金文（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽 110006）

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遼河設(shè)計(jì)斷面選取與設(shè)計(jì)水位探究

金文
（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽 110006）

［摘 要］遼河水文資料較為全面，水力計(jì)算斷面測量也有多個(gè)年份。遼河作為多沙河流，工程設(shè)計(jì)時(shí)水力計(jì)算斷面的選取是非常重要也是非常困難的，設(shè)計(jì)水位的采用也不能簡單的直接引用一套斷面計(jì)算成果，應(yīng)是在綜合分析工程運(yùn)行期各種可能工況的前提下，對計(jì)算水位進(jìn)行量化處理后，方可采用。文章主要從遼河多年斷面之間相對關(guān)系，利用斷面分析、泥沙分析等多種方法，探討適合作為近年遼河設(shè)計(jì)采用計(jì)算斷面以及計(jì)算水面線成果的處理方式。

［關(guān)鍵詞］遼河；斷面選取；設(shè)計(jì)水位

1 概況

遼河自20世紀(jì)80年代開始有較為系統(tǒng)全面的全河河道大橫斷面測量，其中相對較為完整有5年：1980，1990，1996，2006，2011年。1980年斷面為遼河干流現(xiàn)有堤防系統(tǒng)整修時(shí)的設(shè)計(jì)斷面；1990，1996，2006年為遼河大洪水以后隔年或隔幾年后的測量斷面；2011年斷面為目前遼河上下游最新的河道大橫斷面資料。1990年斷面和1996年斷面當(dāng)年測量時(shí)以抽測復(fù)核為主，因此其斷面密度和斷面長度均比其他3個(gè)年份要小，不適合作為計(jì)算斷面。根據(jù)遼河各泥沙測站資料情況反映，遼河從福德店至河口多年平均含沙量2.35～4.39 kg/m3，介于多沙河流和少沙河流之間，又根據(jù)遼河泥沙以及河道淤積特性的一般分析結(jié)論，遼河基本上屬于洪沖枯淤河流。遼河經(jīng)過20世紀(jì)70年代十余年連續(xù)枯水年，河道斷面尤其是主槽淤塞較為嚴(yán)重，河段斷面過流能力較小，工程設(shè)計(jì)采用成果偏于安全。因此，在2005年之前，遼河干流上的工程設(shè)計(jì)水力計(jì)算斷面采用絕大部分為1980年斷面。2005年，遼河干流上唯一具有調(diào)蓄洪水功能的大型水庫—石佛寺水庫建成，該水庫的建設(shè)運(yùn)行很大程度上改變了遼河上下游河道的沖淤規(guī)律，到目前為止，河道內(nèi)新的沖淤平衡仍然沒有完成。這樣就給近年以及其后數(shù)年內(nèi)遼河干流上水利工程治理提出一個(gè)難題，即工程設(shè)計(jì)對應(yīng)的水利計(jì)算斷面應(yīng)如何選取，設(shè)計(jì)水位應(yīng)如何采用。

2 斷面穩(wěn)定性分析

在確定計(jì)算選取斷面之前，應(yīng)首先分析各套斷面的穩(wěn)定性，即相對于遼河多年長系列而言，是過流能力偏大還是偏小還是居中，進(jìn)而分析采用該套斷面進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果是否偏于安全，為后續(xù)設(shè)計(jì)水位采用提供依據(jù)。河道斷面過流能力大小一般可以采用兩種方法進(jìn)行分析：一種是斷面比較法，即槽容量法；另一種是輸沙量平衡法。

