水利工程師評(píng)職范文河道整治的分析與計(jì)算

　　摘要：近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，各地區(qū)需要更多的建筑原材料，例如水泥、石灰等工礦企業(yè)，為了取水和就地取材方便，這些企業(yè)一般選在離河道近，地勢(shì)平整的小山溝里。為了充分利用地勢(shì)，符合建廠規(guī)劃，一般都要對(duì)建廠位置彎曲的河流進(jìn)行改道整治。本文引入工程實(shí)例，進(jìn)行了詳實(shí)分析，最后設(shè)計(jì)出利于河道行洪的明渠，為項(xiàng)目順利實(shí)施提供了科學(xué)的依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：行洪,明渠,水深,流量

　　1、引言

　　南江縣水洞鄉(xiāng)黃龍村擬建海螺水泥廠，為了按照規(guī)劃布置廠址，現(xiàn)需對(duì)黃龍村河道進(jìn)行改道處理。

　　擬建廠址原料區(qū)域河段為上游河段，河道呈S型。河床為亂石，斷面呈“V”型，河谷狹窄，兩岸為植被較好的山坡。擬改河道位于彎道，對(duì)原河道截彎取直。

　　擬建廠址中間河段基本順直。河道右岸有簡(jiǎn)易堡坎，堡坎以上一級(jí)階地上分布有農(nóng)田。河道左岸由亂石組成，岸邊一級(jí)階地上南江鎮(zhèn)到黃泥村的村道公路沿河走向從區(qū)內(nèi)通過(guò)。左側(cè)岸坡較為較開(kāi)闊，斷面呈“U”型，低水河面寬5～15m之間。本工程廠房位于地勢(shì)相對(duì)開(kāi)闊的左岸。

　　擬建廠址廠前區(qū)河段為下游河段，河道呈S型。河床為亂石，斷面呈“U”型，河谷狹窄，兩岸為植被較好的陡坡。擬改河道位于彎道，將原河道向右岸偏移。

　　2、設(shè)計(jì)洪水

　　1、設(shè)計(jì)暴雨

　　由于水洞鄉(xiāng)黃龍村上游無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，本次采用相距項(xiàng)目4.9公里的橋壩雨量站資料作為該工程設(shè)計(jì)依據(jù)，橋壩雨量站具有連續(xù)34年的觀測(cè)資料，包含了豐、平、枯水期，故所采用的雨量資料具有較好的一致性和代表性。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB50201-94)》標(biāo)準(zhǔn)和海螺水泥廠屬中型企業(yè)規(guī)模確定，該河斷設(shè)計(jì)洪水頻率為50年一遇。對(duì)橋壩雨量站年最大24小時(shí)暴雨進(jìn)行排頻計(jì)算，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行適線確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)，均值為112mm，CV=0.59,CV/CS=3.5,計(jì)算出該站最大24小時(shí)50年一遇設(shè)計(jì)暴雨為305.6mm。

　　2、設(shè)計(jì)洪峰流量

　　計(jì)算河道斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，采用中小流域暴雨洪水計(jì)算方法中的推理公式法，進(jìn)行暴雨洪水計(jì)算。

　?、儆?jì)算公式

　　設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算公式為：

　　Qm=0.278(SpΨ/Jn)F

　　當(dāng)tc≥τ時(shí)，Ψ=1-(µ/S) Jn

　　當(dāng)tc<τ時(shí)，Ψ=n(tc/J) 1-n

　　式中 Qm——設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s);Ψ——洪峰徑流系數(shù)，查圖;Sp——設(shè)計(jì)頻率的雨力(mm/h);J——匯流時(shí)間(h);n——暴雨衰減指數(shù); F——流域面積(km2);µ——損失參數(shù);tc——產(chǎn)流歷時(shí)(h)。

　?、诤恿魈卣鲾?shù)據(jù)

　　河流特征數(shù)據(jù)采用南江縣5萬(wàn)分之一地圖冊(cè)，并借助地理信息系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)量算，得到分析斷面以上流域集水面積為21.6km2、河長(zhǎng)6.49km、工程斷面以上平均坡降43.8‰。

　?、弁评砉絽?shù)及設(shè)計(jì)洪峰流量

　　對(duì)橋壩雨量站歷年最大雨量進(jìn)行排頻分析計(jì)算，并結(jié)合《四川省水文手冊(cè)》，在附圖4-13短歷時(shí)暴雨均值指數(shù)n2等值線圖(t=1～24小時(shí))上，查得水洞鄉(xiāng)參數(shù)n2=0.622。

　　由于所建設(shè)項(xiàng)目地處盆緣山區(qū)，根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》表3-1中第Ⅲ類，查得公式u=3.6F-0.19;表3-2的第Ⅱ匯流數(shù)：1<θ<30時(shí)，m=0.318θ0.204,30<θ<3000時(shí)，m=0.055θ0.72 ，流域特征系數(shù)θ=L/(J1/3 f1/4)，綜上分析計(jì)算出工程處洪水系列成果50年一遇的洪水流量為300 m3/s。

