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主办:陕西水环境工程勘测设计研究院
协办:陕西省水利学会
出版:《陕西水利》杂志社
发行范围:国内公开发行
统一刊号:
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洛川县拓家河水库引水工程防洪评价
来源:   发布时间:2017-11-29   浏览量:613  
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洛川县拓家河水库引水工程防洪评价
李媛媛
(洛川县水务局水利工作队,陕西 延安 727400)
 
摘  要  延长油矿管理局拓家河水库引水工程,输水管线全长31.2km,工程项目建设在河道管理范围之内。为了确保供水管线安全,按照涉河工程建设要求,通过分析拓家河水库引水工程概况,对输水管线布设和河道演变规律、发展趋势及河势稳定性进行了探讨,采用洪峰流量汇水面积相关法和综合参数法,对仙姑河支流中山川和仙姑河干流到工程终点的设计洪水进行了对比计算,从而确定该引水工程设防30年一遇洪水标准是得当的,工程建设不会对河道行洪产生影响,可供情况相近的河道工程建设进行参考。
关键词  洛川;拓家河水库;引水工程;防洪;分析
中图分类号:TV671         文献标识码:B
1概况
延长油矿管理局是我省陕北能源化工基地的骨干企业,永坪矿区是延长油矿管理局机关和永坪炼油厂等局属单位所在地,现有人口1.1万人,炼油年生产能力500万t。拓家河水库引水工程是一项旨在解决永坪矿区生产、生活用水问题的跨县区调水工程,输水管线全长31.2km,共计穿越中山川、仙姑河21次,穿越长度共计2523m。穿越倒虹工程,在河道全断面施工,易受洪水的威胁。为了确保引水工程安全和顺利实施,需对该工程进行防洪评价。
2输水管线布设及河道演变分析
2.1输水管线布设
拓家河引水管道采用普通流体输送用的螺旋缝埋弧焊钢管,规格为Ø630×6m。引水工程输水管线基本上沿中山川、仙姑河依地形布设,由于中山川、仙姑河两岸地势狭窄,受地形的影响,输水管线反复穿越中山川、仙姑河,沿途穿河建筑物采用埋式倒虹,管线沿途河道基岩出露较高,覆盖层较薄,倒虹河床段拟将岩石开槽后作为管沟,管道中心线位于新鲜基岩以下1.5m,管沟回填后,在岩石槽顶加C20钢筋盖板,然后回填至原河床面。倒虹进、出口管坡按不陡于1:2布设,在倒虹岸坡段用浆砌块石进行防护。
2.2河道演变分析
仙姑河洛川段是典型降水补给型河流,洪枯水流量悬殊较大,具有陡涨陡落、历时短,含沙量高的特点。根据洛川水文站实测资料分析,多年平均径流量0.429亿m3,实测最大洪峰流量4670m3/s,多年平均输沙量为0.134亿t。河流泥沙来源在地域上分布,含沙量和输沙模数是从上游到中游呈递减的趋势。洪水主要来自洛川水文站以上的干支流,每年汛期6~9月水量和沙量比较集中,分别占全年的65%和97%。进入90年代以来,由于降水偏少和人类活动影响加剧,径流量呈减少的趋势。
从地质角度来看,洛川县所在地质地块属长期稳定地块,对近期河床演变影响不大。由于河床和两岸有中生代三迭纪砂质泥岩出露,对河床下切和侧向侵蚀有限制作用,因而形成相对稳定的河槽。仙姑河及其支流中山川是典型的山区性河流,由于河流受边界岩石的控制,下切和侧蚀的幅度是有限的,速度是缓慢的,相对工程的时间尺度来说,这种变形微不足道,可以看成是相对平衡的。
3防洪评价
   仙姑河干流下游4.8km处有1959年设立的洛川水文站,集水面积913km2,工程终点至洛川水文站区间右岸有李家川加入其集水面积为220.6km2,工程终点断面集水面积占洛川站集水面积的73.8%。因此本次仙姑河支流中山川和仙姑河干流到工程终点的设计洪水按照无资料地区,采用洪峰流量汇水面积相关法、综合参数法进行计算,用洛川站设计洪水进行对比验证。
3.1洛川站洪峰
    仙姑河流域的洪水由暴雨产生,洪水历时一般在12小时内,峰顶滞时0.5~2小时,由于流域内山高坡陡,垦殖指数高,植被较差,河槽调蓄能力差,洪水一般来势凶猛,峰高量小,含沙量大,水峰沙峰相随。根据《洛川县瓦窑堡镇芋子湾改河堤防工程防洪评价报告》对洛川站1959~2004年46年实测年最大洪峰资料系列及1909年调查洪水进行分析计算的结果,洛川站重现期50年、30年、20年洪峰流量分别为3570m3/s、3040m3/s、2600m3/s。
3.2工程段干支流设计洪水
3.2.1拓家河水库设计洪水
工程段流域内水利工程为拓家河水库,建库时设计最大泄流量为32m3/s,除险加固后新增泄水洞,最大泄流量为41.5m3/s,所以在50年、30年、20年一遇洪水时,按两个泄水洞最大泄水量泄水,下泄流量为73.5m3/s。在计算设计洪水时,此值即为该河段设计洪水值。
3.2.2设计洪水计算
①洪峰流量汇水面积相关法
该工程段属于丘陵沟壑Ⅰ区,采用该区相应的经验参数,用洪峰流量汇水面积相关法经验公式,计算其洪峰流量,计算公式为:QN=KNFn
式中:QN——重现期为N的设计洪峰流量,m3/s,N取50、30、20年;
F——设计流域面积,km2, 取值见表1;
KN、n——重现期为N的经验参数。n取0.61,KN取64.3、55.2、45.7。计算结果见表1。
表1   不同频率各断面洪峰流量
河流 断面名称 集水面积(km2 断面间距(m) 设计洪水(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 入汇口 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综合参数法
综合参数法是以小流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础而建立的多因子经验公式,公式为:QmN=CNαFβψγHη3N
式中: QmN——重现期为N的洪峰流量,m3/s;
       N——设计重现期,年;
       F——设计流域的面积,km2
       ψ——流域形状系数,ψ=F/L2
       L——主沟长度,km;
       Hη3N—设计重现期为N的3小时面雨量,mm;
       C、α、β、γ、η—分区综合经验参数指数,分别为4.35、0.15、0.58、0.11、0.49。
经计算,综合参数法计算值明显小于洪峰流量汇水面积相关法计算值。下游洛川站用实测资料经验频率适线法确定的50年、30年、20年一遇洪峰流量分别为3570m3/s、3040 m3/s、2600m3/s,工程终点断面流域面积比洛川站流域面积小239km2,即26%,因而认为洪峰流量汇水面积相关法计算的50年、30年、20年一遇洪峰流量3029m3/s、2610m3/s、2174m3/s较为合理,而综合参数法计算的50年、30年、20年一遇洪峰流量2014m3/s、1770m3/s、1580m3/s,明显偏小。
综上所述,认为用汇水面积相关法计算的洪峰流量较为合理,所以工程段河道设计洪水计算结果均采用汇水面积法计算值。
3.3冲刷计算
3.3.1根据实测资料分析冲刷深度
据洛川水文站1959年到2004年实测断面资料统计分析,洛川水文站横断面冲淤变化范围为0.19m到1.81m,洪峰流量在110~4670m3/s之间,相应含沙量在772~1120kg/m3之间,局部河底冲刷深度为1.81m,流量在2500~3000m3/s冲刷深度为1.3~1.5m,通过实测断面分析的冲刷深度是涨水冲刷和落水淤积之和。根据有关理论和实验分析资料,涨水冲刷深度是一场洪水(涨水冲刷和落水淤积)冲刷深度的3.6倍,因此洛川站30年一遇设计洪水的最大冲刷深度为4.7~5.4m。由于河道内无地质钻探资料,根据实测断面资料计算的场洪水最大冲刷深度为沙质河床的最大冲刷深度,若基岩的埋深小于本次计算深度,则场洪水的最大冲刷深度以基岩埋深为上限。
3.3.2根据经验公式计算冲刷深度
采用规范推荐的如下公式计算:
 
