小河道治理水文计算

2 水 文2.1 流域概况XX县位于AA省中部，地处东经1061348至1063848、北纬253848至261730，北同贵阳接壤、西与安顺、紫云毗邻，南接罗旬，东连惠水，属黔南布依族、苗族自治州辖县。县城距省城贵阳市87km，距黔南州府都匀市178km，全县东西宽43.2km，南北长71.04km，全县总面积1554km2。县境内地势北高南低，最高海拔1597.5m，最低海拔660m，处于长江流域与珠江流域的苗岭分水岭。大地河位于XX县境内，属珠江流域，红水河干流、蒙江一级支流、摆所河一条支流，摆所河流域面积1.85km2，在县境内穿越XX城南规划区。河流沿线共计影响人口1.8万人。本次治理工程范围内大地河河道总长1.9km，河道平均坡降2.105。治理河道段地理参数见表2-01。河道地理参数表表2-01河流名称断面流域面积（km2）主河长度（km）河道平均比降（）流域几何特征大地河汇入摆所河处1.851.92.105 12.71 拢院小桥处1.441.52.105 10.68 小河入口处1.020.92.105 6.99 2.2 气象本流域属北亚热带季风湿润气候区，大多数地区气候温和，冬无严寒，夏无酷暑。冬季主要受西伯利亚冷气流的影响，夏季受印度孟加拉湾的西南暖湿气流和西太平洋的海洋性气候的影响。由于地处云贵高原，地势较高的高原面与地势较低的河谷，气候有明显差异。年平均气温16，最热月为7月，平均气温23.9，最冷月为1月，平均气温6.1，全年大于或等于10积温为4699（80%的保证率）。年日照时数为1227.6h，日照百分率为27%，太阳辐射量为85.38KKa/mm2。无霜期长达285d。多年平均降雨量为1360mm。该区域属高海拔、低纬度地区，热量丰富，气候宜人，春暖早、秋凉迟，冬无严寒，夏无酷暑。充裕的热量能满足稻麦一年两熟或旱地一年三熟农作物生长对热量的需求。2.3 水文基本资料设计流域内有XX县气象站，流域内无其它水文测站和雨量测站。XX县气象站基本上处于流域下游，XX县气象站建站于1944年，从1977年至2008年有完整资料系列，从1977年起资料精度较高，因此本次设计利用19772008年资料作为设计暴雨计算依据。本次水文分析计算采用暴雨洪水法进行推求设计洪水。2.4 洪水2.4.1 暴雨特性大地河流域暴雨的主要天气系统是冷锋低槽和两高切变，其次是长江横切变，本区域暴雨天气系统以冷锋低槽为多。流域处于珠江上游大暴雨区的过渡地带，一般是5月份进入雨季，10月份结束。大暴雨主要集中在57月份，810暴雨的量级较小。2.4.2 洪水特性设计流域洪水由暴雨形成，洪水的主要特点是：峰高量大，历时不长，一般在1d以内，主要集中于12h之内，洪水陡涨陡落，多呈单峰型。洪水量级主要受暴雨量、暴雨强度控制，前期降雨和前期土壤含水量等亦起一定作用。洪水主要发生510月，尤以69月份的发生洪水量级大而频繁。流域地形地貌特征，造成该流域洪水不仅具有山区河流洪水峰高量大的特点，而且汇流集中，洪水涨势凶猛。2.4.3 设计暴雨1、暴雨调查1967年8月28日暴雨，降雨量145.2mm，部分地区受灾。1972年5月12日特大暴雨，全县受灾较重，河谷地区尤重。1977年6月13日15日连降大雨、暴雨，三天降雨量达235mm，山洪暴发，河水猛涨，局部地区山崩地裂，造成洪灾。1983年6月18日暴雨下了7个小时，县城地区降雨量149.4mm，造成严重灾害。2002年6月7日下午6时至6月8日上午9时，XX县遭受了特大洪灾，其灾害特点：一是降雨量大，县城降雨量177.2mm，是有记载以来的历史最高记录；二是降雨集中，持续降雨时间长达10个h。为20年一遇的洪水。2、设计暴雨城南新区所在大地河流域内无水文站、气象站和雨量站。设计暴雨根据邻近的XX气象站暴雨资料及AA省短历时暴雨统计参数等值线图和AA省暴雨洪水计算用手册之有关等值线图综合分析取值。成果如下：H1h=47mm，Cv0.45，Cs3.5Cv。 利用XX县气象站年最大1h暴雨分析成果 可得设计流域不同设计频率暴雨量见表202。流域设计暴雨成果表表2-02H1（mm）CvCs/Cv各频率1小时暴雨量(mm)1.00%2.00%3.33%5.00%10.00%20%50%470.453.5118.44105.7594.16 88.3675.261.5741.832.4.4 设计洪水计算1、历史洪水1）历史洪水调查大地河内以前未作过历史洪水调查，AA省洪水调查成果也没有防洪河段的历史洪水资料。