王紅英,孫映宏

(1.浙江省水文局,浙江 杭州 310009;2.杭州市水文水資源監(jiān)測(cè)總站,浙江 杭州 310016)

1 流域概況

東苕溪為太湖流域的一部分,其主干流南苕溪發(fā)源于臨安天目山馬尖崗(1 271m)南麓的水竹塢,流經(jīng)橋東村、臨安、青山水庫(kù)、余杭至瓶窯匯合中苕溪、北苕溪后稱(chēng)東苕溪,再經(jīng)德清匯合余英溪、埭溪至湖州杭長(zhǎng)橋與西苕溪匯合,流入太湖。

東苕溪流域情況復(fù)雜,上游有大中型水庫(kù)的攔蓄,中游有南、北滯洪區(qū)及一些非常滯洪區(qū)的調(diào)節(jié),下游有導(dǎo)流港8座節(jié)制閘門(mén)控制,其中德清閘的啟閉對(duì)瓶窯站水位影響較大。

2 瓶窯站和余杭站水位與流量關(guān)系分析

2.1 瓶窯站

2.1.1 大斷面變化情況

1990年以來(lái)瓶窯站大斷面的變化情況見(jiàn)圖1。從圖上可以看出,2002年以后的大斷面與2000年大斷面相比,大斷面向右平移約5m。2002年至2006年大斷面發(fā)生變化較小,基本重合。

圖1 瓶窯站1990年以來(lái)實(shí)測(cè)河道大斷面變化圖

2.1.2 水位與流量關(guān)系變化分析

在現(xiàn)狀工況下只有2007年“羅莎”臺(tái)風(fēng)形成的洪水水位較高,流量較大,2005年、2007年瓶窯站的水位與流量關(guān)系呈逆時(shí)針繩套關(guān)系,詳見(jiàn)圖2,表明瓶窯站的水位與流量關(guān)系與附加比降有關(guān)。選擇瓶窯站1990年以來(lái)洪水,比較大的洪水發(fā)生年份有1996、1999、2001、2005和2007年,對(duì)照這5 a的實(shí)測(cè)流量資料 (起漲段)點(diǎn)繪成關(guān)系線(xiàn),從1990年至2006年共建立高水相關(guān)線(xiàn)5條,每次洪水的關(guān)系線(xiàn)沒(méi)有1次是完全一致的 (見(jiàn)圖3)。經(jīng)過(guò)分析,以德清站同時(shí)水位Zd為參數(shù)可以綜合成3條關(guān)系線(xiàn)(見(jiàn)圖4)。

圖2 瓶窯站2005,2007年實(shí)測(cè)水位與流量關(guān)系圖

圖3 瓶窯站1990年以來(lái)較大洪水起漲段實(shí)測(cè)水位與流量關(guān)系圖

圖4 瓶窯站綜合水位與流量關(guān)系圖

2.2 余杭站

2.2.1 河道整治情況

東苕溪干流青山水庫(kù)以下臨安境內(nèi)7.6 km河道已經(jīng)全面擴(kuò)寬,但余杭境內(nèi)汪家埠—西門(mén)大橋段7.1 km河道尚未整治。

余杭通濟(jì)橋河道擴(kuò)寬工程已于2004年完成,通濟(jì)橋在原3孔凈寬39 m的基礎(chǔ)上擴(kuò)3孔凈增33m;拆除阻水堰壩;在余杭鎮(zhèn)區(qū)左岸通濟(jì)橋上下游共969 m堤防退堤,最大退堤距離40m。目前該段河道底寬50 m,堤距85 m,左岸堤防20 a一遇標(biāo)準(zhǔn),右岸堤防 (西險(xiǎn)大塘)為100 a一遇標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 大斷面情況

余杭水文站所在大斷面屬于通濟(jì)橋河道擴(kuò)寬工程范圍內(nèi),整治后河道大斷面施測(cè)成果見(jiàn)圖5。

圖5 余杭站實(shí)測(cè)河道大斷面圖

2.2.3 水位與流量關(guān)系分析

余杭站一直以來(lái)是1個(gè)水位站,只有在來(lái)洪水時(shí),進(jìn)行臨時(shí)測(cè)流,其資料沒(méi)參加整編。1990年以來(lái),發(fā)生比較大的洪 水有 “19960630”、 “19990630”、 “20010624”、“20050807” 和 “20071007”,這幾次洪水中,只有1999和2001年有臨時(shí)實(shí)測(cè)流量資料,實(shí)測(cè)點(diǎn)資料均在中水段,實(shí)測(cè)最大流量為299 m3/s,同時(shí)水位為7.56 m,其實(shí)測(cè)水位與流量關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。根據(jù)實(shí)測(cè)資料,結(jié)合原有的水位與流量關(guān)系,綜合成1條關(guān)系線(xiàn) (見(jiàn)圖中綜合線(xiàn))。余杭站的水位流量關(guān)系(高水部分)經(jīng)大洪水檢驗(yàn)后再修正。