　　3河道整治分析計(jì)算

　　首先分析計(jì)算河道整治前在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，河道中應(yīng)達(dá)到的正常水位高程，以及河道改建后，在確保相同頻率下的洪水不得高于原水位情況下，并適當(dāng)提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出河道的行洪寬度、河堤高度以及相關(guān)參數(shù)。根據(jù)本次選定斷面處的設(shè)計(jì)流量、水位，工程前后有關(guān)水力要素及影響河段內(nèi)若干斷面的測(cè)量資料，通過(guò)水文分析計(jì)算推求整治河段設(shè)計(jì)洪水自然水面線，再利用謝才公式設(shè)計(jì)出河道整治后的斷面寬度和河床兩岸堡坎高度。

　　3.1基本原理

　　天然河道蜿蜒曲折，過(guò)水?dāng)嗝婧懿灰?guī)則，斷面形狀、粗糙系數(shù)及河道底坡沿程都有變化，其水力因素十分復(fù)雜。采用水力學(xué)中河道水面線的計(jì)算原理和方法計(jì)算各斷面的水位，假定發(fā)生設(shè)計(jì)洪水時(shí)，河道水流屬恒定非均勻流，水面線計(jì)算采用天然河道水位沿程變化的伯努利能量方程式：

　　3.2斷面布置

　　為了全面了解和準(zhǔn)確地分析工程處的河道行洪情況，根據(jù)斷面布置的基本要求，經(jīng)過(guò)實(shí)地查勘測(cè)量，綜合考慮左右岸邊坡的地形以及河道上的建筑物等情況，在水洞鄉(xiāng)黃龍溪論證河段內(nèi)共布設(shè)了3個(gè)計(jì)算斷面，進(jìn)行河道大斷面的測(cè)量，斷面編號(hào)從下游往上游記為1～3號(hào)。

　　3.3黃龍溪下游卡口控制斷面水力要素的計(jì)算

　　1、工程下游控制斷面行洪計(jì)算

　　由于行洪論證河段沒(méi)有實(shí)測(cè)水文資料，控制斷面水位流量關(guān)系的推求采用曼寧公式：

　　計(jì)算中有關(guān)參數(shù)的采用：過(guò)水面積、水力半徑是根據(jù)實(shí)測(cè)大斷面資料逐級(jí)水位計(jì)算，水面比降是根據(jù)實(shí)測(cè)的現(xiàn)時(shí)水面比降和洪痕水面比降分析得到的，該河段的平均糙率在0.039～0.041。

　　2、水洞河黃龍溪卡口處設(shè)計(jì)洪水水位計(jì)算

　　利用設(shè)計(jì)斷面的水位流量關(guān)系查得設(shè)計(jì)斷面處的洪水水位，利用伯努利能量方程推算出中斷面、上斷面河道水面曲線。1、2、3號(hào)斷面50年一遇洪水位分別為508.7m、510.84 m、514.63 m;河寬為22.6m、69.7 m、41.2 m;水深為3.87m、4.08m、4.20m。

　　3.4黃龍溪河道整治行洪分析計(jì)算成果

　　根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)和海螺水泥廠規(guī)模要求，現(xiàn)對(duì)水泥廠工作區(qū)以及職工宿舍區(qū)附近河段進(jìn)行全面整治。黃龍溪河道整治長(zhǎng)度全長(zhǎng)約1km，共分三段，其中在水泥廠取水口下游至廠房上游有一彎道需截彎取直為第一段，直線長(zhǎng)度約為219m;在廠房下游約500m處為職工宿舍樓區(qū)，河道彎曲，河堤較低，河道需截彎取直為第三段，直線長(zhǎng)度約為222m,中間河段為第二段。

　　整治河道防洪要求，以50年一遇洪水為設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。分別在整治河道三段的中間斷面處，按要求設(shè)計(jì)出不高于整治河道前各洪水水位情況下的明渠寬度、護(hù)堤高度以及邊坡系數(shù)等水力要素。從項(xiàng)目安全性考慮在設(shè)計(jì)值上加上安全系數(shù)，本次分析計(jì)算結(jié)果將加上0.4m安全值，為最終設(shè)計(jì)結(jié)果，計(jì)算成果見(jiàn)附表和附圖。

　　河道整治后的基本狀況是：河底為砂礫石或卵石組成，床面平整，斷面規(guī)整，水流通暢，截彎取直段河段順直，從上段到下段為順坡無(wú)逆坡現(xiàn)象。比降增大，糙率降低，流速增大，更利于行洪。

　　3.5綜合結(jié)論

　　黃龍溪河道整治工程的建設(shè)，規(guī)范了洪水的走向，加高了堤防高度，河道順直床面平坦，河堤規(guī)整，洪水不再出現(xiàn)躍水、跌水、回水、死水和漫灘現(xiàn)象，大大增加了黃龍溪河道的行洪能力，為海螺水泥廠順利實(shí)施提供了科學(xué)的依據(jù)。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2] 《河床演變及整治》中國(guó)水利水電出版社

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　　[4] 《水文水利計(jì)算》中國(guó)水利水電出版社

　　[5] 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)

　　[6] 《水文年鑒編印規(guī)范》(SD244-87)

　　[7]《四川省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理暫行辦法》(川水發(fā)[2004]40號(hào))

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