我院于2009年4月对规划河段进行历史洪水调查，调查到的洪水年份有1917、1920、1967、1977、1983、2002年等年，共调查了16个洪痕点。随着XX县市政建设的规划，河边的原居住情况发生了很大变化，而且上下游河段两岸都不再是农田，居民居住将离河岸更近，虽无法指证历史较远的洪痕，但本次历史洪水调查仅调查到2002年6月7日发生的30年一遇的洪水，因该次洪水刚发生不久，沿河两岸洪痕清晰可见。通过实测，各洪痕点高程及位置成果表见表2-04。历史洪水洪痕成果表表2-03洪痕编号桩号高程（m）可靠度位置2002-021124.61可靠小河入口处2002-021123.34可靠拢院小桥处2002-021122.51可靠汇入摆所河处2）历史洪水记录据XX县水利局提供d饿洪水资料：万历三十二年（1604年），六月XX大雨，洪水浸城七尺，全县禾秧受到严重损失。万历三十三年（1605年）四月二十九日XX大水，城圮东南角，至七月初四雨始止，田禾尽没。顺治七年（1650年），九月XX大水，山石崩裂。同治十年（1871年），五月大水山崩，田缺无算。民国六年（1917年），XX县属旺里、黄鱼江、茅坝等处，被水漂没田土甚伙。民国九年（1920年），六月河水暴涨，淹没南门外，民舍损坏。民国十四年（1925年），淫雨暴雨，以致哀鸿遍野，饿殍载途，全家俱尽者有之。1957年8月1日至8日下雨不停，山洪暴发，全县6500多亩田土受灾严重。1967年7月28日暴雨，降雨量142.3毫米，部分地区受灾。1972年5月22日特大暴雨，全县受灾较重，河谷地区尤重。1977年6月13日15日连降大雨、暴雨，三天降雨量达232mm，山洪暴发，河水猛涨，局部地区山崩地裂，造成洪灾。1983年6月18日暴雨下了7个小时，县城地区降雨量149.4mm，造成严重灾害。受灾田土22250亩，洪水冲垮沟渠81处，冲缺堤坝2处，冲坏公路2处，桥梁4处。2、设计洪水1）小河入口处、拢院小桥处、汇入摆所河处断面设计洪水各个断面以上流域地理参数根据1:5万和1:1万地形图量算，地理参数成果见表2-01。由于流域内和河流下游邻近河段无水文测站，设计洪水推求根据1983年AA省水利电力厅编制的AA省暴雨洪水计算实用手册，以及1988年相应的“修订本”进行计算。当F10km2，且30时，采用修订1式：Qp=0.481r10.571f0.223J0.149F0.89（CSp）1.143 流域几何特征值，=L/J1/3F1/4 Qp 设计频率P的洪峰流量(m3/s) 汇流系数 f 流域形状系数(F/L2， L 主河道河长) J 分水岭至出口断面的河道平均比降(m/m) F 流域面积(km2) C洪峰径流系数，C=0.900.82（P=0.2%20%） Sp设计暴雨的雨力 根据流域下垫面因素，分析计算的设计洪水成果见表2-05设计洪水计算成果表表2-05小河入口处设计洪水成果表P（%）1.00%2.00%3.33%5.00%10.00%20%50%Qmp（m3/s）22.32 19.35 16.72 15.35 12.76 10.02 6.27 拢院小桥处设计洪水成果表P（%）1.00%2.00%3.33%5.00%10.00%20%50%Qmp（m3/s）26.09 22.62 19.55 17.94 14.92 11.71 7.32 汇入摆所河处设计洪水成果表P（%）1.00%2.00%3.33%5.00%10.00%20%50%Qmp（m3/s）31.02 26.90 23.25 21.33 17.74 13.93 8.71 考虑到上游无削峰影响。 2.4.5 分期设计洪水根据XX县大地河河段河道治理工程施工要求和特点，结合流域的洪水特点，每年10月份往往有较大的洪水，拟定113月、123月、114月、124月等4个分期进行洪水计算。依据XX县气象站历年枯季114月每月最大暴雨量统计，以及分期时段，对暴雨量进行组合统计，选取分期时段内最大暴雨量组成系列，进行频率分析计算，利用P型曲线适线。根据设计暴雨和设计流域特点，通过分析计算，分期设计洪水成果如表207。