2.1 斷面比較法

在各套斷面的同一斷面設(shè)置相同的高水位，一般高水位以在原設(shè)計(jì)水位附近為宜，利用繪圖軟件計(jì)算高水位以下河灘面及河底以上部分?jǐn)嗝娴倪^流面積，列表比較各套斷面同一斷面的過流面積差值，并引入各斷面間流心距，立體計(jì)算整個(gè)河道各套斷面的過流能力。為了與輸沙量平衡法進(jìn)行對比，列舉以遼河水文站為節(jié)點(diǎn)的相關(guān)分析成果，此次分段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于遼河河道較長。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可見，福德店至石佛寺庫尾即凡河口以上段，河道由1980—2006年、由2006—2011年呈現(xiàn)逐年沖刷的態(tài)勢，河道過流面積增大，河道由1980—2011年30余年間平均沖刷深約0.15 m。石佛寺庫尾至馬虎山段，1980—2006年沖淤基本平衡，2006—2011年呈現(xiàn)略沖狀態(tài)，但幅度較小。馬虎山至巨流河段，則在1980—2006年間呈現(xiàn)略有沖刷的態(tài)勢，河道平均沖深約0.15 m，2006—2011年略有淤積，整體上看1980—2011年河槽仍然以沖刷為主，但幅度較小。巨流河以下尤其是巨流河至遼中段，是遼河淤積的主要河段，受遼河西部支流特別是柳河下泄泥沙的影響較大，從長系列來看，1980—2011年，河道平均淤積厚度超過0.2 m，對河道過流面積影響較大。遼中至六間房段，或者進(jìn)一步下延大約至L83斷面，河道由上游的淤積漸進(jìn)發(fā)展至以沖刷為主，尤其是2006—2011年，柳河近年沒有大水發(fā)生，下泄泥沙較少且由于此段距離柳河口漸遠(yuǎn)，致使該段在河道沖淤基本平衡的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)略沖的態(tài)勢，但幅度很小且從長系列看此種趨勢也不夠穩(wěn)定。六間房以下或者L83以下，受盤山閘運(yùn)用影響，河道基本呈現(xiàn)淤積的態(tài)勢，但受惠于近年柳河未有大水發(fā)生，在2006—2011年間淤積狀況并不特別嚴(yán)重，在2006年之前該段淤積較為嚴(yán)重，也是其在2003年以后安排河道清淤的主要原因。

表1 遼河歷年斷面過流能力分段統(tǒng)計(jì)表

2.2 輸沙量平衡法

利用遼河干支流泥沙測站統(tǒng)計(jì)資料，分析得出干流上下兩站之間在某一年份的泥沙淤積或沖刷量，并根據(jù)長系列資料分析洪、中、枯水年?duì)顩r下的河道沖淤規(guī)律，結(jié)合歷年大洪水時(shí)各水文站汛前、汛中、汛后斷面，分析大洪水狀況下的河道一般沖淤規(guī)律。在干流泥沙資料統(tǒng)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意主要支流尤其是含沙量較大支流下游泥沙測站資料的統(tǒng)計(jì)和分析，在條件具備時(shí)還應(yīng)分析干支流洪水歷時(shí)遭遇情況，進(jìn)而配合斷面比較法分析得到干流淤積部位、淤積厚度與洪水組合情況的關(guān)系。由于是以泥沙測站為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，因此，分析成果原則上僅能反映兩站之間的泥沙沖淤總量變化情況。為了統(tǒng)計(jì)成果更直觀地與斷面比較法進(jìn)行對比，此研究引入斷面平均淤積狀態(tài)進(jìn)行分析說明，平均淤積為將區(qū)段泥沙淤積總量除以區(qū)間河道面積，不單獨(dú)做主槽和灘地的區(qū)分，統(tǒng)一用平均值進(jìn)行說明。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。為了與斷面比較法進(jìn)行對比，將泥沙資料按照1980年以前、1980—2005年、2006—2011年3個(gè)時(shí)段分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表2 1954-2011年遼河干流各河段泥沙淤積厚度統(tǒng)計(jì)表 m

