河道范圍內(nèi)道路工程的防洪水文分析計(jì)算

闕云龍

(河海大學(xué)，南京 210098)

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河道范圍內(nèi)道路工程的防洪水文分析計(jì)算

闕云龍

(河海大學(xué)，南京 210098)

依據(jù)國(guó)家計(jì)委、水利部《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》(水政[1992]7號(hào))，對(duì)河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)。文章根據(jù)2004年8月印發(fā)的《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則》(試行)內(nèi)容要求，對(duì)橫跨甘河的加格達(dá)奇機(jī)場(chǎng)路建設(shè)工程開(kāi)展防洪水文分析計(jì)算。此項(xiàng)研究工作的開(kāi)展為分析該建設(shè)項(xiàng)目對(duì)甘河河段的徑流、洪水、河道特性、河道工程建設(shè)等影響提供了科學(xué)依據(jù)，并提出了避免、減輕不利影響的建議。

防洪水文；分析計(jì)算；河道范圍；道路工程；洪水特性

1 工程概況

加格達(dá)奇機(jī)場(chǎng)路位于黑龍江省大興安嶺地區(qū)加格達(dá)奇區(qū)境內(nèi)，跨過(guò)甘河，連接加格達(dá)奇主城區(qū)與甘河以南城區(qū)及機(jī)場(chǎng)。該建設(shè)項(xiàng)目起點(diǎn)為曙光大街與濱河路交叉口，終點(diǎn)為加格達(dá)奇機(jī)場(chǎng)。全長(zhǎng)4.948km，其中，橋梁總長(zhǎng)約931m，道路全長(zhǎng)約4.017km。甘河大橋橋梁長(zhǎng)度約為840m，圈河大橋長(zhǎng)度約為91m，橋面有效通行寬度25m。

2 防洪水文分析計(jì)算

2.1 水文測(cè)站情況

本次設(shè)計(jì)代表站選擇甘河橋上游的加格達(dá)奇水文站，該站于1970年8月由省水文水資源局設(shè)立為水位站，并于1971年1月設(shè)立為國(guó)家基本水文站。1970年8月開(kāi)始觀測(cè)水位，1971年1月開(kāi)始施測(cè)流量，具有1971—2008年38年完整的水位、流量資料。

2.2 設(shè)計(jì)洪水

2.2.1 暴雨特性

甘河流域地處歐亞大陸東岸大興安嶺山區(qū)的南坡，暴雨多系鄂霍歐克海，西伯利亞及蒙古高壓影響，配合南來(lái)的大量暖濕氣流輸入高緯度地區(qū)，與內(nèi)蒙或西伯利亞冷空氣在甘河流域上空交匯且不斷加強(qiáng)，往往形成大范圍的暴雨，如1988年、1991年、1989年、1998年等大洪水均由這種暴雨天氣系統(tǒng)形成。受天氣系統(tǒng)和地形影響，甘河流域是嫩江上游的暴雨中心區(qū)，其多年平均最大1d暴雨均值在50-60mm，3日暴雨均值在60-70mm。

2.2.2 洪水特性

受氣候影響，甘河流域洪水可明顯的分成春、夏兩個(gè)汛期，春汛一般為4—5月，主要由融雪形成，其洪水峰量均不大，洪水過(guò)程也較短，一般在5-7d左右。春汛洪水的主要影響因素是氣溫，氣溫回升快，融雪集中，開(kāi)河較快，河道出現(xiàn)體積較大的冰排，不但破壞堤防和建筑物，有時(shí)還會(huì)威脅堤防安全，形成洪水災(zāi)害[1]。

