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        湯原縣阿陵達(dá)河流域治理工程水文計(jì)算分析

        2016-11-16 03:33:34
        黑龍江水利科技 2016年8期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        王 瑩

        (黑龍江省佳木斯水文局,黑龍江 佳木斯 154002)

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        湯原縣阿陵達(dá)河流域治理工程水文計(jì)算分析

        王 瑩

        (黑龍江省佳木斯水文局,黑龍江 佳木斯 154002)

        阿凌達(dá)河為鶴崗市與湯原縣的界河,為松花江一級支流。阿凌達(dá)河發(fā)源于青黑山摩天嶺,自西北向東南入元寶山水庫,繼續(xù)向東南流經(jīng)過湯原縣鶴立鎮(zhèn)北轉(zhuǎn)向南流,在保安屯附近轉(zhuǎn)向東,過后合祥向東北,在德祥屯附近匯入松花江。通過水文圖集等值線圖法、面積指數(shù)法的計(jì)算分析比較,工程點(diǎn)處阿陵達(dá)河設(shè)計(jì)洪水采用圖集等值線圖法。

        水文;圖集等值線圖法;水面積指數(shù)法;洪峰流量

        1 工程現(xiàn)狀

        阿凌達(dá)河為鶴崗市與湯原縣的界河,為松花江一級支流。阿凌達(dá)河發(fā)源于青黑山摩天嶺,自西北向東南入元寶山水庫,繼續(xù)向東南流經(jīng)過湯原縣鶴立鎮(zhèn)北轉(zhuǎn)向南流,在保安屯附近轉(zhuǎn)向東,過后合祥向東北,在德祥屯附近匯入松花江。元寶山水庫位于阿凌達(dá)河中游,地理座標(biāo)E130°09′,N47°08′11″。

        阿凌達(dá)河流域面積910 km2,河長109 km,河道平均比降1/490,河道彎曲系數(shù)1.69。阿凌達(dá)河中游建有元寶山水庫,水庫壩址以上流域面積412 km2,河長51 km,河道平均比降1/280。水庫以上為山丘區(qū)河流,水庫壩址河谷呈U型,寬約2800m,為低山丘陵與平原過渡地帶,兩岸丘陵高程為130~190m,河谷高程在119m左右,山坡生長著次生林,覆蓋良好。壩下河谷逐漸開闊,寬約1 km左右,河道迂回曲折,擺動幅度大。

        2 水文基本資料

        2.1 測站分布及資料系列

        阿凌達(dá)河流域設(shè)有鶴立水文站,該站原集水面積544 km2,1979年復(fù)核后改為485 km2。元寶山水庫沒有水位、泄流觀測資料。

        流域內(nèi)除鶴立站兼測雨量外,還有東風(fēng)所、三道和元寶山3個雨量站。阿凌達(dá)河流域水文觀測站資料系列見表1。

        表1 鶴立水文站系列表

        2.2 水文測驗(yàn)及資料整編

        鶴立水文站始建于1961年7月1日,由黑龍江省水利廳設(shè)為國家基本水文站,位置在湯原縣鶴立鎮(zhèn),地理坐標(biāo)為E130°17′,N47°04′,測流斷面位于佳木斯至鶴崗鐵路橋下游140m處,該站歷年H~Q曲線比較穩(wěn)定。基本水尺引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)為假定基面,測站凍結(jié)基面亦為假定基面。測驗(yàn)項(xiàng)目除水位、流量外,還有降水、蒸發(fā)、水溫等其它水文要素。鶴立站為國家基本水文站,水文要素的測驗(yàn)、整編、刊印等均執(zhí)行國家規(guī)范,資料精度較好,可做為設(shè)計(jì)代表站。

        鶴立站基本水尺引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)假定基面高程100.44m,我院2011年6月引測該水準(zhǔn)點(diǎn)的黃海高程97.83m,黃海和假定基面換算關(guān)系:H黃海=H假高-2.61m。

        2.3 資料審查

        該站水文測驗(yàn)及資料整編都是按照《水文測驗(yàn)試行規(guī)范》和水文測驗(yàn)手冊的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。水文站用流速儀施測流量,采用基本水尺資料觀測水位。在測驗(yàn)方面,測次配備、測驗(yàn)精度均能滿足規(guī)范要求,測次較多,觀測到了降水量、水位、流量的全過程,滿足了推流推沙的要求。在資料整編方面,能夠作到四隨及在站整編。地區(qū)站基本做到一年3次階段審查,對定線、審線工作較為重視,保證了資料精度,達(dá)到刊印水平,測驗(yàn)成果精度較高,滿足本次設(shè)計(jì)要求[1]。

