蒲 剛，姚亞鷗，青國棟

(1.蓬溪縣水利局，四川 蓬溪，629100；2.四川省武都引水工程蓬船灌區(qū)建設(shè)管理局，四川 蓬溪，629100)

1 基本情況

涪江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤性氣候區(qū)，多年平均氣溫在14.7℃～18.2℃之間，具有氣候溫和、雨量豐沛的氣候特點。多年平均降水量800mm～1400mm，但流域內(nèi)降雨時空差異較大，年內(nèi)分配不均，夏季6-8月降水多，降水量占全年降水總量的40%～60%，秋季9-11月降水量一般僅占全年降水總量的10%～20%；冬春兩季12月至次年5月為流域枯季，氣候干燥，時段降水總量少，僅占全年的10%～30%。全流域面積35982km2，主流全長697km，其中：省內(nèi)流域面積3.16萬km2，河長580km?？偮洳?730m，河口多年平均流量550m3/s，多年平均徑流量為173.45億m3。

涪江干流蓬溪段上自蓬溪縣紅江鎮(zhèn)，下至荷葉鄉(xiāng)，縣境內(nèi)河段全長約33.038km，河道平均坡降0.7‰，多年平均徑流量為136.17億m3。其中紅江鎮(zhèn)境內(nèi)河長13.31km，經(jīng)部營村、白坪村、康一村、順江村，涉及人口2.74萬人，耕地面積588.8hm2，固定資產(chǎn)2700余萬元。場鎮(zhèn)境內(nèi)河道相對彎曲，連續(xù)“S”形彎道，河道游蕩，兩岸灘地相間。左岸自上而下形成紅江鎮(zhèn)、小壩子、王家中壩等3個寬緩的河壩，小壩子灘地最寬處達1200m，河段枯水期江面寬變化較大，最窄處在紅江渡口，枯期江面寬約150m，最寬處位于郪江匯口下游，枯期江面寬約380m。由于兩岸漫灘交替出現(xiàn)，洪期江面寬遠大于枯期江面，最寬處可達3600m。

2 推求洪水

涪江流域四川省內(nèi)共有18個水文(位)站，流域內(nèi)水文站點較多，布局合理，基本控制了干支流的水文情勢。其中主流上游有平武水文站、麥地灣水文站；中游有涪江橋水文站、左家?guī)r水文站、三臺水文站、射洪水文站；涪江下游在重慶市內(nèi)有小河壩水文站等。

表1 涪江干流(四川省)水文測站情況

涪江干流紅江鎮(zhèn)段屬于涪江干流中游，區(qū)域內(nèi)無水文測站，也無具有水文觀測資料的其他工程設(shè)施，涪江干流紅江鎮(zhèn)上游約30km處有射洪水文站，下游約150km處有小河壩水文站。故洪水頻率計算采用射洪水文站和小河壩水文站按區(qū)間河長內(nèi)插法進行推求。根據(jù)射洪水文站、小河壩水文站1952-2020年69年洪水資料，按獨立取樣法選取年最大洪峰流量系列與射洪河段歷史洪水組成不連續(xù)系列，并將1981年洪水作特大值處理，進行頻率統(tǒng)計計算。按數(shù)學(xué)期望公式分別計算歷史洪水及實測系列的經(jīng)驗頻率，矩法初估統(tǒng)計參數(shù)初值，采用P-Ⅲ型理論頻率曲線適線，確定統(tǒng)計參數(shù)及各頻率設(shè)計洪峰流量。

表2 射洪、小河壩站洪水流量成果

根據(jù)射洪、小河壩實測洪峰流量統(tǒng)計，大多數(shù)洪峰流量從射洪至遂寧逐漸減小，致使洪峰流量均值由射洪的9100m3/s減至小河壩的8520m3/s，減少了6.4%。這是由于水情和長距離河槽調(diào)蓄的作用。因而，該段洪水的計算也要充分考慮這一特點。

