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        招蘇臺(tái)河1986年決口洪水分析與推求

        2012-09-19 11:09:38王榮昌
        東北水利水電 2012年4期
        關(guān)鍵詞:決口過程線涵洞

        王榮昌,于 洋

        (1.遼寧省水文水資源勘測(cè)局鐵嶺分局,遼寧 鐵嶺 112000;2.遼寧省水文水資源勘測(cè)局本溪分局,遼寧 本溪 117000)

        1986年7月28日至8月l招蘇臺(tái)河上游普降大雨,流域平均雨量124 mm,降雨中心的梨樹站148 mm,7月29日河水猛漲,造成在遼寧省境內(nèi)王寶慶水文站上游右岸幾處決口跑水,決口的洪水經(jīng)招蘇臺(tái)河以西的洼地在王寶慶水文站下游回歸河道。故使實(shí)測(cè)洪峰減小(實(shí)測(cè)400 m3/s,調(diào)查計(jì)算后為586 m3/s,洪水總量增加2580萬m3);實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系線型改變。此次洪水為王寶慶1958年建站以來最大洪水,為此對(duì)該次洪水的調(diào)查、分析、計(jì)算成果將具有重要的實(shí)用價(jià)值。

        1 測(cè)驗(yàn)河段勘查

        王寶慶水文站位于招蘇臺(tái)河中游,流域的大部分面積在吉林省境內(nèi),集水面積2153 km2。在測(cè)流斷面以上2250 m為平齊線鐵路橋,鐵路橋以西1000~2800 m處是一順河流方向低洼地帶,在這段洼地的鐵路線上分別設(shè)有一涵洞和兩座過水橋,決口的洪水全部由這兩橋—涵通過,故作為推求決口洪水總量的過水?dāng)嗝?。這兩橋的上游2 km處有廢水庫(kù)一座(稱太民水庫(kù),系土堤圍成,多年無人管理)。招蘇臺(tái)河右岸較低,鐵路橋以下有護(hù)堤,上游無堤,水量較大時(shí)容易決口。

        2 洪水調(diào)查

        1986年7月29日中午12時(shí)洪水由付家鄉(xiāng)的張家橋村決口上岸,經(jīng)由姜家村(姜家窩棚)引水渠流入太民水庫(kù),因水庫(kù)已廢很快被蓄滿。在下午18時(shí)洪水沖開圍堤6處、160延長(zhǎng)米,水很快到兩鐵路橋,因橋孔及涵洞泄量有限,洪水被鐵路路基阻隔,淹沒區(qū)擴(kuò)大很快;29日夜間老曲家店、單家橋村也先后進(jìn)水,30日晨王寶慶、三家子屯也進(jìn)了水,路基內(nèi)蓄水是31日夜間開始消退的,水未退凈時(shí)又來了水,第二次洪水上岸時(shí)間是8月3日3時(shí),在6日16時(shí)蓄水基本排凈。

        水文站掌握的情況:7月30日18時(shí)橋上測(cè)流一次 Q1橋=20.1 m3/s,Q2橋=26.0 m3/s, 當(dāng)時(shí)橋孔被淹沒,水還在上漲;8月1日7時(shí)測(cè)橋前水深1.9 m,查得洪痕量深2.1 m;8月2日13時(shí)測(cè)橋前水深0.8 m;8月5日9點(diǎn)30分測(cè)橋前水深1.5 m,量得洪痕1.75 m。

        3 資料分析判定

        根據(jù)調(diào)查資料水庫(kù)潰堤是29日18時(shí),因潰堤水急量大,認(rèn)為在18時(shí)開始橋前就蓄水、過流。由調(diào)查在31日夜間蓄水開始消退,根據(jù)實(shí)測(cè)水位、流量過程線分析,當(dāng)決口來水開始小于橋涵的最大泄量時(shí)的時(shí)間,才是蓄水最高(洪痕)時(shí)間,所以認(rèn)定在31日18時(shí)。

        第一次泄水至第二次來水時(shí)的水深,是采用第一次泄水線延長(zhǎng)方法與來水時(shí)間相交而定。第二次洪水上岸時(shí)間8月3日3時(shí),按傳播時(shí)間3 h,可在6時(shí)到達(dá)橋前,根據(jù)實(shí)測(cè)水位、流量過程錢,來水后又下落,故采用平均時(shí)間,認(rèn)為12時(shí)以后橋前繼續(xù)蓄水,6—12時(shí)來水量較小為持平。根據(jù)實(shí)測(cè)水位、流量過程線分析判定在5月0時(shí)來水與泄水基本相等,故為第二次蓄水最高(洪痕)發(fā)生時(shí)間。

        4 決口洪水量計(jì)算

        4.1 點(diǎn)繪橋前蓄水水深過程線

        根據(jù)調(diào)查、分析的資料點(diǎn)繪橋前蓄水水深過程線,見圖1。

        圖1 橋、涵泄洪流量過程線圖

        4.2 橋、涵的結(jié)構(gòu)形式

        兩座橋的結(jié)構(gòu)一樣,都是直角方墩。中間橋墩寬1.0 m,3孔無底坎,高1.8 m。只是第一座橋孔寬2.67 m。第二座橋孔寬3.67 m。

        涵洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),0.8 m×0.8 m方型涵管,管長(zhǎng)8 m,橫穿鐵路路基(管出口被淹沒)。

