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        基于樹基溝河流域水文特征探析

        2017-07-05 15:15:26聶文歡
        黑龍江水利科技 2017年4期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        聶文歡

        (遼寧省營口水文局,遼寧 營口 115003)

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        基于樹基溝河流域水文特征探析

        聶文歡

        (遼寧省營口水文局,遼寧 營口 115003)

        樹基溝河流域無水文測站,沒有相應(yīng)的水文資料,文章采用遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》以及遼寧省水文手冊來推求該流域設(shè)計洪峰流量,同時對該流域的泥沙進行了分析,泥沙主要來源為洪水攜帶的懸移質(zhì)、推移質(zhì)。多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.40萬t,多年平均推移質(zhì)輸沙量為0.36萬t。

        暴雨;徑流;洪峰流量;泥沙

        1 概 述

        樹基溝河河發(fā)源于北三家鄉(xiāng)莫日紅山,流域面積160.21km2,河長27.95km,河道平均比降8.63‰,是渾河右岸重要的一級支流。斗虎屯河發(fā)源于枸乃甸鄉(xiāng),為渾河右岸一級支流,流域面積97.1km2,河長19.1km,河道平均比降17.23‰。河道流域內(nèi)山多地少,為低山丘陵地區(qū),土壤為棕色森林土,侵蝕小,森林茂密,植被較好。

        清原縣樹基溝河流域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L氣候區(qū)。流域內(nèi)夏季涼爽多雨,冬季漫長而寒冷,春秋兩季較短,風沙大,蒸發(fā)量較大。常年主導(dǎo)風向為東北偏北。根據(jù)清原站氣象資料統(tǒng)計,年平均氣溫5.4℃左右,最低極端氣溫-37.3℃,最高極端氣溫37.2℃,多年平均降水量781mm,年內(nèi)分配極不均勻,多集中在7、8月份,約占全年降水量的50%以上,降雨的年際變化也很大,多年平均蒸發(fā)量1210mm(直徑20cm蒸發(fā)皿觀測)。年平均無霜期130天,初霜最早為9月中旬,終霜最晚發(fā)生在5月中旬,凍土最大深度1.69m,冰厚0.5m左右,多年平均風速2.0m/s,年最大風速26.3m/s。

        2 樹基溝河工程區(qū)地質(zhì)條件

        據(jù)以往周邊工程勘察鉆探揭露,樹基溝河兩岸岸坡地層自上而下依次為:

        1)素填土層:雜色,稍濕,松散狀態(tài)為主,局部稍密,主要由粉土及砂礫卵石等組成。粗、細粒徑不均,礫卵石含量約占18%-25%,最大粒徑可達130mm。本層分布不連續(xù),局部缺失,一般層底埋深1.1-6.4m。該層允許承載力[R]=100-150kPa。

        2)砂礫卵石層:灰黃-黃褐色,濕-飽和,中密狀態(tài),卵石最大粒徑可達80mm,一般粒徑20-45mm,含量約占60%,卵石分選較差,磨圓較好,多呈圓狀或渾圓狀,卵石多呈弱風化狀態(tài),巖性以泥巖為主,可見明顯的二元結(jié)構(gòu)。局部層間夾有粗砂、礫砂、圓礫薄層或透鏡體。層位分布不均,局部缺失,一般層底埋深1.2-6.7m,層厚1.2-3.9m。該層允許承載力[R]=300-450kPa。

        3)基巖:本區(qū)段下伏基巖巖性主要有泥巖。紫紅色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造。強風化巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已大部分破壞,巖芯多呈碎塊狀,少量呈土狀,為軟巖。最大揭露厚度為5.20m。中風化巖,節(jié)理裂隙不發(fā)育,巖芯錘擊聲脆,多呈短柱狀,少量呈碎塊狀,礦物成分以長石及石英為主,含少量云母,為較軟巖;最大揭露厚度為2.70m。本層分布不連續(xù)。該層允許承載力[R]=400-650kPa。

        3 徑 流

        樹基溝河徑流補給主要來自降水。降水受太平洋暖濕氣流和地形的影響,降水年際變化大,年內(nèi)分配不均。徑流于降水在地區(qū)分布、年際變化、年內(nèi)分配上變化較為一致[1-3]。流域多年平均降水量由上游向下游遞減,多年平均徑流深亦由上游向下游遞減,在300mm-200mm之間,徑流量亦集中在6-9月,樹基溝河多年平均徑流量4763×104m3,斗虎屯河多年平均徑流量2887×104m3,多年平均徑流深為297.3mm。

        4 設(shè)計洪水

        4.1 水文基本資料

        樹基溝河為渾河右岸一級支流,河流域內(nèi)無水文測站,相鄰紅河流域有四道河子水文站,四道河子水文站位于省撫順市清原縣清原鎮(zhèn)四道河村,斷面設(shè)在紅河上,為國家基本水文站,為渾河上游控制站。

        4.2 暴雨特性

        項目區(qū)所在流域發(fā)生大暴雨的天氣系統(tǒng),根據(jù)其發(fā)生的頻次順序為華北氣旋、低壓冷鋒、臺風、高空槽等。1888年、1923年為臺風轉(zhuǎn)向類,1960、1935、1929年為高空槽。1995年7月太平洋副熱帶高壓北抬,其北部邊緣在E32°左右,給北方地區(qū)帶來了適宜的暖濕空氣。此時西風帶有冷槽東移,冷平流輸送的冷空氣不斷由西向東轉(zhuǎn)移并與南部副高形成靜止切變,并在遼寧東北部和東部穩(wěn)定滯留,形成特大暴雨[4]。上述天氣系統(tǒng)一般可出現(xiàn)1-3d暴雨天氣,并具有雨量大、強度高、面積廣等特點。

