設計洪水計算
①洪峰流量匯水面積相關法
該工程段屬于丘陵溝壑Ⅰ區,采用該區相應的經驗參數,用洪峰流量匯水面積相關法經驗公式,計算其洪峰流量,計算公式為:QN=KNFn
式中:QN——重現期為N的設計洪峰流量,m3/s,N取50、30、20年;
F——設計流域面積,km2, 取值見表1;
KN、n——重現期為N的經驗參數。n取0.61,KN取64.3、55.2、45.7。計算結果見表1。
表1   不同頻率各斷面洪峰流量
河流 斷面名稱 集水面積(km2 斷面間距(m) 設計洪水(m3/s)
50年 30年 20年
中山川 S23 154 514 351 312 271
中山川 S56 218 3037 969 842 710
中山川 S63 226 922 1028 893 752
中山川 S65 230 614 1055 916 771
仙姑河 入匯口 350 900 1737 1502 1256
仙姑河 S85-2 370 2995 1833 1584 1324
仙姑河 S85 370 78 1833 1584 1324
仙姑河 S93 501 2289 2397 2068 1725
仙姑河 S122-1 558 1115 2616 2256 1881
仙姑河 S139 646 1651 2932 2528 2105
仙姑河 S145-1 652 1087 2953 2546 2120
仙姑河 S150-1 674 1843 3029 2610 2174
仙姑河 洛川站 913   3570 3040 2600
 
②綜合參數法
綜合參數法是以小流域內設計暴雨量和流域特征參數為基礎而建立的多因子經驗公式,公式為:QmN=CNαFβψγHη3N
式中: QmN——重現期為N的洪峰流量,m3/s;
       N——設計重現期,年;
       F——設計流域的面積,km2
       ψ——流域形狀系數,ψ=F/L2
       L——主溝長度,km;
       Hη3N—設計重現期為N的3小時面雨量,mm;
       C、α、β、γ、η—分區綜合經驗參數指數,分別為4.35、0.15、0.58、0.11、0.49。
經計算,綜合參數法計算值明顯小于洪峰流量匯水面積相關法計算值。下游洛川站用實測資料經驗頻率適線法確定的50年、30年、20年一遇洪峰流量分別為3570m3/s、3040 m3/s、2600m3/s,工程終點斷面流域面積比洛川站流域面積小239km2,即26%,因而認為洪峰流量匯水面積相關法計算的50年、30年、20年一遇洪峰流量3029m3/s、2610m3/s、2174m3/s較為合理,而綜合參數法計算的50年、30年、20年一遇洪峰流量2014m3/s、1770m3/s、1580m3/s,明顯偏小。
綜上所述,認為用匯水面積相關法計算的洪峰流量較為合理,所以工程段河道設計洪水計算結果均采用匯水面積法計算值。
3.3沖刷計算
3.3.1根據實測資料分析沖刷深度
據洛川水文站1959年到2004年實測斷面資料統計分析,洛川水文站橫斷面沖淤變化范圍為0.19m到1.81m,洪峰流量在110~4670m3/s之間,相應含沙量在772~1120kg/m3之間,局部河底沖刷深度為1.81m,流量在2500~3000m3/s沖刷深度為1.3~1.5m,通過實測斷面分析的沖刷深度是漲水沖刷和落水淤積之和。根據有關理論和實驗分析資料,漲水沖刷深度是一場洪水(漲水沖刷和落水淤積)沖刷深度的3.6倍,因此洛川站30年一遇設計洪水的最大沖刷深度為4.7~5.4m。由于河道內無地質鉆探資料,根據實測斷面資料計算的場洪水最大沖刷深度為沙質河床的最大沖刷深度,若基巖的埋深小于本次計算深度,則場洪水的最大沖刷深度以基巖埋深為上限。
3.3.2根據經驗公式計算沖刷深度
采用規范推薦的如下公式計算:
 