表3 涪江干流紅江鎮(zhèn)段洪水流量計算成果

3 繪制影響范圍曲線

3.1 起推水位確定

依據(jù)涪江干流蓬溪縣段2020年采砂年度實施方案報告中的地形測量數(shù)據(jù)，利用AutoCAD輔助設(shè)計軟件建模生成河道縱橫斷面，該區(qū)域共繪制縱斷面1處，橫斷面11個，橫斷面樁號分別為K0+000m、K1+100m、K1+600m、K2+200m、K3+200m、K5+380m、K8+000m、K10+600m、K11+200m、K11+740m、K13+307m，起推斷面選擇在最下游K13+307m處。本次采用兩種方法確定起推水位，一是按照均勻流計算其水深；二是計算斷面臨界水深。

3.1.1 均勻流水深計算

采用曼寧公式計算水位～流量關(guān)系，計算公式為：

式中：Q——流量(m3/s)；

A——過水斷面(m2)；

R——水力半徑(m)；

J——水面比降；

n——河床糙率。

過水面積A和水力半徑R根據(jù)實測河道橫斷面，逐級計算過水面積、水力半徑，水面比降采用實測水面線比降。糙率n根據(jù)《水力計算手冊》(2006年第二版)以及結(jié)合實際河床地貌，岸邊光潔度、水深變化、斷面形狀、槽灘變化等因素組成，經(jīng)綜合分析確定n=0.035。

表4 控制斷面水位～流量關(guān)系

圖1 控制斷面水位～流量關(guān)系曲線

3.1.2 臨界水深計算

臨界水深計算采用公式：aQ2/g=Ak3/Bk，流量系數(shù)a取1.0，用AutoCAD輔助軟件得出相應(yīng)高程對應(yīng)的斷面面積與水面寬，計算A3/B值，繪h～A3/B曲線，同時計算aQ2/g值，根據(jù)曲線圖查出臨界水深值。

圖2 h～A3/B曲線

3.2 水面線繪制

天然河道因其斷面幾何尺寸、坡道、糙率系數(shù)一般沿程均會發(fā)生變化，水流一般為非均勻流態(tài)，水面線計算主要理論依據(jù)是伯努利能量守恒方程式，通過均勻流水深和臨界水深的計算，均勻流水深h大于臨界水深hk，水流判定為緩流，因此起推斷面選擇從下游往上游逐段計算河道水面線。即使初始計算斷面水深有一定誤差，推算若干段后，均可趨近正確，本次采用P=5%(Q=19300m3/s)洪水流量推算水面線。

伯努利能量守恒方程式：Z2+a2V22/2g=Z1+a1V12/2g+hf+hj

式中：Z2、Z1為計算段上、下游斷面水位；V2、V1為計算段上、下游斷面平均流速；a2、a1為計算段上、下游斷面的動能修正系數(shù)；hf為沿程水頭損失；hj為局部水頭損失。

動能參數(shù)a=1+6.25gn2/R1/3，重力加速度g=9.8，糙率n，水力半徑R=斷面面積A/濕周X。

沿程水頭損失hf=Q2L/K2，流量Q=19300m3/s，計算段上、下游斷面間距L，流量模數(shù)1/K2=0.5(1/K12+1/K22)。

局部水頭損失hj=§(V12-V22)/2g，局部阻力系數(shù)§查表取值。

表5 P=5%正常水深水面線推算

表6 P=5%臨界水深水面線推算

圖3 P=5%(Q=19300m3/s)水面線

3.3 洪水淹沒風(fēng)險圖

從水面線計算結(jié)果可以看出，在K10+600以后，起推水位對上游斷面水位影響已消除，利用四川省測繪局2008年發(fā)布的萬分之一矢量化地圖建立三維模型，并根據(jù)地面高程繪制淹沒風(fēng)險曲線，本次僅以繪制涪江干流紅江鎮(zhèn)段K0+000～K2+200段風(fēng)險曲線為例，如圖4紅色線條表示P=5%(Q=19300m3/s)該區(qū)域可能遭受洪水淹沒的范圍和程度。

圖4 洪水淹沒風(fēng)險圖(P=5%)

4 結(jié)語

洪水災(zāi)害是重大自然災(zāi)害，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，洪水風(fēng)險區(qū)域的人口、資產(chǎn)密度不斷增加，損失也越來越大，通過對涪江干流蓬溪縣紅江鎮(zhèn)段洪水計算，研究該區(qū)域可能遭受洪水淹沒的范圍和程度，為完善區(qū)域洪水應(yīng)急救援預(yù)案、防洪減災(zāi)及水利工程規(guī)劃、建設(shè)等方面具有積極的參考作用。