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        拒馬河洪水特性分析

        2018-12-18 18:18:14王明哲,劉正保
        吉林農(nóng)業(yè) 2018年24期
        關(guān)鍵詞:拒馬河

        王明哲,劉正保

        摘要:2012年發(fā)生在拒馬河上的“12.7”洪水,發(fā)現(xiàn)許多測驗(yàn)河段水文要素發(fā)生異常,即相同水位下的流量同歷史上著名的“63.8”洪水和“96.8”洪水流量、流速相差較多,對河床沖刷深度也有較大差別,為水文預(yù)報帶來了前所未有的困難。以拒馬河紫荊關(guān)水文站實(shí)測水文資料為例,對拒馬河洪水要素變化原因進(jìn)行分析,為防洪抗旱、水利工程設(shè)計施工提供科學(xué)的依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:拒馬河;洪水特性;紫荊關(guān)

        中圖分類號: TV122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A DOI編號: 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.039

        1 拒馬河概況

        拒馬河發(fā)源于河北省來源境內(nèi),屬于海河流域大清河水系的一個支流,經(jīng)過淶源縣、易縣、北京市、淶水縣、涿縣、高碑店市、容城縣、雄縣、安新縣等進(jìn)入白洋淀,由源頭到雄縣境內(nèi)的新蓋房水文站以上集水面積為1萬km2,主河道長330km。詳見圖1 ,拒馬河流域圖。

        紫荊關(guān)位于拒馬河中上游,在河北省易縣紫荊關(guān)鎮(zhèn)紫荊關(guān)村北,東經(jīng)115°10′,北緯39°26′,距離河源頭81.5km,河道縱坡5.5‰, 河床由砂卵石、粗砂、壤土組成。

        1958年1月1日斷面上遷200m,即現(xiàn)在測驗(yàn)斷面,河段順直長約700m,基本水尺斷面下游300m位置有公路橋一座,橋墩程圓柱形,基本水尺斷面上游1000m有漫水橋一座、1500m有攔水壩一座。

        2 研究的目的及意義

        2012年紫荊關(guān)“12.7”洪水是繼1964年以來的最大洪水,實(shí)測最大洪峰流量達(dá)到2110m3/s,相應(yīng)水位522.11m,與歷史上著名的“63.8”洪水比較,在過水?dāng)嗝嫖窗l(fā)生明顯的沖淤變化情況,“12.7”洪峰流量比1963年同級水位下流量的3540m3/s偏小1430m3/s(40%),比“63.8”洪水在522.11m水位下的流速6.31 m/s偏小15%,為水文預(yù)報帶來了難度。為摸清流量偏小及斷面未發(fā)生沖淤變化的原因,對紫荊關(guān)下游河道過水?dāng)嗝孢M(jìn)行了勘察測量,找出“12.7”洪水比“63.8”洪水同級水位下流量偏小原因,為水文預(yù)報、工程設(shè)計提供科學(xué)的參考依據(jù)。

        3 資料的選取

        1996年“96.8”洪水、2012年“12.7”洪水、1963年“63.8”洪水在相關(guān)水位、流量、流速、洪水前后斷面變化資料。

        勘察測量紫荊關(guān)下游10km范圍內(nèi)人們在河道活動情況,一是河道施工情況,二是在河道搭建永久建筑情況,并對河道現(xiàn)有過水面積及由于工程占用河道面積進(jìn)行測量。

        4 資料分析與計算

        4.1 測驗(yàn)斷面在“12.7”“96.8”“63.8”洪水前后沖淤變化

        紫荊關(guān)2012年“12.7”洪水中,河道實(shí)測最大流量2110m3/s,最大流速5.37m/s,對應(yīng)水位522.11m,但是過水?dāng)嗝嬖凇?2.7”洪水中沒有明顯沖淤變化,洪水過后斷面形狀保持完好,甚至河床草皮還保持完好,清晰可見,在紫荊關(guān)站歷史上少見。詳見圖2:紫荊關(guān)站2012年基本斷面在“12.7”洪水前后斷面圖,但是1996年的“96.8”洪水中,最大流量849m3/s,最大流速4.81m/s,無論流量還是流速均比“12.7”洪水小,卻在洪水過程中過水?dāng)嗝娉霈F(xiàn)了沖淤變化,最大沖刷深度達(dá)到1.77m。斷面沖刷變化詳見圖3:紫荊關(guān)站1996年基本斷面在“96.8”洪水前后斷面圖。沖毀數(shù)據(jù)詳見表1“12.7”與“96.8”“63.8”洪水紫荊關(guān)基本斷面沖毀數(shù)據(jù)表及表2:紫荊關(guān)站不同年份洪水對河道測驗(yàn)斷面最大沖刷深度對照表。