 
式中:hp—設計洪峰流量下沖刷后河槽最大水深,m;
hmax —設計洪峰流量下河槽最大水深,m;
hc—設計洪峰流量下河槽平均水深,m;
B  —設計洪峰流量下相應水面寬,m;
 —河床泥沙平均粒徑,mm;
A  —單寬流量集中系數;
μ —水流壓縮系數,天然河道取1.0;
E  —與汛期含沙量有關的系數,取0.86~0.9;
Qp —設計洪峰流量,m3/s。
根據上述公式,選取適當參數,上層土壤平均粒徑0.15mm。計算的結果見表2。
由非恒定水流理論計算沖刷深度
      采用公式為:
                                                     ΔDmax=0.02ρmaxcqmax
式中,ΔDmax——最大沖刷深度
ρmax——渾水密度
c——洪水傳播速度
qmax——單寬流量
經對洛川水文站1958~1990年33年的年最大含沙量資料分析計算,33年系列平均年最大含沙量935kg/m3。其中,最大含沙量1120kg/m3,最小含沙量772kg/m3,因此渾水密度按含沙量900kg/m3計算,ρmax值取1560kg/m3。洪水傳播速度按1.5倍斷面平均流速計算。計算結果見表2。
表2  典型斷面沖刷深度計算表
河流 斷面號 最大水深(m) 平均水深(m) 平均流速(m/s) 含沙量(kg/m3 流量(m3/s) hp
(m)
ΔDmax
(m)
仙姑河 洛川站 7.13 4.33 6.56 900 3040 12.58 6.09
仙姑河 S139 7.04 4.85 4.32 900 2530 11.45 5.25
仙姑河 S122-1 7.38 3.87 5.61 900 2260 12.43 5.47
仙姑河 S93 9.18 5.52 4.67 900 2070 14.62 5.64
仙姑河 S85 8.30 6.99 5.38 900 1580 12.98 5.99
中山川 S63 6.24 3.51 5.64 900 893 12.18 5.02
中山川 S56 5.86 4.18 5.12 900 842 10.01 4.95
中山川 S23 5.33 3.24 1.70 900 312 9.23 5.01
3.4防洪綜合評價
根據《洛川縣城防洪規劃報告》,遠期規劃設防西至欒家坪,設防標準為30年一遇洪水,仙姑河干流規劃河寬為80m,輸水管線工程仙姑河稍木子溝泵站至欒家坪段(S150~S122)7.05km在遠期規劃范圍內。由于輸水管線采用穿越埋設設計,護岸砌體基本按原坎(岸)線布設,高度與原始地面平齊,不擠占河道行洪斷面,不阻礙水流宣泄,因此對河道行洪和防洪不會產生不利的影響。該工程保護性護岸砌體順河方向設計長度只有5m,并依原岸線建設,不改變水流的方向,不會影響水流的流場的分布,不改變水流的邊界條件及水沙條件,對河勢不會產生不利的影響。
3.5對現有防洪工程、水利設施及其它設施的影響
    該工程入口處有拓家河水庫,出口處有稍木子溝泵站,仙姑河段雖有一干渠、二干渠引水樞紐和渠道工程及零星的堤防工程,但該工程不穿越上述水利工程,對上述水利工程運用不會產生不利的影響。該工程在仙姑河段S75~S150段基本與西氣東輸的管線并行,并多次穿越西氣東輸管道,將對其安全產生不利的影響。根據河床最大沖刷深度計算的結果,仙姑河工程段30年一遇洪水時次洪峰的最大沖刷深度可達5.5m(河床質)以上。該工程穿河建筑物采用埋設倒虹,倒虹河床段將巖石開槽后作為管溝,管道中心線位于新鮮基巖以下1.5m,因此工程穿河段的埋深是安全的。
4結語
拓家河水庫引水工程管線長度31.2km,共計穿越中山川、仙姑河21次,穿越長度共計2523m。穿越倒虹工程,在河道全斷面施工,易受洪水的威脅。通過對河道洪水分析和計算,該工程設防30年一遇洪水標準是得當的,設計的穿越河道的建筑物、防護建筑物、建筑材料符合有關技術規范和現場施工條件,工程建設對河道行洪、河勢和兩岸的堤防工程及其它設施的安全不產生不利的影響。


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