防洪工程設(shè)計(jì)洪水分析

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1流域概況

望江縣寶塔河上段防洪工程1標(biāo)段所在望江縣太慈鎮(zhèn)寶塔河流域河段全長(zhǎng)162km，集水面積3164km2，其中，1標(biāo)段治理起點(diǎn)斷面集水面積312km2，主河道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度27.90m，坡降3.11‰；治理終點(diǎn)斷面集水面積285km2，主河道長(zhǎng)28.94km，坡降2.89‰。該治理標(biāo)段區(qū)間匯入支流位于河段中部，河段上游已建水利工程規(guī)模較小，故設(shè)計(jì)洪水過程中暫不考慮。工程所在區(qū)域地勢(shì)整體南高北地，西高東低，最高及最低點(diǎn)海拔高程分別為1298m和1009m。該治理河段工程區(qū)巖性以白云巖和灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育，屬于強(qiáng)~中等巖溶含水地層。因巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜多變，構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，對(duì)洪水存在較大程度的影響。此外，河床兩岸基本上為土坡，淤積河道經(jīng)常垮塌，對(duì)河道正常行洪極為不利，當(dāng)前河道洪水標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足10年一遇的設(shè)防要求，必須通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘及水文地質(zhì)調(diào)查，得出與河道條件及工程特性相符的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，為河道治理工程設(shè)計(jì)規(guī)劃、治理建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理提供決策依據(jù)。

2參證站情況

治理河段內(nèi)華陽水文站、望江水文站分別建站于1984年和1991年，目前只有水位觀測(cè)資料，通過統(tǒng)計(jì)分析水位觀測(cè)資料并結(jié)合流量關(guān)系實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)，便可得出測(cè)站歷年洪峰流量值，其中華陽水文站位于治理1標(biāo)段下游，其洪水特性關(guān)系基本能體現(xiàn)治理河段洪水特征。1標(biāo)段治理終點(diǎn)斷面面積是華陽水文站集水面積的0.74倍，集水面積相差不大，且該水文站有系列完整的1985年以后的水位資料，故以華陽水文站為參證站。鄰近流域田詳咀氣象站為國(guó)家基本氣象站，與治理1標(biāo)段的直線距離20.40km，氣候條件基本一致，且有1965年以來的觀測(cè)資料，資料系列長(zhǎng)，精度高。故治理1標(biāo)段防洪工程設(shè)計(jì)洪水分析以該氣象站為參證站，收集1965-2020水文年逐月降雨資料，具體見表1。根據(jù)表1中統(tǒng)計(jì)結(jié)果，田詳咀氣象站不同時(shí)段長(zhǎng)度系列年降雨量均值1318.60~1348.70mm，變差系數(shù)均值為0.18，兩個(gè)參數(shù)的取值均較為穩(wěn)定，年降雨量均值變幅在-1.90%~+0.40%之間，變差系數(shù)變幅為5.50%，表明該參證站氣象資料具有較好的代表性。

3設(shè)計(jì)暴雨

寶塔河流域雨季特大暴雨的出現(xiàn)較為頻繁，根據(jù)田詳咀氣象站1965-2020水文年暴雨資料，特大暴雨頻繁發(fā)生期一般在5-10月，年內(nèi)最大1d暴雨一般出現(xiàn)在6-8月，暴雨歷時(shí)2d。根據(jù)田詳咀氣象站1965-2020水文年最大1d降雨資料，進(jìn)行P-Q曲線適線，得出的最大1d暴雨均值為1004mm，變差系數(shù)Cv=0.34，偏差系數(shù)Cs=3.50Cv；將最大1d暴雨量換算為最大24h暴雨量，則H24=112mm。流域年最大24h點(diǎn)暴雨均值為108mm，變差系數(shù)Cv在0.49左右，故可直接結(jié)合田詳咀氣象站暴雨參數(shù)將流域最大24h降水量均值H24確定為108mm，根據(jù)Cv等值線圖，區(qū)變差系數(shù)Cv=0.49，Cs/Cv=3.50。所得出的設(shè)計(jì)暴雨成果具體見表2。

4設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

望江縣寶塔河上段防洪工程1標(biāo)段支流位于右岸，集水面積在1標(biāo)段終點(diǎn)斷面集水面積中的占比為16.80%，基于防洪安全方面的考慮，1標(biāo)段河道治理起點(diǎn)到支流匯合口處河段必須按照匯合口以上集水面積確定，而匯合口以下則按治理終點(diǎn)斷面集水面積確定。華陽水文站集水面積與治理河段基本一致，可較好反映河段洪水，故以該水文站資料為依據(jù)，應(yīng)用雨洪法和水文比擬法對(duì)比分析。

4.1雨洪法洪峰流量計(jì)算公式應(yīng)隨設(shè)計(jì)斷面流域面積和幾何特征值的變化而變化，1標(biāo)段治理河段末端流域面積為285km2，為典型的小流域，將治理河段相關(guān)參數(shù)代入《暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》推薦公式后進(jìn)行洪峰流量計(jì)算，所得出的設(shè)計(jì)洪水成果具體見表3。通過比較以上分析結(jié)果看出，望江縣寶塔河上段防洪工程1標(biāo)段水文比擬法洪水計(jì)算成果比雨洪法略小，且隨著頻率的增大，差值隨之降低。從流域整體水系來看，華陽水文站坐落在1標(biāo)段治理河段下游5.80km處，集水面積、下墊面條件等基本一致，故設(shè)計(jì)雨洪法的洪峰流量計(jì)算成果僅供參考，應(yīng)以水文比擬法成果為準(zhǔn)。

5設(shè)計(jì)斷面水位流量關(guān)系

望江縣寶塔河上段防洪工程1標(biāo)段左岸已建通村公路，右岸650m處也正在新建鄉(xiāng)村公路，同時(shí)治理河段終點(diǎn)斷面處已新建致富大橋，該橋梁自2004年建成至今基本維持原狀態(tài)，故以致富大橋所處斷面為控制斷面推算其水位流量關(guān)系。考慮到治理河段近年來河道變化較大，結(jié)合2002年和2008年歷史洪水位所推算出的高水比降為1.31%~1.08‰，根據(jù)現(xiàn)有河道走向及觀測(cè)期間水面線所推算出的低水比降為2.31%~1.97‰。參照《天然河道糙率參考表》和歷史洪水調(diào)查成果確定河段治理前糙率值為0.04~0.05，河段治理過程中進(jìn)行了清淤整平處理，河床糙率值減小為0.04~0.05。根據(jù)設(shè)計(jì)斷面水力學(xué)參數(shù)，應(yīng)用曼寧公式進(jìn)行設(shè)計(jì)斷面水位流量關(guān)系計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖1。

6結(jié)論

綜上所述，與望江縣寶塔河上段防洪工程1標(biāo)段所在河道歷史洪水相匹配的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果可通過工程河段暴雨洪水特性規(guī)律的推演計(jì)算而得出，結(jié)合典型斷面水位流量關(guān)系，為防洪工程優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。華陽水文站位于治理河段，集水面積和治理河段較為接近，可較好體現(xiàn)治理河段洪水狀況；田詳咀氣象站與待治理河段直線距離較短，氣候條件基本一致，且觀測(cè)資料序列長(zhǎng)，精度高，故以華陽水文站和田詳咀氣象站為治理河段設(shè)計(jì)洪水參證站的做法切實(shí)合理。最終以故設(shè)計(jì)雨洪法洪峰流量計(jì)算成果為參考，并以水文比擬法洪峰流量計(jì)算成果為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者:周倩男 單位:太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司