發(fā)布時間：2020-01-14所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要]渭河下游倉西工程2010年～2014年連續(xù)5年出險，通過分析研究倉西河段水沙條件變化及場次洪水等關(guān)鍵參數(shù)對出險工程的相對關(guān)系，以及其對工程出險的影響，對提出相應(yīng)的除險加固措施、確保工程與堤防安全具有重要意義。分析表明：盡管2010年～2014年洪水為
[摘要]渭河下游倉西工程2010年～2014年連續(xù)5年出險，通過分析研究倉西河段水沙條件變化及場次洪水等關(guān)鍵參數(shù)對出險工程的相對關(guān)系，以及其對工程出險的影響，對提出相應(yīng)的除險加固措施、確保工程與堤防安全具有重要意義。分析表明：盡管2010年～2014年洪水為倉西工程出險提供了動力與條件，但不是倉西工程出險的主要原因，整體上在倉西工程出險的影響因素中居于從屬地位;提出在控導(dǎo)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)更重視河道沖淤演變分析與趨勢預(yù)測，工程底坑深、沖刷流速等設(shè)計(jì)參數(shù)須以分析成果為依據(jù)，施工中設(shè)計(jì)變更應(yīng)以《水利工程設(shè)計(jì)變更管理暫行辦法》為依據(jù)，嚴(yán)格執(zhí)行、減少隨意性等相應(yīng)確保工程安全的對策、措施與建議。
[關(guān)鍵詞]連年出險;大荔倉西工程;渭河下游;水沙條件
1倉西河段概況
渭河倉西控導(dǎo)工程位于大荔縣韋林鄉(xiāng)望仙村東南的渭河渭淤2斷面左岸上下游，倉西灣所在河段是渭河下游的方山河～潼關(guān)入黃段，該河段長約58km，屬典型的彎曲性河段，枯水河床寬約400m～600m，河床局部擺動不定，河曲十分發(fā)育，平均彎曲系數(shù)約為1.43，河勢變化較為劇烈，侵蝕塌岸時常發(fā)生，河床縱向平均比降為10/000左右;在倉西工程下游6.0km左右渭河左岸有北洛河匯入渭河。
2倉西工程與出險基本情況
2.1倉西控導(dǎo)工程概況
倉西控導(dǎo)工程在《渭洛河下游河道整治初步設(shè)計(jì)》(下簡稱《初設(shè)》)中，工程布設(shè)起點(diǎn)在倉西灣上段，對應(yīng)于沙苑圍堤管理樁號為9+600，在倉西灣上段沿修正治導(dǎo)線與岸坎布置成直線，直線段布設(shè)12座雁翅壩垛抵御渭河洪水頂沖，中下段布設(shè)復(fù)合彎道，布置23座雁翅壩形成以壩護(hù)彎，以彎導(dǎo)流，并保護(hù)抽水站取水口和移民圍堤。工程總長度2781m，沿工程位置線共布置雁翅壩35座;其中水中進(jìn)占雁翅翅壩11座，旱灘雁翅壩24座，加固1座。倉西控導(dǎo)工程從2003年汛前、2003年汛后、2005年、2008年、2011年5期建設(shè)，目前形成總長5934m、雁翅壩35(0#～34#)座的規(guī)模[1]。
2.2工程歷年出險基本情況
倉西控導(dǎo)工程2010年初次出險以來歷次出險情況統(tǒng)計(jì)見表1。可以看出，出險集中在3～10#壩段;出險主要表現(xiàn)為壩垛墩蟄(3-6#、9#壩)、壩襠后潰坍塌或土體坍塌(2-3#、4-8#壩襠)、壩及襠籠石墩蟄或倒塌(8-10#壩襠)3種形式。針對倉西工程3種出險形式，分析研究倉西工程特殊出險類型的原因，提出科學(xué)合理的除險加固方案，并組織實(shí)施、確保工程與堤防安全，是十分必要、迫切的。
3水沙條件變化及其對倉西工程出險的影響分析
倉西河段附近無水文站，上游在渭淤2下游615m處的華陰水位站只有測水位，無法分析該河段的水沙情況，而華縣水文站位于渭淤10下游約900m處，故以華縣水文站來分析蒼西河段的水沙特征。
3.1華縣站水沙變化及其特征
1960年～2015年華縣站水沙統(tǒng)計(jì)表見表2，歷年水量變化見圖1。
由表2可知：1960年～2015年該時期多年平均水量64.02億m3，其中汛期水量38.60億m3，非汛期水量25.4億m3，分別占多年的60.3%、39.7%;年徑流量集中于汛期，總體上呈減小趨勢。1960年～2015年水量變化大致可分為3個階段：一是1960年～1985年豐水期，平均水量80.78億m3，占多年均64.02億m3的126.2%;二是1986年～2002年的枯水期，平均水量45.73億m3，占多年平均的71.4%;三是2003年～2015年的平水偏枯期，平均水量54.44億m3，占多年平均的85.0%;四是2010年～2014年的平水期，平均水量61.34億m3，占多年平均的95.8%,接近多年平均值。