        4.3 泄洪流量計(jì)算

        1)橋的泄流量計(jì)算。按橋的形式,根據(jù)橋前水深,分別采用自由非淹沒堰流、淹沒寬頂堰流公式兩種方法計(jì)算泄水量。

        當(dāng)橋前水深小于橋孔高1.8 m時(shí),按自由非淹沒堰流公式計(jì)算:

        式中:b——橋孔寬,m;H0——橋前水深,m;m——無坎寬頂堰的流量系數(shù),為總堰孔寬b與來水水面寬B0比值,查表而得。當(dāng)橋前水深大于橋孔高1.8 m時(shí),按自由淹沒寬頂堰流公式計(jì)算:

        式中:σs——無坎寬頂堰淹沒系數(shù)。

        7月29日至8月2日兩橋非淹沒段泄洪流量為:0,9.54,26.9,49.6,65.2,26.9,2.41,2.41,26.9,62.3,49.6,18.20,0 m3/s;兩橋淹沒段泄洪流量為 77.7,69.9 m3/s。

        2)涵管的泄流量計(jì)算。根據(jù)調(diào)查涵管處地面高比兩橋處要高0.4 m,所以也按淹沒管流和非淹沒堰流兩種方法計(jì)算泄洪流量。當(dāng)橋前水深大于l.2 m時(shí),按淹沒出流計(jì)算,公式為:

        式中:μc——管系流量系數(shù);A——管徑面積,m2;Z——上下游水面差,m。

        系數(shù)的采用與計(jì)算:

        y=2.5n1/2-0.13-0.75R1/2(n1/2-0.1),n為管壁粗糙系數(shù)。

        一般混凝土光滑壁取n=0.0125,R=d/4=0.8/4=0.200

        損失系數(shù)由表中查得:∑ξ=∑ξ進(jìn)+∑ξ出=0.5+1.0=1.5

        淹沒段涵管泄流計(jì)算:7月30日14時(shí)、18時(shí)、31日18時(shí)、8月1日7時(shí)、5日0時(shí)、9時(shí)30分通過涵洞泄流量分別為 0.77,1.22,1.44,1.34,1.16,0.77 m3/s。

        當(dāng)橋前水深小于1.2 m時(shí),按非淹沒堰流計(jì)算,與橋孔計(jì)算相同。7月30日0時(shí)30分、7時(shí)、8月2日8時(shí)、3日0時(shí)、21時(shí)、4日7時(shí)、6日0時(shí)、8時(shí)通涵洞泄流量分別為 0.04,0.53,0.53,0,0,0.53,0.22,0 m3/s。

        4.4 決口洪水量計(jì)算

        由兩橋及涵洞的泄洪流量之和,點(diǎn)繪泄流過程線,見圖2。

        圖2 橋前水深過程線圖

        根據(jù)流量過程線,用面積加權(quán)法求出逐日平均流量,利用日平均流量計(jì)算出7月29日—8月6日總水量為2580萬m3;第一次跑水量1777萬m3;第二次跑水量803 萬 m3。

        5 決口洪峰流量分析推求

        因調(diào)查資料較少,峰值確定比較困難,本次采用圖解法分析確定。

        第一次洪水到達(dá)橋前時(shí)間是7月29日l8時(shí)起,根據(jù)水位流量關(guān)系圖第二次洪水上岸到斷面時(shí)的水位為107.02 m,對(duì)應(yīng)于水位過程線時(shí)間為8月1日l時(shí)止,所以認(rèn)為第一次跑水的時(shí)間共是55 h。在這段時(shí)間內(nèi)的跑水量為1777萬m3。

        從水位流量過程線上分析,兩次斷面實(shí)測(cè)流量過程基本為三角形,所以也認(rèn)為這兩次的跑水過程為三角形。

        圖解法確定決口峰值量:根據(jù)跑水的時(shí)間55 h的洪水量是1777萬m3,求其跑水平均流量值為89.7 m3/s。

        點(diǎn)繪跑水時(shí)間~平均流量過程線圖,在中心線的兩邊取平均時(shí)間連線交于中心線的流量即為最大峰量190 m3/s,使其相交三角形的水量與跑水量相等。

        決口洪峰時(shí)間確定:由水位流量過程線分析洪峰出現(xiàn)時(shí)間為31日18時(shí)。

        第二次跑水峰值的確定與第一次方法相同。

        由過程線分析跑水時(shí)間定為8月3日12時(shí)(因12時(shí)以前有跑水但量不大,以后又落水,故取平均時(shí)間)至5月4日止,共計(jì)40 h;洪水總量力803萬m3計(jì)算平均流量為55.8 m3/s;點(diǎn)圖查得第二次跑水峰值為110 m3/s。

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