水利工程师评职范文河道整治的分析与计算

来源：职称论文发表咨询网作者：qifan时间：2013-07-12 10:56

　　摘要：近年来，随着城镇建设的快速发展，各地区需要更多的建筑原材料，例如水泥、石灰等工矿企业，为了取水和就地取材方便，这些企业一般选在离河道近，地势平整的小山沟里。为了充分利用地势，符合建厂规划，一般都要对建厂位置弯曲的河流进行改道整治。本文引入工程实例，进行了详实分析，最后设计出利于河道行洪的明渠，为项目顺利实施提供了科学的依据。

　　关键词：行洪,明渠,水深,流量

　　1、引言

　　南江县水洞乡黄龙村拟建海螺水泥厂，为了按照规划布置厂址，现需对黄龙村河道进行改道处理。

　　拟建厂址原料区域河段为上游河段，河道呈S型。河床为乱石，断面呈“V”型，河谷狭窄，两岸为植被较好的山坡。拟改河道位于弯道，对原河道截弯取直。

　　拟建厂址中间河段基本顺直。河道右岸有简易堡坎，堡坎以上一级阶地上分布有农田。河道左岸由乱石组成，岸边一级阶地上南江镇到黄泥村的村道公路沿河走向从区内通过。左侧岸坡较为较开阔，断面呈“U”型，低水河面宽5～15m之间。本工程厂房位于地势相对开阔的左岸。

　　拟建厂址厂前区河段为下游河段，河道呈S型。河床为乱石，断面呈“U”型，河谷狭窄，两岸为植被较好的陡坡。拟改河道位于弯道，将原河道向右岸偏移。

　　2、设计洪水

　　1、设计暴雨

　　由于水洞乡黄龙村上游无实测水文资料，本次采用相距项目4.9公里的桥坝雨量站资料作为该工程设计依据，桥坝雨量站具有连续34年的观测资料，包含了丰、平、枯水期，故所采用的雨量资料具有较好的一致性和代表性。根据《防洪标准(GB50201-94)》标准和海螺水泥厂属中型企业规模确定，该河断设计洪水频率为50年一遇。对桥坝雨量站年最大24小时暴雨进行排频计算，采用P-Ⅲ型曲线进行适线确定统计参数，均值为112mm，CV=0.59,CV/CS=3.5,计算出该站最大24小时50年一遇设计暴雨为305.6mm。

　　2、设计洪峰流量

　　计算河道断面设计洪峰流量，采用中小流域暴雨洪水计算方法中的推理公式法，进行暴雨洪水计算。

　　①计算公式

　　设计洪峰流量计算公式为：

　　Qm=0.278(SpΨ/Jn)F

　　当tc≥τ时，Ψ=1-(µ/S) Jn

　　当tc<τ时，Ψ=n(tc/J) 1-n

　　式中 Qm——设计洪峰流量(m3/s);Ψ——洪峰径流系数，查图;Sp——设计频率的雨力(mm/h);J——汇流时间(h);n——暴雨衰减指数; F——流域面积(km2);µ——损失参数;tc——产流历时(h)。

　　②河流特征数据

　　河流特征数据采用南江县5万分之一地图册，并借助地理信息系统进行分级量算，得到分析断面以上流域集水面积为21.6km2、河长6.49km、工程断面以上平均坡降43.8‰。

　　③推理公式参数及设计洪峰流量

　　对桥坝雨量站历年最大雨量进行排频分析计算，并结合《四川省水文手册》，在附图4-13短历时暴雨均值指数n2等值线图(t=1～24小时)上，查得水洞乡参数n2=0.622。

　　由于所建设项目地处盆缘山区，根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》表3-1中第Ⅲ类，查得公式u=3.6F-0.19;表3-2的第Ⅱ汇流数：1<θ<30时，m=0.318θ0.204,30<θ<3000时，m=0.055θ0.72 ，流域特征系数θ=L/(J1/3 f1/4)，综上分析计算出工程处洪水系列成果50年一遇的洪水流量为300 m3/s。