 
式中:hp—设计洪峰流量下冲刷后河槽最大水深,m;
hmax —设计洪峰流量下河槽最大水深,m;
hc—设计洪峰流量下河槽平均水深,m;
B  —设计洪峰流量下相应水面宽,m;
 —河床泥沙平均粒径,mm;
A  —单宽流量集中系数;
μ —水流压缩系数,天然河道取1.0;
E  —与汛期含沙量有关的系数,取0.86~0.9;
Qp —设计洪峰流量,m3/s。
根据上述公式,选取适当参数,上层土壤平均粒径0.15mm。计算的结果见表2。
由非恒定水流理论计算冲刷深度
      采用公式为:
                                                     ΔDmax=0.02ρmaxcqmax
式中,ΔDmax——最大冲刷深度
ρmax——浑水密度
c——洪水传播速度
qmax——单宽流量
经对洛川水文站1958~1990年33年的年最大含沙量资料分析计算,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,因此浑水密度按含沙量900kg/m3计算,ρmax值取1560kg/m3。洪水传播速度按1.5倍断面平均流速计算。计算结果见表2。
表2  典型断面冲刷深度计算表
河流 断面号 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防洪综合评价
根据《洛川县城防洪规划报告》,远期规划设防西至栾家坪,设防标准为30年一遇洪水,仙姑河干流规划河宽为80m,输水管线工程仙姑河稍木子沟泵站至栾家坪段(S150~S122)7.05km在远期规划范围内。由于输水管线采用穿越埋设设计,护岸砌体基本按原坎(岸)线布设,高度与原始地面平齐,不挤占河道行洪断面,不阻碍水流宣泄,因此对河道行洪和防洪不会产生不利的影响。该工程保护性护岸砌体顺河方向设计长度只有5m,并依原岸线建设,不改变水流的方向,不会影响水流的流场的分布,不改变水流的边界条件及水沙条件,对河势不会产生不利的影响。
3.5对现有防洪工程、水利设施及其它设施的影响
    该工程入口处有拓家河水库,出口处有稍木子沟泵站,仙姑河段虽有一干渠、二干渠引水枢纽和渠道工程及零星的堤防工程,但该工程不穿越上述水利工程,对上述水利工程运用不会产生不利的影响。该工程在仙姑河段S75~S150段基本与西气东输的管线并行,并多次穿越西气东输管道,将对其安全产生不利的影响。根据河床最大冲刷深度计算的结果,仙姑河工程段30年一遇洪水时次洪峰的最大冲刷深度可达5.5m(河床质)以上。该工程穿河建筑物采用埋设倒虹,倒虹河床段将岩石开槽后作为管沟,管道中心线位于新鲜基岩以下1.5m,因此工程穿河段的埋深是安全的。
4结语
拓家河水库引水工程管线长度31.2km,共计穿越中山川、仙姑河21次,穿越长度共计2523m。穿越倒虹工程,在河道全断面施工,易受洪水的威胁。通过对河道洪水分析和计算,该工程设防30年一遇洪水标准是得当的,设计的穿越河道的建筑物、防护建筑物、建筑材料符合有关技术规范和现场施工条件,工程建设对河道行洪、河势和两岸的堤防工程及其它设施的安全不产生不利的影响。


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