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)

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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(jí)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(kù)，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(jí)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(kù)，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(kù)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(zhǎng)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(kù)，水庫(kù)壩址以上流域面積412 km2，河長(zhǎng)51 km，河道平均比降1/280。水庫(kù)以上為山丘區(qū)河流，水庫(kù)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(zhǎng)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(dòng)幅度大。

2 水文基本資料

2.1 測(cè)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(kù)沒有水位、泄流觀測(cè)資料。

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

表1 鶴立水文站系列表

2.2 水文測(cè)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(guó)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(cè)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(cè)站凍結(jié)基面亦為假定基面。測(cè)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(guó)家基本水文站，水文要素的測(cè)驗(yàn)、整編、刊印等均執(zhí)行國(guó)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(cè)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(cè)驗(yàn)及資料整編都是按照《水文測(cè)驗(yàn)試行規(guī)范》和水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。水文站用流速儀施測(cè)流量，采用基本水尺資料觀測(cè)水位。在測(cè)驗(yàn)方面，測(cè)次配備、測(cè)驗(yàn)精度均能滿足規(guī)范要求，測(cè)次較多，觀測(cè)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(duì)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(cè)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(shí)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(cè)降水資料統(tǒng)計(jì)，最大24h暴雨均值多年平均59.3mm，實(shí)測(cè)最大日暴雨122.5mm，實(shí)測(cè)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(jí)較小；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(jí)大。從鶴立站實(shí)測(cè)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(kù)除險(xiǎn)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(kù)2005年最大入庫(kù)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(shí)暴雨特性，最大雨強(qiáng)和降雨量基本集中在匯流時(shí)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(shí)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(shí)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(kù)2005年7月28日16時(shí)—7月30日16時(shí)實(shí)測(cè)水位過程以及相應(yīng)時(shí)段水庫(kù)下泄流量過程，按照水利平衡方程式：Q=q+ΔV/Δt逐時(shí)段推算水庫(kù)入流過程，計(jì)算結(jié)果為水庫(kù)入流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日10時(shí)45分，為633m3/s，水庫(kù)泄流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日15時(shí)20分，為406 m3/s。

兩種方法推算的元寶山水庫(kù)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(duì)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(kù)入流過程最大洪峰流量值，組織專業(yè)人員對(duì)元寶山水庫(kù)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(kù)工程技術(shù)人員的指認(rèn)，調(diào)查到元寶山水庫(kù)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(kù)泄流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日15時(shí)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(cè)得的最大洪峰流量219m3/s遠(yuǎn)小于水庫(kù)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(kù)至鶴立站之間跑灘后歸槽所至，這與元寶山水庫(kù)工程技術(shù)人員所介紹的該次洪水在元寶山水庫(kù)下游左岸已經(jīng)跑灘是一致的，因此需要對(duì)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(cè)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(cè)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(kù)始建于1942年， 2008年完成了《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)》，除險(xiǎn)設(shè)計(jì)確定水庫(kù)總庫(kù)容536×104m3，校核洪水位123.05m，興利水位122.50m，興利庫(kù)容390×104m3，汛限水位121.50m，溢洪道凈寬50m，5孔閘門，水庫(kù)20年設(shè)計(jì)洪峰流量398m3/s，經(jīng)水庫(kù)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(xiǎn)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(kù)影響后的洪水系列[3]。

根據(jù)阿凌達(dá)河鶴站元寶山水庫(kù)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(shì)，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(duì)查圖成果進(jìn)行修正[4]。本次堤防設(shè)計(jì)共計(jì)算四個(gè)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(duì)數(shù)格紙上進(jìn)行檢查，對(duì)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(guó)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(guó).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。