夏秋洪水主要由暴雨形成，時(shí)間一般為7—9月上旬，由于甘河流域暴雨頻繁，加格達(dá)奇站洪峰多為雙峰或復(fù)峰，據(jù)統(tǒng)計(jì)，雙峰洪水占70%以上。甘河流域上游地形植被及永凍層等良好的產(chǎn)匯流條件的存在，導(dǎo)致本流域洪水峰高兩大，過(guò)程持續(xù)長(zhǎng)，一般為15-30d，洪水發(fā)生次數(shù)多，僅1971年至今的實(shí)測(cè)系列中，就有1988年、1989年、1998年、1996年、1986年等5a較大洪水，特別是1988年特大洪水洪峰流量為3200m3/s，略小于歷史上最大的1794年洪峰，居第二位，為多年平均值的4倍。

綜上，甘河流域?yàn)榇笈d安嶺南坡的暴雨洪水高值區(qū)，暴雨集中，影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受降雨和產(chǎn)匯流條件影響，洪水峰高量大，發(fā)生次數(shù)多，洪水過(guò)程長(zhǎng)，危害大。

2.2.3 資料插補(bǔ)

1)1961—1970年洪峰插補(bǔ)：1961—1970年洪峰系列插補(bǔ)采用加格達(dá)奇站與上游的吉文站加阿里河站洪峰相關(guān)曲線進(jìn)行。

吉文站位于加格達(dá)奇水文站上游123km處，阿里河在吉文站下游約60km處匯入，兩站控制流域面積6950km2,占加格達(dá)奇站以上流域面積的72%。分析吉文和阿里河兩站每年最大洪水的洪水過(guò)程及傳播時(shí)間，因兩站相距較近，兩河上游均位于同一暴雨中心區(qū)，其洪峰傳播時(shí)間均在10h之內(nèi)，干流為主直接按傳播時(shí)間迭加，迭加后的洪峰流量及加格達(dá)奇洪峰流量見(jiàn)表1。采用吉文站與阿里河站相加后的1961—1970年洪峰流量，查相關(guān)線插補(bǔ)出加格達(dá)奇站1961—1970年洪峰，成果列于表1中。

按表1成果點(diǎn)繪相關(guān)圖，通過(guò)點(diǎn)群中心可定出一條經(jīng)驗(yàn)相關(guān)曲線，關(guān)系點(diǎn)均勻分布在曲線兩側(cè)且離差較小，說(shuō)明相關(guān)關(guān)系尚好。

表1 吉文加阿里河及加格達(dá)奇洪峰流量表

注：()內(nèi)數(shù)據(jù)為按相關(guān)插補(bǔ)成果

2)1952—1960年洪峰插補(bǔ)：甘河下游河口附近的柳家屯站具有建國(guó)后1952—1999年48a實(shí)測(cè)洪水資料。加格達(dá)奇站距柳家屯較遠(yuǎn)，控制面積僅為柳家屯站的48.7%，區(qū)間面積較大，兩站洪峰直接相關(guān)關(guān)系不好，不宜采用。考慮相關(guān)流域資料情況，可進(jìn)行插補(bǔ)見(jiàn)表2。

采用具有1952—1960年實(shí)測(cè)洪峰系列的柳家屯、石灰窯、庫(kù)漠屯、科后、鄂倫春和格尼站，在雙對(duì)數(shù)格紙上分別繪制各年的Qm-F相關(guān)圖，并以柳家屯為主考慮定線，由于大洪水年的洪水由同一場(chǎng)暴雨形成，故相關(guān)關(guān)系較好；中小洪水由于各流域不是同一場(chǎng)暴雨，相關(guān)關(guān)系略差，這種情況定線時(shí)重點(diǎn)考慮柳家屯站[2]。按以上歷年相關(guān)線可插補(bǔ)出洪峰流量。

表2 加格達(dá)奇站1952—1960年洪峰插補(bǔ)成果

3)歷史洪水插補(bǔ)：甘河流域內(nèi)柳家屯站調(diào)查到的歷史洪水主要有1886年和1908年，嫩江干流各站均有1908年洪水，阿彥淺站除1886年、1908年外，還有1794年洪水。從調(diào)查資料分析，1794年為嫩江上游最大洪水，其次為1886年和1908年。由于1794年和1886年調(diào)查資料較少，本次暫按面積指法計(jì)算[1]；1908年按Qm-F相關(guān)圖插補(bǔ)，歷史洪水插補(bǔ)成果見(jiàn)表3。

