宝塔河上段防洪工程设计洪水分析_周倩男.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期防汛抗旱宝塔河上段防洪工程设计洪水分析周倩男（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030024）摘要：以望江县宝塔河上段防洪工程1标段工程为例，选择治理河段内洪水特性关系较为接近的华阳水文站及邻近流域气候条件基本一致，且观测资料系列长、精度高的田详咀气象站为参证站，进行了设计暴雨分析，并应用水文比拟法和雨洪法进行了所在流域设计洪水计算，最终以设计雨洪法的洪峰流量计算成果为参考，以水文比拟法计算成果为设计基准。从而为准确掌握防洪工程设计断面水位流量关系以及防洪工程加固措施的提出、河道防洪标准的提升提供了基本依据。关键词：宝塔河；防洪工程；设计洪水；水文比拟法中图分类号：TV122+.5文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）02-0021-03Flood Analysis on the Flood Control Engineering Design of the Upper Section of the Baota RiverZHOU Qiannan（Taiyuan University of Technology Architectural Design and Research Institute CO.LTD.,Taiyuan 030024,China）Abstract：Taking the first section of flood control project in the upper section of Baota River in Wangjiang County as an example,theHuayang Hydrological Station,which is close to the flood characteristic relationship in the river reach under control,and theTianxiangzui Meteorological Station,which has the same weather conditions in the adjacent river basin,and a long series of observationdata and high accuracy,are selected as the reference station.It conduct the design storm analysis,and the design flood calculation ofthe river basin is carried out using the hydrological analogy method and the rain flood method.Finally the flood peak flow calculationresults of the design rain flood method are taken as the reference,and the calculation results of hydrological analogy method shall betaken as the design basis.Thus,it provides the basic basis for grasping the relationship between water level and discharge in designsection of flood control project,the proposal of reinforcement measures for flood control works,and the improvement of river floodcontrol standards.Key words：Baota River;flood control project;design flood;hydrologic analogy method1流域概况望江县宝塔河上段防洪工程1标段所在望江县太慈镇宝塔河流域河段全长162 km，集水面积3 164 km2，其中，1标段治理起点断面集水面积312 km2，主河道设计长度27.90 m，坡降3.11；治理终点断面集水面积285 km2，主河道长28.94 km，坡降2.89。该治理标段区间汇入支流位于河段中部，河段上游已建水利工程规模较小，故设计洪水过程中暂不考虑。工程所在区域地势整体南高北地，西高东低，最高及最低点海拔高程分别为1 298 m和1 009 m。该治理河段工程区岩性以白云岩和灰岩为主，岩溶发育，属于强中等岩溶含水地层。因岩溶地质条件复杂多变，构造节理裂隙发育，对洪水存在较大程度的影响。此外，河床两岸基本上为土坡，淤积河道经常垮塌，对河道正常行洪极为不利，当前河道洪水标准已不能满足10年一遇的设防要求，必须通过现场踏勘及水文地质调查，得出与河道条件及工程特性相符的设计洪水计算成果，为河道治理工程设计规划、治理建设及运营管理提供决策依据。2参证站情况治理河段内华阳水文站、望江水文站分别建站于1984年和1991年，目前只有水位观测资料，通过统计分析水位观测资料并结合流量关系实测结果进行插补延长，便可得出测站历年洪峰流量值，其中华阳水文站位于治理1标段下游，其洪水特性关系基本能体现治理河段洪水特征。1标段治理终点断面面积是华阳水文站集水面积的0.74倍，集水面积相差不大，且该水文站有系列完整的1985年以后的水位资料，故以华阳水文站为参证站。邻近流域田详咀气象站为国家基本气象站，与治理1标段的直线距离20.40 km，气候条件基本一致，且有1965年以来的观测资料，资料系列长，精度高。