        1963年“63.8”洪水,未見到原始資料,故未做斷面詳細(xì)分析。

        附注: “63.8”最大沖刷深度來自1963年大清河水系水文年鑒記載

        4.2 資料統(tǒng)一性

        “63.8”“96.8”“12.7”三次洪水均是在基本水尺斷面上游1000m位置有漫水橋和下游300m位置有公路橋作用下的同一個斷面實(shí)施測驗(yàn),資料具有測驗(yàn)環(huán)境的統(tǒng)一性。

        4.3 流量資料分析

        “12.7”洪水與“63.8”洪水、“96.8”洪水在相同水位和相同流量下進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)(詳見表3):

        2012年“12.7”洪水實(shí)測最大流量2110m3/s,相應(yīng)流量下實(shí)測最大流速5.37m/s,相應(yīng)水位522.11m,與1963年的“63.8”洪水相比,對應(yīng)水位在522.11m時,相應(yīng)流量為3540m3/s,相應(yīng)最大流速為6.31m/s,“12.7”洪水從流量到流速比“63.8”分別小40%和15%。

        1996年“96.8”洪水實(shí)測最大流量為849m3/s,最大流速4.81m/s,相應(yīng)水位519.16m,以“96.8”水位做基數(shù)同“12.7”洪水比較,在相同水位519.16m時,“12.7”洪水流量、流速分別為470m3/s、2.20 m/s,比“96.8”洪水流量、流速分別小45%和54%。

        2012年的“12.7”洪水比1996年的“96.8”洪水及1963年的“63.8”洪水在相同水位下流量偏小40%左右,流速偏小15%~50%左右。

        5 流量偏小原因分析

        施工單位將河道當(dāng)成了砂石料場,隨意堆砌,占用河道過水空間,對水流來起到阻擋作用,如張石高速公路在修建期間,在紫荊關(guān)測驗(yàn)斷面下游1km位置有大量砂石料堆砌,還有下游3km位置也有小型石料廠,無序采砂,隨意堆砌。

        在紫荊關(guān)下游9km高莊村,東經(jīng)115°13′,北緯39°26′,1997年為旺隆水庫引水修建的橡膠壩,橡膠壩未充水期間,壩高1.0m左右,經(jīng)過測量減小過水面積89m2,占2012年“12.7”洪水期間最大過水面積的14%。在紫荊關(guān)下游10km孔各莊村,東經(jīng)115°13′,北緯39°27′,有一永久性砂石料場,經(jīng)過測量減小過水面積206m2,占2012年“12.7”洪水期間最大過水面積的27%,詳見表4高莊及孔各莊斷面阻水面積表。

        在紫荊關(guān)基本水尺斷面下游9km高莊村為旺隆水庫引水需要,建有攔河壩一座,壩高1m左右,相應(yīng)也等于抬高了下游河底高程,從而減小了河床縱比降。

        由由曼寧公式:

        ■計算河段平均流速;

        式中 v-河段平均流速(m/s);

        n-糙率系數(shù);

        R-過水?dāng)嗝嫠Π霃剑╩);

        I-水面比降。

        可知,比降減小,流速也隨之減小,所以造成流量減小。

        沿河筑壩、圍河修建建設(shè)用地、隨意堆砌砂石料,另外沿河修建停車場等人為活動也是造成紫荊關(guān)2012年“12.7”洪水流量與“63.8”洪水和“96.8”洪水在同級水位下流量、流速偏小的原因。

        6 結(jié)語

        通過對紫荊關(guān)水位流量分析,在“12.7”洪水中實(shí)測最大流量2110m3/s,相應(yīng)流量下實(shí)測最大流速5.37m/s,相應(yīng)水位522.11m,與1963年的“63.8”洪水相比,對應(yīng)水位在522.11m時,相應(yīng)流量為3540m3/s,相應(yīng)最大流速為6.31m/s,“12.7”洪水從流量到流速比“63.8”分別小40%和15%。

        1996年“96.8”洪水實(shí)測最大流量為849m3/s,最大流速4.81m/s,相應(yīng)水位519.16m,以“96.8”水位做基數(shù)同“12.7”洪水比較,在相同水位519.16m時,“12.7”洪水流量、流速分別為470m3/s、2.20m/s,比“96.8”洪水流量、流速分別小45%和54%。

        流量偏小是由于在紫荊關(guān)下游河道中建有永久性的石料廠、攔河筑壩等人類活動,占據(jù)河道過水?dāng)嗝婷娣e的近1/3,同時人類活動改變了河床縱比降,也能減小流速,進(jìn)一步影響到流量大小??傊?,隨著人類活動范圍的擴(kuò)大,拒馬河在同級水位下流量有偏小的趨勢。

        作者簡介:王明哲,本科學(xué)歷,助理工程師,研究方向:水文測驗(yàn)及河道水文規(guī)律;劉正保,本科學(xué)歷,助理工程師,研究方向:水文測驗(yàn)及河道水文規(guī)律。

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