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1960年～2015年華縣站沙量統(tǒng)計(jì)表見3，歷年沙量變化見圖2。由圖表可知：1960年～2015年多年平均沙量2.795億t，其中汛期沙量2.484億t，非汛期沙量0.310億t，分別占年的88.9%、11.1%;年輸沙量集中于汛期更為突出，總體上呈減小趨勢更為明顯。該時期沙量變化大致可分為4個階段：一是1960年～1978年豐沙期，平均輸沙量4.270億t，占多年均2.795億t的152.8%;二是1979年～1996年平沙期，平均輸沙量2.861億t，占多年均的102.4%;三是1997年～2003年枯沙期，平均輸沙量2.002億t，占多年均的71.6%;四是2004年～2015年特枯沙期，平均輸沙量0.821億t，占多年均的29.4%。
分析表明，渭河下游水、沙量變化在總體大致相同的情況下，還存在一定的差異：
一是水、沙量均集中于汛期，但沙量更為集中;
二是水、沙量總體呈減小趨勢，但沙量的減少更為持續(xù)與連續(xù)——由豐趨平、由平至枯、由枯減為特枯的明顯特征;
三是變化過程有一定差異，如近期(2004年～2015年)呈現(xiàn)“水量平水偏枯、沙量為特枯”的明顯差異。出險時段是2010年～2014年，該時期平均水量61.34億m3，其中汛期水量37.86億m3，非汛期水量23.47億m3，分別占年的61.7%、38.3%;年徑流量集中于汛期，總體上呈減小趨勢。1960年～1985年平均水量80.78億m3，占出險時段61.34億m3的131.7%;1986年～2002年平均水量45.73億m3，占出險時段的74.6%;2003年～2009年平均水量48.27億m3，占出險時段的78.7%;2003年～2015年平均水量54.44億m3，占出險時段的88.8%。出險時段水量較1960年～1985年偏枯，但較其它時段水量略多，屬于平水期。
出險時間的平均沙量0.800億t，其中汛期沙量0.754億t，非汛期沙量0.046億t，分別占年的94.2%、5.8%;年輸沙量集中于汛期更為突出，總體上呈減小趨勢更為明顯。1960年～1978年平均輸沙量4.270億t，占出險時段的0.800億t的533.5%;1979年～1996年平均輸沙量2.861億t，占出險時段的357.4%;1997年～2003年平均輸沙量2.002億t，占出險時段的250.1%;2004年～2015年平均輸沙量0.821億t，占多年均的102.6%。出險時段沙量相對其它時候來說是最枯、最小的時段，沙量急劇減少，洪水含沙量為各不同時候最小的時期，有利于洪水沖刷。
四是2010～2015時期洪量較1990年～2009年有所增加，沙量進(jìn)一步減少，洪水含沙量為各不同時期最小的時期，有利于洪水沖刷。
3.2場次洪水變化分析
1960年～2015年華縣站洪峰流量Q≥1000m3/s洪水的出現(xiàn)次數(shù)變化見圖3。可以看出，洪峰流量Q≥1000m3/s洪水場次1964年最多為14場，次多為1983年9次洪水，1984年、2005年、2013年出現(xiàn)了7次洪水;1970年～1989年年均4次，1990年～2015年年均2.7次，且1979年、2006年、2008年、2015年均未發(fā)生場次洪水洪峰流量大于1000m3/s的洪水。
1960年～2015年華縣站洪峰Q≥1000m3/s以上洪水過程洪水水沙量變化見圖4。由圖4可知：一是1964年、1981年大水大沙，1966年、1970年、1973年、1977年、1988年平水大沙與1975年、1983年、1984年、2003年等大水平沙年外，其它各年份洪量與洪水輸沙量一般尚屬協(xié)調(diào);二是1985年～2002年期間，渭河華縣站洪峰流量1000m3/s以上各場次洪水過程洪水總量與輸沙總量趨勢是波動性減小的，2003年以來輸沙量仍持續(xù)這種波動性減小，洪水洪量略有增加，水沙條件更有利于河道沖刷。
不同時期華縣站洪峰Q≥1000m3/s以上洪水過程洪水水沙量變化有較大差異：一是各時期年均洪量總體呈減小趨勢，特別是上世紀(jì)90年代以來減小明顯，洪水輸沙量年均持續(xù)減小規(guī)律更為明顯;二是年均洪量、輸沙量不同時期差異較大，洪量最大時期均為上世紀(jì)60年代是90年代與本世紀(jì)初的年均洪量3倍多，洪水過程輸沙量是本世紀(jì)以為的接近4倍，差異巨大;三是上世紀(jì)70、90年代總體水沙相對更不協(xié)調(diào);四是2010年～2015時期洪量較1990年~2009年有所增加，沙量進(jìn)一步減少，洪水含沙量為各不同時期最小的時期，有利于洪水沖刷。