故治理1标段防洪工程设计洪水分析以该气象站为参证站，收集1965-2020水文年逐月降雨资料，具体见表1。根据表1中统计结果，田详咀气象站不同时段长度系列年降雨量均值1 318.601 348.70 mm，变差系数均值为0.18，两个作者简介：周倩男（1989.1），女，工程师，主要从事于水利水电工程设计。21河南水利与南水北调 2023年第2期防汛抗旱参数的取值均较为稳定，年降雨量均值变幅在-1.90%+0.40%之间，变差系数变幅为5.50%，表明该参证站气象资料具有较好的代表性。3设计暴雨宝塔河流域雨季特大暴雨的出现较为频繁，根据田详咀气象站1965-2020水文年暴雨资料，特大暴雨频繁发生期一般在5-10月，年内最大1 d暴雨一般出现在6-8月，暴雨历时2 d。根据田详咀气象站1965-2020水文年最大1 d降雨资料，进行P-Q曲线适线，得出的最大1d暴雨均值为1 004 mm，变差系数 Cv=0.34，偏差系数Cs=3.50 Cv；将最大1 d暴雨量换算为最大24 h暴雨量，则H24=112 mm。流域年最大24 h点暴雨均值为108 mm，变差系数Cv在0.49左右，故可直接结合田详咀气象站暴雨参数将流域最大24 h降水量均值H24确定为108 mm，根据Cv等值线图，区变差系数Cv=0.49，Cs/Cv=3.50。所得出的设计暴雨成果具体见表2。4设计洪水计算望江县宝塔河上段防洪工程1标段支流位于右岸，集水面积在1标段终点断面集水面积中的占比为16.80%，基于防洪安全方面的考虑，1标段河道治理起点到支流汇合口处河段必须按照汇合口以上集水面积确定，而汇合口以下则按治理终点断面集水面积确定。华阳水文站集水面积与治理河段基本一致，可较好反映河段洪水，故以该水文站资料为依据，应用雨洪法和水文比拟法对比分析。4.1雨洪法洪峰流量计算公式应随设计断面流域面积和几何特征值的变化而变化，1标段治理河段末端流域面积为285 km2，为典型的小流域，将治理河段相关参数代入 暴雨洪水计算实用手册 推荐公式后进行洪峰流量计算，所得出的设计洪水成果具体见表3。表11965-2020年水文逐月降雨资料表时段统计时段长度/a平均年降雨量/mm变差系数Cv1965-2021年561 340.500.171971-2021年501 348.700.171981-2021年401 330.400.181991-2021年301 330.900.182001-2021年201 318.600.18H24/mm108Cv0.49Cs/Cv3.50频率P/%的设计暴雨量/mm201451018452173.33240226813010.503370.10419表2设计暴雨成果表表3设计洪水成果表断面起始断面支流汇合口以上断面治理段终点断面不同频率洪峰流量/（m3 s-1）50%13413515920%24524628610%3753784275%5125165963.33%6106147102%7457488761%9189211 0740.50%1 0891 0961 2834.2水文比拟法应用内插法对华阳水文站目前水位流量关系进行分析，得出各年洪峰流量最大值，通过PQ曲线适线，得出水文站平均洪峰流量203 m3/s，Cv=1.08，Cs/Cv=4.00。治理1标段集水面积比水文站集水面积略小，故1标段可以采用该水文站Cv及Cs/Cv值。水文站洪峰流量分析结果详见表4。断面华阳水文站起始断面支流汇合口以上断面治理段终点断面集水面积/km2385.14312243285Cv1.101.201.201.20不同频率洪峰流量/（m3 s-1）50%11386869820%23416717820310%4053213123655%6185065075843.33%7356256237422%9437987957311%1 1951 0521 0231 1680.50%1 4561 2691 2911 487表4洪峰流量分析结果表通过比较以上分析结果看出，望江县宝塔河上段防洪工程1标段水文比拟法洪水计算成果比雨洪法略小，且随着频率的增大，差值随之降低。从流域整体水系来看，华阳水文站坐落在1标段治理河段下游5.80 km处，集水面积、下垫面条件等基本一致，故设计雨洪法的洪峰流量计算成果仅供参考，应以水文比拟法成果为准。5设计断面水位流量关系望江县宝塔河上段防洪工程1标段左岸已建通村公路，右岸650 m处也正在新建乡村公路，同时治理河段终点断面处已新建致富大桥，该桥梁自2004年建成至今基本维持原状态，故以致富大桥所处断面为控制断面推算其水位流量关系。考虑到治理河段近年来河道变化较大，结合2002年和2008年历史洪水位所推算出的高水比降为1.31%1.08，根据现有河道走向及观测期间水面线所推算出的低水比降为2.31%1.97。参照 天然河道糙率参考表 和历史洪水调查成果确定河段治理前糙率值为0.040.05，河段治理过程中进行了清淤整平处理，河床糙率值减小为0.040.05。根据设计断面水力学参数，应用曼宁公式进行设计断面水位流量关系计算，计算结果见图1。6结论综上所述，与望江县宝塔河上段防洪工程1标段所在河道22河南水利与南水北调 2023年第2期防汛抗旱历史洪水相匹配的设计洪水计算成果可通过工程河段暴雨洪水特性规律的推演计算而得出，结合典型断面水位流量关系，为防洪工程优化设计提供依据。华阳水文站位于治理河段，集水面积和治理河段较为接近，可较好体现治理河段洪水状况；田详咀气象站与待治理河段直线距离较短，气候条件基本一致，且观测资料序列长，精度高，故以华阳水文站和田详咀气象站为治理河段设计洪水参证站的做法切实合理。最终以故设计雨洪法洪峰流量计算成果为参考，并以水文比拟法洪峰流量计算成果为设计基准。参考文献：1 包璐华.多种计算在西北城市防洪工程设计洪水中的对比研究 J.地下水，2021，43（2）：181-183.2 郑永恒，郭爱军.考虑不确定性的变化环境下防洪工程设计洪水风险评估 J.电网与清洁能源，2018，34（5）：69-73+82.3 齐丽丽.河道治理防