2.2.4 余杭水文站斷面過(guò)流能力分析

圖6 余杭站水位與流量關(guān)系曲線(xiàn)圖

東苕溪防洪工程西險(xiǎn)大塘宣杭鐵路橋段拓寬工程和通濟(jì)橋段退堤擴(kuò)孔工程現(xiàn)已于2004年基本完成,青山水庫(kù)下游14～15 km處過(guò)水?dāng)嗝婷娣e增加0.6～1.5倍,余杭水文站斷面的過(guò)流能力有所提高?，F(xiàn)不考慮下游洪水的頂托影響和下游河道的過(guò)流能力,僅對(duì)該河段的過(guò)流能力進(jìn)行水力學(xué)方法分析。

2.2.4.1 計(jì)算方法

(1)水面曲線(xiàn)法

天然河道的水流一般是非恒定非均勻流。但經(jīng)驗(yàn)表明,天然河道水力要素隨時(shí)間的變化是很緩慢的。因此,我們可以近似地認(rèn)為天然河道的水流運(yùn)動(dòng)在一定時(shí)間內(nèi)是恒定非均勻流,這種近似滿(mǎn)足中小型天然河道規(guī)劃設(shè)計(jì)階段對(duì)水力計(jì)算的要求。

計(jì)算恒定流一般采用伯諾里方程,通過(guò)二分法試算求解,即:

式中:符號(hào)的下表1、2分別代表同一河段的下游斷面和上游斷面;hj為沿程水頭損失;

hf=(V12/C12R1+V22/C22R2)Δ L/2;hj為局部水頭損失,為局部阻力系數(shù),對(duì)于收縮河段采用ζ=0,對(duì)于擴(kuò)散河段,可以根據(jù)實(shí)際情況選取,如果出現(xiàn)2個(gè)試算水位均小于下游水位的情況,表示局部阻力系數(shù)選用不當(dāng),計(jì)算機(jī)將每次自動(dòng)給此系數(shù)增加“-0.2”,再進(jìn)行計(jì)算,直到得出合理結(jié)果。

(2)二分法原理

采用二分法試算求解,將伯諾里方程變?yōu)?

式中:H為上游斷面的試算水位,則當(dāng)Z≈0時(shí),H即為其解。試算時(shí),將H的范圍取為高于河底而低于斷面最高點(diǎn),如果河水超過(guò)斷面最高點(diǎn)時(shí),斷面需要加高。

二分法的具體作法是:先計(jì)算河道上半部分,即初設(shè)水位為斷面最高點(diǎn),得到 Z值,并令 Z0=Z,次設(shè)水位為河底與斷面最高點(diǎn)之間的中點(diǎn),又得Z值,用Z0×Z作判別式,如Z0×Z＜0,表示水面在此區(qū)間,如Z0×Z＞0,表示水面在另一區(qū)間,根據(jù)判別結(jié)果,對(duì)新區(qū)間繼續(xù)二分和繼續(xù)判別,逐步縮小搜索區(qū),直至試算的2個(gè)水位差在允許誤差范圍內(nèi)為止,從而得出該斷面的水位值。

2.2.4.2 河道橫斷面計(jì)算

即計(jì)算過(guò)水面積A和濕周χ。計(jì)算方法為將過(guò)水?dāng)嗝娣殖扇舾商菪?分別計(jì)算每個(gè)梯形的面積和濕周后,疊加而成。

2.2.4.3 計(jì)算成果

根據(jù)上述方法推算余杭站段河道水位與流量關(guān)系見(jiàn)圖7。

圖7 余杭站推算的水位與流量關(guān)系圖(不受下游頂托影響)

余杭站保證水位8.7 m(河道在保證水位時(shí)能安全宣泄的最大流量稱(chēng)為河道安全泄量),據(jù)此查算該河段的安全流量為960m3/s。

該法計(jì)算為不受下游頂托影響下的水位與關(guān)系曲線(xiàn),當(dāng)受下游中北苕溪來(lái)水影響時(shí),視水量大小及下游河道行洪條件,安全流量實(shí)時(shí)變化。

3 結(jié) 語(yǔ)

東苕溪干流河道的水位與流量關(guān)系是多變的繩套關(guān)系,預(yù)報(bào)人員依據(jù)歷史資料確立的水位～流量關(guān)系與綜合關(guān)系線(xiàn),分析本次洪水的實(shí)測(cè)流量點(diǎn)子,可以較準(zhǔn)確地推斷后面時(shí)段的水位～流量關(guān)系。經(jīng)過(guò)多年水利工程的建設(shè),河道的托寬和治理,對(duì)余杭和瓶窯的洪峰水位、洪峰流量和出現(xiàn)時(shí)間有一定的影響。通過(guò)對(duì)近幾年瓶窯和余杭站的實(shí)測(cè)水位與流量關(guān)系分析,實(shí)際測(cè)到的河道過(guò)流能力和不考慮下游洪水頂托影響條件下計(jì)算的河道過(guò)流能力是不同的。