近期(2003年～2015年)渭河下游華縣站各場次洪水情況統(tǒng)計(jì)見表2。由表2可知，2003年～2015年華縣站發(fā)生洪峰大于1000m3/s或含沙量大于200kg/m3的洪水共50場。含沙量大于200kg/m3的高含沙洪水20場，其中洪峰小于1000m3/s含沙量大于200kg/m3的高含沙小洪水13場，洪峰介于1000m3/s～2000m3/s含沙量大于200kg/m3的高含沙中小流量洪水7場，未發(fā)生洪峰大于2000m3/s含沙量大于200kg/m3的較大流量高含沙洪水。
3.3水沙條件變化對倉西工程出險的影響分析
出險時段的水量較1960年～1985年偏小，較其它各時段洪量略有增加，洪水含沙量為各不同時期最小的時期，大水小沙的水沙條件更有利于洪水沖刷河道。
近期(2003年～2015年)渭河下游華縣站各場次洪水情況統(tǒng)計(jì)表見表4。由表4可知，2003年～2015年華縣站發(fā)生洪峰大于1000m3/s或含沙量大于200kg/m3的洪水共50場。其中，洪峰流量大于1000m3/s、2000m3/s、3000m3/s、4000m3/s、5000m3/s以上的洪水分別有37場、14場、4場、2場、1場。含沙量大于200kg/m3的高含沙洪水20場，其中洪峰小于1000m3/s含沙量大于200kg/m3的高含沙小洪水13場，洪峰介于1000m3/s～2000m3/s含沙量大于200kg/m3的高含沙中小流量洪水7場，未發(fā)生洪峰大于2000m3/s含沙量大于200kg/m3的較大流量高含沙洪水。
2010年～2014年洪峰大于1000m3/s、2000m3/s洪水場次增加與高含沙洪水場次減少，為渭河下游倉西河段沖刷提供了充足的動力條件，各年該時期倉西河道沖刷泥沙0.1979億m3分析亦充分證明了這一點(diǎn)。2010年7月下旬至9月中旬，華縣站連續(xù)發(fā)生洪峰流量大于1000m3/s洪水6場，該時段華縣站洪水過程平均流量940m3/s，這一流量對渭河下游河段是沖刷是有利的[3]。
上述分析表明：2010年～2014年水沙條件特別是汛期洪水為倉西河段沖淤、河勢彎化與工程出險等方面的河道變化提供了動力(或能量)條件與保障;但從洪水條件分析，除“11.9”洪水外，其它洪峰介于1000m3/s～2500m3/s，洪水流量小于倉西河段中水治導(dǎo)整治流量3000m3/s，一般不會引起整治控導(dǎo)工程的破壞失穩(wěn)。因此，盡管2010年～2014年水沙條件與汛期洪水為倉西工程出險擔(dān)供了動力與條件，但不是倉西工程出險的主要原因，整體上在倉西工程出險的影響因素中居于從屬地位。
4結(jié)論與建議
4.1結(jié)論
⑴在洪水量級不大的情況下倉西工程2010年～2014年連續(xù)5年出險;該時期水沙條件與汛期洪水相對與原設(shè)計(jì)條件水沙條件發(fā)生一定變化;因此，分析研究倉西工程特殊出險中水沙條件變化的影響，為未來相似工程設(shè)計(jì)時考慮不同水沙條件下的工程相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)提供技術(shù)支撐，確保工程與堤防安全有著重要的意義，開展該項(xiàng)研究是十分必要的。
⑵出險時段的水量較1960年～1985年偏小，較其它各時段洪量略有增加，但洪水含沙量為各不同時期最小的時期，水沙條件更有利于洪水沖刷河道。
⑶2003年～2015的水量平水偏枯期、沙量持續(xù)特枯是近期渭河下游水沙過程的主要特點(diǎn);不同時期華縣站洪峰Q≥1000m3/s以上洪水過程洪水水沙量變化有較大差異：一是各時期年均洪量總體呈減小趨勢，特別是上世紀(jì)90年代以來減小明顯，洪水輸沙量年均持續(xù)減小規(guī)律更為明顯;二是年均洪量、輸沙量不同時期差異較大;三是上世紀(jì)70、90年代總體水沙相對更不協(xié)調(diào);四是2010年～2015時期洪量較1990年~2009年有所增加，沙量進(jìn)一步減少，洪水含沙量為各不同時期最小的時期，水沙條件更有利于河道沖刷。
⑷從洪水條件分析，除“11.9”洪水外，其它洪峰介于1000m3/s～2500m3/s，洪水流量小于倉西河段中水治導(dǎo)整治流量3000m3/s，一般不會引起整治控導(dǎo)工程的破壞失穩(wěn)。因此，盡管2010年～2014年水沙條件與汛期洪水為倉西工程出險擔(dān)供了動力與條件，但不是倉西工程出險的主要原因，整體上在倉西工程出險的影響因素中居于從屬地位。
4.2建議
從倉西出險情況分析可以看出，在今后類似河彎設(shè)計(jì)修建防護(hù)工程，在考慮水流平均流速外，還應(yīng)增加河段水流最大流速時壩頭局部沖刷深度的分析計(jì)算，并作為壩頭抗沖設(shè)計(jì)的重要依據(jù)與參考，確保工程穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)控導(dǎo)河勢、理順流路，保障防護(hù)對象安全的目標(biāo)。