        3 洪 水

        3.1 暴雨洪水特性

        3.1.1 暴雨特性

        阿陵達(dá)河流域處于北半球中高緯度,高空在西風(fēng)帶的控制下,夏季由于太平洋高壓的阻擋將海面暖濕氣流輸入本區(qū),7、8月正好處在極地干冷氣團(tuán)與海洋暖濕氣團(tuán)交接而形成暴雨。每年發(fā)生大暴雨的次數(shù)不多。暴雨的主要集中在7—8月份,最早為6月上旬,最晚為9月中旬。一次降雨時間多為3~7d,降雨多集中在1d之內(nèi)。據(jù)鶴立站1964—1992年實(shí)測降水資料統(tǒng)計(jì),最大24h暴雨均值多年平均59.3mm,實(shí)測最大日暴雨122.5mm,實(shí)測最大1日暴雨均值80.8mm,最大3日暴雨均值70.5mm。

        3.1.2 洪水特性

        阿陵達(dá)河具有典型的北方河流特性,一年中有兩次汛期,即春汛和夏秋汛。春汛發(fā)生在4—5月,由融雪產(chǎn)生,春汛發(fā)生次數(shù)少且量級較??;夏秋汛發(fā)生在7月中下旬—8月,由降雨產(chǎn)生,夏秋汛發(fā)生頻率多且量級大。從鶴立站實(shí)測資料看,洪水一般為單峰型,上游洪水陡漲陡落,峰高量小,下游洪水峰小量大,一次洪水過程3~5d。

        3.2 洪水調(diào)查

        《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫除險加固工程初步設(shè)計(jì)》論證采用兩種途徑進(jìn)行分析元寶山水庫2005年最大入庫洪峰流量:

        1)推理公式法估算洪峰流量:

        根據(jù)黑龍江省短歷時暴雨特性,最大雨強(qiáng)和降雨量基本集中在匯流時段內(nèi),采用的推理公式基本形式為:

        Qm=0.278×φ×s×F/τn

        (1)

        式中:φ為洪峰徑流參數(shù),根據(jù)雨強(qiáng)和流域坡度取0.7;s為匯流時段內(nèi)最大降雨量,取值為150×0.8=120mm;F為流域面積,F(xiàn)=412 km2;τ為流域平均匯流時間,τ=16h;n為暴雨遞減指數(shù),n=1。將上述數(shù)值帶入推理公式,得Qm=601m3/s。

        2)洪水還原法推算洪峰流量:

        根據(jù)元寶山水庫2005年7月28日16時—7月30日16時實(shí)測水位過程以及相應(yīng)時段水庫下泄流量過程,按照水利平衡方程式:Q=q+ΔV/Δt逐時段推算水庫入流過程,計(jì)算結(jié)果為水庫入流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日10時45分,為633m3/s,水庫泄流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日15時20分,為406 m3/s。

        兩種方法推算的元寶山水庫入流過程最大洪峰流量值比較接近,而由推理公式法推算的洪峰流量值精度較粗,且洪峰流量值小于由洪水還原法推算的洪峰流量值,出于對工程安全運(yùn)行的考慮,設(shè)計(jì)采用由洪水還原法推算的洪峰流量值,即Qm=633m3/s。

        為了驗(yàn)證本次計(jì)算的元寶山水庫入流過程最大洪峰流量值,組織專業(yè)人員對元寶山水庫下泄最大洪峰流量進(jìn)行了洪水調(diào)查,選取調(diào)查斷面的原則是盡量選取本次洪水沒有跑灘前的斷面,根據(jù)元寶山水庫工程技術(shù)人員的指認(rèn),調(diào)查到元寶山水庫下游400m一處斷面,按曼寧公式計(jì)算洪峰流量為404 m3/s,與水庫泄流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日15時20分的406 m3/s基本吻合,因此可以說本次由洪水還原法推算的洪峰流量值Qm=633 m3/s是可靠的[2]。

        阿凌達(dá)河下游鶴立站測得的最大洪峰流量219m3/s遠(yuǎn)小于水庫泄流過程最大洪峰流量406 m3/s,從鶴立站本次洪水過程線可以看出洪峰過后,退水過程流量仍然較大,說明本次洪水在水庫至鶴立站之間跑灘后歸槽所至,這與元寶山水庫工程技術(shù)人員所介紹的該次洪水在元寶山水庫下游左岸已經(jīng)跑灘是一致的,因此需要對鶴立站2005洪峰流量值進(jìn)行折算修正。鶴立站2005年最大洪峰流量按下列公式進(jìn)行折算:

        (2)

        式中:n=0.67。

        經(jīng)計(jì)算鶴立站2005年Q鶴立=706m3/s。

        據(jù)歷史洪水調(diào)查資料及實(shí)測資料知,阿凌達(dá)河1928年洪水為1914年以來首位洪水,重現(xiàn)期為92年;2005年排第二位,1951年排第三位。

        洪峰流量采用曼寧公式進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)調(diào)查的洪痕、斷面平均比降及率定得到的糙率主槽0.03、邊灘0.07,試算洪峰流量,推求鶴立大橋洪痕處、保安洪痕處與后合祥村洪痕處相應(yīng)流量,與根據(jù)鶴立站相應(yīng)年份實(shí)測洪峰流量,采用洪水參數(shù)修正法推求各處洪痕處相應(yīng)年份洪峰流量比較見表2。