        項目區(qū)所在河流域暴雨多發(fā)生在7、8月,占全年的78%-90%,尤以7月下旬、8月上旬為最大,占全年的45%-57%。流域內(nèi)洪水由暴雨產(chǎn)生,洪水發(fā)生的時間與暴雨出現(xiàn)的時間較一致。根據(jù)統(tǒng)計,洪水多發(fā)生在7、8月,占全部洪水出現(xiàn)季節(jié)的78%-89%,尤其集中于7月下旬—8月上旬,占56%左右。

        4.3 歷史洪水

        經(jīng)過技術(shù)人員到現(xiàn)場調(diào)查收集和查閱相關(guān)資料,樹基溝河流域分別在1995年、2005年和2010年出現(xiàn)過特大暴雨情況:

        1995年7月下旬至8月上旬,遼寧省遭受歷史罕見的特大暴雨襲擊。暴雨范圍廣、來勢猛、強度大,導(dǎo)致河流洪水猛增,水庫水位陡漲。樹基溝河和斗虎屯河所在渾河流域出現(xiàn)歷史有記載以來第一位大洪水。1995年7月29日,樹基溝河和斗虎屯河流域出現(xiàn)大面積的洪澇災(zāi)害,大面積岸坡滑塌,河道兩岸村莊和耕地被淹,損失嚴重。

        2005年7月末到8月初,樹基溝河和斗虎屯河所在流域均出現(xiàn)特大暴雨,造成流域內(nèi)大面積的洪澇災(zāi)害,多處堤防和岸坡滑塌,河道兩岸村莊和耕地被淹,損失嚴重。

        2010年7月31日清原縣特大洪水造成了14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同程度受災(zāi),其中項目區(qū)所在北三家鄉(xiāng)為受災(zāi)嚴重鄉(xiāng)鎮(zhèn)。項目區(qū)所在流域內(nèi)河道兩岸大面積岸坡滑塌,河道兩岸村莊和耕地被淹,大部分公路設(shè)施被沖毀,損失嚴重。

        4.4 樹基溝河(斷面Ⅰ)設(shè)計洪峰流量計算

        樹基溝河為山丘區(qū)河道,并且沒有水文觀測資料,屬無資料地區(qū),故本次設(shè)計使用采用1998年《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》來計算設(shè)計洪峰流量[5]。

        樹基溝河流域面積160.21km2,河長27.95km。為增加計算成果的準確性,本次樹基溝河設(shè)計洪峰流量分為2個斷面計算,分別位于樹基溝村上游(對應(yīng)樁號S14+828.25)和入河口黑石木(對應(yīng)樁號S0+000),取入河口斷面為斷面Ⅰ。

        斷面Ⅰ以上集水面積為157.08km2,河道長27.68km,河道平均比降為8.21‰,河道參數(shù)均由軍測1:50000地形圖上測量得出:

        即集雨面積F=157.08km2,河長L=27.68km,確定河道平均比降J=8.21‰。確定流域位于遼寧水文手冊分區(qū)Ⅲ5區(qū),根據(jù)集雨面積查圖得出暴雨折減系數(shù)kf=0.975。

        匯流時間的計算:

        式中參數(shù)x、y查附表分別為0.96、0.73。

        計算查表10min、1、6、24h和3d的設(shè)計面雨量及n0p,n1p和n2p:

        P三=110mmCv三=0.55Cs=3.5Cv

        P24=90mmCv24=0.55Cs=3.5Cv

        P6=55mmCv6=0.55Cs=3.5Cv

        P1=27mmCv1=0.52Cs=3.5Cv

        查Cv與kp關(guān)系表(略)可知,計算10a一遇的洪水時,查頻率為10%對應(yīng)的kp值。

        P=10% 當Cv三=0.55時,kp=1.72;

        當Cv24=0.55時,kp=1.72;

        當Cv6=0.55時,kp=1.72;

        當Cv1=0.52時,kp=1.69。

        因為匯流時間為5.03h,所以暴雨強度計算試為:

        Pτp面=p1p面×τ1-n1p×24n2p-1×6n1p-n2p=85.83mm。

        同理可求得P=5%,P=20%的設(shè)計洪峰流量。計算成果見表1,2。

        表1 設(shè)計洪峰流量計算表

        表2 樹基溝河設(shè)計洪峰成果表

        5 泥 沙

        泥沙主要來源為洪水攜帶的懸移質(zhì)、推移質(zhì)。根據(jù)遼寧省1956-2000年懸移質(zhì)平均年輸沙模數(shù)分布圖(參考《遼寧省水資源》),樹基溝河所在流域內(nèi)輸沙模數(shù)為100-200t/km2。取輸沙模數(shù)平均值150t/km2計算到樹基溝河流域多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.40萬t,多年推移質(zhì)平均年輸沙量按照多年懸移質(zhì)輸沙量的15%計算,多年推移質(zhì)平均年輸沙量為0.36萬t,多年平均總輸沙量為2.76萬t。

        [1]楊大卓.熊岳河流域水文特征概述[J].遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報,2010(06):66-68.

        [2]李艷紅,楚新正,金海龍.新疆艾比湖流域水文特征分析[J].水文,2006(05):21-24.

        [3]趙愛軍,高忠詠,馮天梅,等.孤山川流域水文特征變化及驅(qū)動因素[J].水資源與水工程學報,2014(01):33-34.

        [4]薛輝.黃土丘陵溝壑區(qū)王家溝流域水文特征分析[J].山西水利,2006(01):59-60.

        [5]高文權(quán),李文華.新疆皮山河流域水文特征分析[J].吉林水利,2010(09):101-102.

        1007-7596(2017)04-0026-03

        2017-03-06

        聶文歡(1983-),男,遼寧沈陽人,工程師,從事水文工作。

        P

        B

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