從表2中可見，鐵嶺以上河段基本呈現(xiàn)逐年沖刷態(tài)勢，1980年以后河道平均沖刷超過0.11 m；鐵嶺至馬虎山河段基本呈現(xiàn)逐年淤積態(tài)勢，但結(jié)合斷面分析法成果，淤積應(yīng)主要發(fā)生在石佛寺庫區(qū)，石佛寺壩下略有淤積但不嚴(yán)重，泥沙統(tǒng)計(jì)資料顯示該段多年平均淤積約0.14 m；馬虎山至巨流河河段呈現(xiàn)逐年沖刷態(tài)勢，1981—2011年30年間河道平均沖刷約0.09 m。巨流河以下至六間房則基本呈現(xiàn)逐年淤積態(tài)勢，結(jié)合斷面比較法成果，這一淤積態(tài)勢可下推至盤山閘，其間淤積程度略有差別，以巨流河至平安堡最大，1981—2011年30年間河道平均淤積厚度接近0.5 m。

3 計(jì)算斷面采用

根據(jù)斷面比較法和輸沙量平衡法分析成果，并結(jié)合相關(guān)資料分析，可以大致得出：遼河干流石佛寺庫區(qū)以上河道以及石佛寺大壩至下游巨流河段河道，多年來看應(yīng)是以沖刷為主，個(gè)別斷面和較短河段的淤積程度也較輕。從大范圍定性分析上可以認(rèn)為以上河段屬于沖刷態(tài)勢，而且從長系列看，此種河段發(fā)生較大淤積甚而淤積至1980年斷面程度的可能性非常小。其中較為重要的一個(gè)原因，是上游東、西遼河上目前均建設(shè)有大型防洪控

制水庫，下泄泥沙減少，清水下泄時(shí)間增加，遼河干流上游的來水、來沙條件與1980年以前發(fā)生根本性改變。石佛寺庫區(qū)以及巨流河以下遼河干流河段則基本呈現(xiàn)淤積態(tài)勢，其中巨流河至平安堡段最為嚴(yán)重，30年間淤積厚度平均可達(dá)近0.5 m，但隨著石佛寺水庫的建成運(yùn)用，以及柳河整個(gè)的來水來沙條件的變化，淤積程度有望減輕。

綜上所述，從資料的完整性以及時(shí)效性上分析，水力計(jì)算應(yīng)盡量采用較新的測量資料，更能客觀準(zhǔn)確地反映現(xiàn)狀河道行洪條件，在工程設(shè)計(jì)中通過分析，對設(shè)計(jì)水位進(jìn)行一定的后續(xù)處理，進(jìn)而達(dá)到資料完整、準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)合理、安全的目的。因此，在現(xiàn)有資料情況下，建議工程設(shè)計(jì)選取2011年斷面作為設(shè)計(jì)水位計(jì)算斷面。

4 建議設(shè)計(jì)水位采用方法

根據(jù)斷面比較法和輸沙量平衡法分析成果，可見遼河干流上下游的沖淤規(guī)律是不完全一致的，在采用任何一套斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)水位計(jì)算時(shí)，均需要做一定的后期處理才能更好地滿足工程設(shè)計(jì)的需求。根據(jù)前文，在采用2011年斷面作為設(shè)計(jì)水位計(jì)算斷面后，通過對2011年斷面的一些必要處理，包括套堤、阻水林木、管理路等的概化以及河道各區(qū)域糙率的歸納處理，分段采用控制節(jié)點(diǎn)的起點(diǎn)水位和上游來流條件，計(jì)算得到工程設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)水位。

在初步設(shè)計(jì)水位基礎(chǔ)上，利用斷面比較法和輸沙量平衡法分析成果，并參考原遼河整治工程設(shè)計(jì)的水位處理方法，建議工程設(shè)計(jì)采用水位在初步設(shè)計(jì)水位上做如下處理：石佛寺庫區(qū)以上以及石佛寺大壩至下游巨流河橋段直接采用初步設(shè)計(jì)水位。石佛寺庫區(qū)仍然采用《遼河石佛寺水庫樞紐一期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》的水面線成果；巨流河以下至盤山閘段設(shè)計(jì)采用水位在初步設(shè)計(jì)水位基礎(chǔ)上加0.5 m淤積預(yù)留，該數(shù)據(jù)與遼河整治工程初步設(shè)計(jì)處理方式相同。

［參考文獻(xiàn)］

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［中圖分類號］P333

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1002－0624（2016）06－0010－02

[收稿日期]2015-12-20