柏临河防洪治导线初步设计

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摘 要：由于涉河建设项目日益增加，位于城镇或山区中小河流防洪形势愈加严峻。为适应宜昌新区的规划发展需要，文章以柏临河为研究对象，选取处于新区建设范围内的土门大桥至临江溪大桥段进行研究，选择20个典型计算断面，用已有的勘测和监测资料计算了该河段20年一遇和50年一遇的的设计水面线。研究表明，魏玲桥段、宜黄高速段及总部基地三处的防洪压力较大，基于此初步提出了柏临河的治导线方案，以保障^域的防洪安全，并为类似河流的防洪治导线规划提供参考。

关键词：治导线；防洪；水面线；柏临河

引言

河道治导线规划是区域可持续发展的重要保障，尤其对河道周围村庄的防洪安全具有举足轻重的作用。随着社会经济发展，河道内的水利工程建设、河流截弯取直、边坡硬化等因素导致河道的行洪能力不断下降，河流生态状况日益衰退。为适应新形势下区域经济的可持续健康发展，河流的整治和管理受到各界的广泛关注，特别是“河长制”推行以来，传统的单一目标的河道管理逐渐过度为“安全为先、生态治理”的管理理念。

河流治导线是在河道整治规划后，可满足设计流量并控制河势的平面轮廓线[1]，综合规划治导线有利于河道周围土地的有序开发利用，同时形成具有较强防洪能力的工程体系。我国最初研究治导线是针对钱塘江的河床淤积问题及河口的冲刷问题，经过多年的统计和调研，最终提出钱塘江走“中”的治导线规划方案[2]，之后，各地区河流管理人员分别研究了海河口、景东川、黄茅海、桃花裕、江苏入海河道、信江贵溪等区域河流的治导线方案[3-8]；为使得治导线的计算更加精确，唐洪武等人还深入研究了治导线放宽率的计算和确定方法[9，10]；此外，为充分考虑治导线设计参数的取值范围和制衡关系，马良等提出了一种优化函数以避免经验法的主观性缺陷[1]。总体而言，我国对于治导线的研究处于初始阶段，研究区域局限于对国民经济发展具有重要影响的大江大河，而对中小河流、特别是处于城镇和偏远山区河流规划较少，近年我国各地区防洪形势较为严峻，且国家大力号召保护河湖生态，在此背景下，综合规划并开发治理中小河流的治导线，有利于综合利用河流周围的岸线资源，并使得涉河项目的审批有章可循，也能为类似河流的治理工作提供依据。

1 研究区域概况

柏临河是长江左岸的一级支流，发源于夷陵区别家大山，在罗家嘴以上分东西两支。东支流经宋家咀、龙泉铺至罗家嘴与西支汇合，西支由官庄、仓屋榜、戴家畈至罗家嘴。东西两支汇合后，流经土门、伍家岗区、于宜昌市城区东郊临江坪汇入长江，流域面积478km2，主河道长54.3km，柏临河流域河流弯曲系数1.6，河网密度0.4km/km2，流域平均坡降5.5‰，流域平均海拔高程237米。根据总体规划，宜昌新区东北至龙泉杨树河，东至柏临河路-汉宜高速公路一线，东南至沪渝高速公路，西南至点军宜万铁路-翻坝高速公路，西北至牛扎坪南侧，北以长江-伍家岗宜万铁路-合益路-东山四路-花溪路为界，见图1。所以目前柏临河从土门大桥至临江溪大桥段全部为新区建设的范围内，其河道防洪设计标准为20年一遇。

2 材料和方法

2.1 河流分段原则

（1）计算断面内，应控制其断面糙率、尺寸、坡降等水力参数的变化幅度。

（2）同一计算断面内应保证没有其他支流汇入或流出。

（3）计算断面的水位差应控制在一定范围（平原区0.2～1.0m，山区1.0～3.0m）。

（4）对于重要区域（如工厂、城镇等）。需多设置几个计算断面。

研究河段选取及分段

研究河段选取土门大桥至临江溪段，根据河流分段原则，将其划分为两段：（1）土门大桥至后河出口段（桩号0+000～7+931）；（2）土门河出口至临江溪大桥段（桩号7+931～14+831），并在两个河段分别设置10个计算断面。