表3 加格達(dá)奇歷史洪水插補(bǔ)成果表

4)單站設(shè)計(jì)洪水

a)頻率分析

洪水樣本系列采用加格達(dá)奇站1971—1999年、2000—2008年的38年實(shí)測(cè)資料和1952—1970年的19年插補(bǔ)資料，總計(jì)57a連續(xù)系列資料，按年最大獨(dú)立選樣，加入相關(guān)分析的1794年、1886年和1908年歷史洪水，組成215年不連續(xù)樣本系列。

首位洪水為1794年，洪峰流量3697m3/s，重現(xiàn)期為215a。第二位洪水為1988年，洪峰流量3 200 m3/s。第三位洪水為1965年，洪峰流量2720 m3/s。

采用上述樣本系列和重現(xiàn)期進(jìn)行頻率分析計(jì)算，按P-III型理論頻率曲線適線確定均值、CV值[2]，CS值采用2.25倍CV值。以經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)與頻率曲線擬合最好為原則確定均值、CV值，設(shè)計(jì)洪峰成果見(jiàn)表4。

表4 加格達(dá)奇站設(shè)計(jì)洪峰成果比較表 m3/s

b)洪水成果合理性分析

黑龍江省院2001年2月編制的《加格達(dá)奇區(qū)甘河右岸堤防應(yīng)急工程初步設(shè)計(jì)》及2004年齊齊哈爾市水利設(shè)計(jì)院編制的《加格達(dá)奇區(qū)城市防洪工程可行性研究》對(duì)加格達(dá)奇站做了設(shè)計(jì)洪水分析，并通過(guò)了省水利廳審批。

本次洪水適線補(bǔ)充收集的加格達(dá)奇水文站2000—2008年9年洪峰資料偏小，新增的9年洪水均值為547 m3/s。資料系列增加9年后按原設(shè)計(jì)相同方法分析洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)及適線。導(dǎo)致系列均值較原計(jì)算成果減少4.34%，考慮到兩個(gè)成果向差值小于5%，且采用原審批成果適線效果較好，根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)的特性，本次建議仍采用原批復(fù)設(shè)計(jì)洪水成果，并將Cs/ Cv調(diào)整至2.25。見(jiàn)表5。

表5 設(shè)計(jì)洪水參數(shù)成果比較表 m3/s

5)工程斷面設(shè)計(jì)洪水

加格達(dá)奇水文站下游共有3處坡水匯流，由于破水集水面積較小，對(duì)本工程斷面的設(shè)計(jì)洪水影響甚微，因此加區(qū)右岸堤防工程斷面設(shè)計(jì)洪水直接采用加格達(dá)奇水文站設(shè)計(jì)洪水成果，見(jiàn)表6。

表6 工程斷面設(shè)計(jì)洪水成果表 m3/s

3 建 議

1)工程興建后，工程河段局部會(huì)產(chǎn)生一定的沖淤變化，建議在原加格達(dá)奇水文站斷面適當(dāng)加強(qiáng)河段觀測(cè)，遇不利情況時(shí)可以及時(shí)采取措施予以解決。

2)建議建設(shè)單位與河道管理部門(mén)密切配合，在大汛期清除或減少河道灘地行洪障礙物(如圍堰、建筑棄土、砂堆等)，確保行洪安全。在施工期間制定合理施工方案和度汛措施、防汛預(yù)案確保工程及施工人員安全度汛。

[1]徐新華，夏云峰.防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則研究及解讀[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008：32-35.

[2]羅少彤.河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目報(bào)批的水力學(xué)計(jì)算問(wèn)題[J].廣東水電科技，1995(04)：22-25.

1007-7596(2016)10-0054-03

2016-09-14

闕云龍(1995-)，男，黑龍江哈爾濱人，本科在讀，研究方向港口航道與海岸工程。

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