        表2 阿凌達(dá)河洪水調(diào)查成果表

        從上表看,本次洪水調(diào)查成果與本次計(jì)算成果比較接近。

        3.3 單站設(shè)計(jì)洪水

        元寶山水庫始建于1942年, 2008年完成了《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫除險加固工程初步設(shè)計(jì)》,除險設(shè)計(jì)確定水庫總庫容536×104m3,校核洪水位123.05m,興利水位122.50m,興利庫容390×104m3,汛限水位121.50m,溢洪道凈寬50m,5孔閘門,水庫20年設(shè)計(jì)洪峰流量398m3/s,經(jīng)水庫調(diào)節(jié)計(jì)算相應(yīng)下泄流量354m3/s,削減洪峰流量44 m3/s。本次根據(jù)鶴立站還原的洪水系列根據(jù)除險加固溢洪道尺寸和洪水調(diào)度原則進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,得到鶴立站受元寶山水庫影響后的洪水系列[3]。

        根據(jù)阿凌達(dá)河鶴站元寶山水庫影響后的洪水系列及歷史調(diào)查洪水資料,按年最大獨(dú)立選樣原則統(tǒng)計(jì)出年最大流量組成洪水樣本系列,按不連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析,選用Cs=2.25Cv的P-Ⅲ型曲線,盡量照顧點(diǎn)群趨勢,以大、中洪水的經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合最好為原則進(jìn)行適線,確定該站設(shè)計(jì)洪水參數(shù),以此求得鶴立站設(shè)計(jì)洪峰流量,鶴立站設(shè)計(jì)洪水成果見表3。

        表3 鶴立站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

        3.4 控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量

        阿陵達(dá)河干流上建有鶴立水文站,阿凌達(dá)河干流各控制斷面處及支流設(shè)計(jì)洪峰流量采用兩種方法二推求。

        1)面積指數(shù)法:

        根據(jù)本次推求的鶴立站設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果,按阿凌達(dá)河干流各控制斷面面積與鶴立站控制面積比的指數(shù)關(guān)系推求洪峰流量,洪峰指數(shù)采用0.67,阿凌達(dá)河干流各控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表4。

        表4 阿凌達(dá)河流域控制斷面及支流設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

        2)水文圖集等值線圖法:

        阿陵達(dá)河流域設(shè)有鶴立水文站,位于阿陵達(dá)河干流中游,阿凌達(dá)河干流各控制斷面處及支流設(shè)計(jì)洪峰流量可利用黑龍江省1996年出版的《黑龍江省水文圖集》中洪峰參數(shù)Cp和變差系數(shù)Cv等值線圖,以鶴立站本次計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰流量參數(shù)對查圖成果進(jìn)行修正[4]。本次堤防設(shè)計(jì)共計(jì)算四個控制斷面的洪峰流量,分別為阿陵達(dá)河入松花江口斷面、半截河匯入阿陵達(dá)河河口斷面、烏龍河匯入阿陵達(dá)河河口斷面、阿陵達(dá)河干流鶴立水文站斷面。將鶴立站及修正后各控制斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量成果與集水面積點(diǎn)繪于雙對數(shù)格紙上進(jìn)行檢查,對偏離的點(diǎn)距進(jìn)行修正,設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表5。

        表5 阿凌達(dá)河流域控制斷面及支流設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

        3)成果的合理性選用:

        不同方法推求的阿凌達(dá)河干流各控制斷面處及支流設(shè)計(jì)洪峰流量成果比較見表6。

        表6 阿凌達(dá)河流域控制斷面及支流設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

        從表6看,阿凌達(dá)河干流各控制斷面從上游到下游圖集指數(shù)法比面積指數(shù)法20a一遇洪水小3.6%~15.5%。由于阿凌達(dá)河流域鶴立水文站以上屬山丘區(qū),鶴立站以下進(jìn)入平原區(qū),且鶴立站以下阿凌達(dá)河支流也有平原水匯入,因此用面積指數(shù)法推求的阿凌達(dá)河各控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量偏大;圖集等值線圖法推求的20a一遇的洪峰模數(shù)從上游向下游遞減,鶴立站Cp值6.92、龍河匯入口6.67、半截河匯入口Cp值6.16、阿凌達(dá)河入口5.85,該方法推求的阿凌達(dá)河各控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量充分反映了流域洪水上游大、下游小的特點(diǎn)。因此,本次阿凌達(dá)河各控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量采用圖集等值線圖法。

        [1]邢國生,包明軍.河道治理中存在的問題及解決措施[J].江西農(nóng)業(yè),2016(09):85-86.

        [2]王博.河道治理中的環(huán)境保護(hù)[J].黑龍江水利科技,2014(03):79-80.

        [3]袁志國.淺析河道治理的方法和方向[J].山東工業(yè)技術(shù),2013(15):45-46.

        [4]萬曉霞.河道治理方法分析探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2013(16):91-93.

        TV85

        B

        1007-7596(2016)08-0025-03

        2016-06-26

        劉力(1982-),女,遼寧撫順人,工程師,從事水文、規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

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