　　3河道整治分析计算

　　首先分析计算河道整治前在设计洪水位时，河道中应达到的正常水位高程，以及河道改建后，在确保相同频率下的洪水不得高于原水位情况下，并适当提高防洪标准，设计出河道的行洪宽度、河堤高度以及相关参数。根据本次选定断面处的设计流量、水位，工程前后有关水力要素及影响河段内若干断面的测量资料，通过水文分析计算推求整治河段设计洪水自然水面线，再利用谢才公式设计出河道整治后的断面宽度和河床两岸堡坎高度。

　　3.1基本原理

　　天然河道蜿蜒曲折，过水断面很不规则，断面形状、粗糙系数及河道底坡沿程都有变化，其水力因素十分复杂。采用水力学中河道水面线的计算原理和方法计算各断面的水位，假定发生设计洪水时，河道水流属恒定非均匀流，水面线计算采用天然河道水位沿程变化的伯努利能量方程式：

　　3.2断面布置

　　为了全面了解和准确地分析工程处的河道行洪情况，根据断面布置的基本要求，经过实地查勘测量，综合考虑左右岸边坡的地形以及河道上的建筑物等情况，在水洞乡黄龙溪论证河段内共布设了3个计算断面，进行河道大断面的测量，断面编号从下游往上游记为1～3号。

　　3.3黄龙溪下游卡口控制断面水力要素的计算

　　1、工程下游控制断面行洪计算

　　由于行洪论证河段没有实测水文资料，控制断面水位流量关系的推求采用曼宁公式：

　　计算中有关参数的采用：过水面积、水力半径是根据实测大断面资料逐级水位计算，水面比降是根据实测的现时水面比降和洪痕水面比降分析得到的，该河段的平均糙率在0.039～0.041。

　　2、水洞河黄龙溪卡口处设计洪水水位计算

　　利用设计断面的水位流量关系查得设计断面处的洪水水位，利用伯努利能量方程推算出中断面、上断面河道水面曲线。1、2、3号断面50年一遇洪水位分别为508.7m、510.84 m、514.63 m;河宽为22.6m、69.7 m、41.2 m;水深为3.87m、4.08m、4.20m。

　　3.4黄龙溪河道整治行洪分析计算成果

　　根据防洪标准和海螺水泥厂规模要求，现对水泥厂工作区以及职工宿舍区附近河段进行全面整治。黄龙溪河道整治长度全长约1km，共分三段，其中在水泥厂取水口下游至厂房上游有一弯道需截弯取直为第一段，直线长度约为219m;在厂房下游约500m处为职工宿舍楼区，河道弯曲，河堤较低，河道需截弯取直为第三段，直线长度约为222m,中间河段为第二段。

　　整治河道防洪要求，以50年一遇洪水为设防标准。分别在整治河道三段的中间断面处，按要求设计出不高于整治河道前各洪水水位情况下的明渠宽度、护堤高度以及边坡系数等水力要素。从项目安全性考虑在设计值上加上安全系数，本次分析计算结果将加上0.4m安全值，为最终设计结果，计算成果见附表和附图。

　　河道整治后的基本状况是：河底为砂砾石或卵石组成，床面平整，断面规整，水流通畅，截弯取直段河段顺直，从上段到下段为顺坡无逆坡现象。比降增大，糙率降低，流速增大，更利于行洪。

　　3.5综合结论

　　黄龙溪河道整治工程的建设，规范了洪水的走向，加高了堤防高度，河道顺直床面平坦，河堤规整，洪水不再出现跃水、跌水、回水、死水和漫滩现象，大大增加了黄龙溪河道的行洪能力，为海螺水泥厂顺利实施提供了科学的依据。

　　参考文献：

　　[1] 《水文普通测量规范》(SL58-93)

　　[2] 《河床演变及整治》中国水利水电出版社

　　[3] 《水力学》中国建筑工业出版社

　　[4] 《水文水利计算》中国水利水电出版社

　　[5] 《防洪标准》(GB50201-94)

　　[6] 《水文年鉴编印规范》(SD244-87)

　　[7]《四川省河道管理范围内建设项目管理暂行办法》(川水发[2004]40号)