2.2 水面线计算方法

试算法、图解法及简算法是水面线计算的常用方法，而试算法具备精确度高、工程领域应用广等优势，因此本研究用该方法计算水面线，此方法原理为：根据河流实际情况，将其划分为若干河段并分段计算水面线，进而将各河段的水面线整合为该河流的水面线。其计算公式如下：

分别为上、下游断面的行近流速水头、沿程水头损失和局部水头损失（m）；Q、s――分别为上下游断面间距（m）、断面流量（m3/s）；为上下游断面之间的平均流量模数，R为水力半径，n为河道糙率；ζ为局部水头损失系数，逐渐扩散段取ζ取-0.33～-0.5，急剧扩散段取ζ取-0.5～-1.0，对于河道的收缩段，一般不再另外计入局部水头损失，ζ取0，顺直河段ζ取0。

通过试算法求解上述基本方程，在已知上或下断面水力要素情况下，可通过迭代依次求解另一断面水位。本次柏临河计算河段长11.90km，水位起算从下游开始，起算断面选择入江口（桩号14+831）。宜昌站2%、5%水位分别为51.43m、50.60m，对应柏临河入江口水位分别为50.63m、49.80m。

结论

（1）用已有监测和勘测资料，通过试算法计算了柏临河20个计算断面在洪水频率为2%和5%条件下的水面线。

（2）综合考虑新区建设范围和防洪要求，初步提出了柏临河治导线规划方案。

3 结果

根据上述方程进行迭代计算得到的结果如表1所示；采用2013年11月的勘测的河流断面资料进行过流能力复核，得到的柏临河在20年和50年一遇的洪水时的水面线如图2所示。

由表1知，柏临河在遭遇20年或50年一遇的洪水时，魏玲桥段、宜黄高速段及总部基地三处的防洪压力较大，据资料分析发现，柏临河河道从土门河至临江溪段平均河宽约112m，最大河宽202m，最小河宽仅50m，存在多处卡口：魏玲桥河宽50m，总部基地河宽63～79m，宜黄高速大桥附近消力池河宽78m。目前，柏临河正处于宜昌新区的开发阶段，需综合考量并布置治导线以提高区域防洪能力，治导线的第一原则是因势利导，并结合现有的提防、自然节点布置治导线，制定治导线后以水力参数进行校核，并调整不满足要求的河段，重复计算，最终得到如图2所示的防洪治导线，该治导线制定的总体方案为：控制河宽110m，由主槽向右岸滩地扩挖，岸坡坡比设为1：2.5。

参考文献

[1]马良，张红武，钟德钰.基于制衡机制的治导线设计[J].水利学报，2016（10）：1315-1321.

[2]韩曾萃，余祈文.钱塘江尖山河段治导线初步研究[J].科技通报，1985（06）：11-14.

[3]韩西军，杨树森.海河口治导线规划方案的研究[J].水道港口，1998（03）：12-20.

[4]熊执中.景东川河防洪工程治导线的确定[J].人江，2001，（05）：30-31.

[5]陈永平，马启南，杜德军，等.黄茅海内治导线对潮汐要素影响的试验研究[J].海洋工程，2002（02）：32-37.

[6]王恺忱，王卫红.对桃花峪-花园口河段治导线的讨论[J].人民黄河，2009，（04）：21-22.

[7]毛桂囡，龚政，赵立梅，等.江苏入海河道河口治导线研究[J].河海大学学报（自然科学版），2010（04）：462-466.

[8]邬年华，黄志文，邓金运.信江贵溪城南河段治导线调整模型试验研究[J].中国农村水利水电，2015（07）：80-82+84.

[9]罗肇森.河口治导线放宽率的计算[J].水利水运工程学报，2004（02）：55-58.

[10]唐洪武，丁兵，杨明远.河口治导线放宽率的确定[J].水利学报，2008（01）：59-65.