分期设计洪水成果表表207小河入口以上河段分期设计洪水设计流量分期分期设计洪水（m3/s）1%2.00%3.33%5%10%20%50%113月2.72 2.36 2.04 1.87 1.56 1.22 0.76 114月4.13 3.58 3.09 2.84 2.36 1.85 1.16 123月1.94 1.68 1.45 1.34 1.11 0.87 0.55 124月3.35 2.90 2.51 2.30 1.91 1.50 0.94 小河入口至拢院小桥段分期设计洪水设计流量分期分期设计洪水（m3/s）1%2.00%3.33%5%10%20%50%113月3.18 2.76 2.38 2.19 1.82 1.43 0.89 114月4.83 4.18 3.62 3.32 2.76 2.17 1.35 123月2.27 1.97 1.70 1.56 1.30 1.02 0.64 124月3.91 3.39 2.93 2.69 2.24 1.76 1.10 拢院小桥至汇入摆所河段分期设计洪水设计流量分期分期设计洪水（m3/s）1%2.00%3.33%5%10%20%50%113月3.79 3.28 2.84 2.60 2.16 1.70 1.06 114月5.74 4.98 4.30 3.95 3.28 2.58 1.61 123月2.70 2.34 2.02 1.86 1.54 1.21 0.76 124月4.65 4.04 3.49 3.20 2.66 2.09 1.31 2.5 水位流量关系XX县城南新区防洪河段起始断面的水位流量关系，根据防洪治理的范围，起始断面确定在治理河段，依据我院实测的纵横断面资料和整治后的断面，应用曼宁公式进行计算时，糙率根据我国天然河道、滩地糙率表，糙率n=0.04。比降则根据该河段实测比降。XX县城南新区起始断面水位流量关系曲线表表2-08水位1121.34 1121.59 1121.84 1122.47 1122.84 1123.34 1123.84 流量0.00 0.85 2.60 9.29 14.22 21.67 29.80 2.6 水文测报系统规划为了及时、准确掌握XX县城南新区以上流域的雨情、水情，并对之作出适时预报，从而为防洪提供依据，真正达到防灾减灾的目的，应建立完善的预警预报系统。流域内仅有XX县气象站，雨情站网密度6.56个/km2。现有测站存在的主要问题是：雨量站较少，不能真实地反映流域各次暴雨情况；没有水文站，无法满足县城防洪河段水情预报及防洪抢险要求。XX县城南新区河段河道治理工程实施同时，应在流域上游干支流增加1个雨量站和1个水位站，同时各站为自动遥测雨量站，应配备有线和无线通信设备，便于及时准确反映雨情，提高对洪水的应急应变能力。整个站网在密度上和分布上较为合理，而且资料精度较高，并能及时向防汛部门报告，从而为编制较为完善的具有较高精度的水情、雨情预报系统奠定了基础。鉴于编制水文预报软件涉及的因素及所需的资料较多，且工作量非常大，建议在今后作为专题进行研究。2.7河道水面线2.7.1河道纵横断面资料本次河道治理规划所涉及的大地河XX县城南新区的河段道纵、横断面测量由测量专业人员提供。河道断面从源头断面处起，至河流汇入摆所河河道处止，共1.9km河道测量资料，横断面间距在100300m左右。2.7.2历史洪水水面线大地河区域自解放以来，特别是近几年虽然市政建设得到突飞猛进的发展，希艾娜城南新区沿河建规划有3座交通桥、2座人行桥和河段需砌石成堤，还有4座拦河低景观坝。但整个河道无多大变化，这给洪水调查带来方便。XX城南新区在本阶段外业查勘的同时，对防洪河段沿程进行了一系列的历史洪水调查。1967年8月28日暴雨，降雨量145.2mm，1972年5月12日特大暴雨。1977年6月13日15日连降大雨、暴雨，三天降雨量达235mm。1983年6月18日暴雨下了7个小时，县城地区降雨量149.4mm，2002年6月7日下午6时至6月8日上午9时，XX县遭受了特大洪灾，其灾害特点：一是降雨量大，县城降雨量177.2mm，是有记载以来的历史最高记录；二是降雨集中，持续降雨时间长达10个h。为20年一遇的洪水。由于几十年来人类活动的影响，城市建设的发展及河床的演变，很多被调查对象已不能准确地指认洪水痕迹，故2002年以前调查洪水点高程只能作为参考之用。2002年洪水水面线是根据调查到的众多洪痕点经上、下游协调后确定的，具有较高的可靠性，被作为进行现有河道综合水力参数计算的依据，经采用曼宁公式逐断面计算，防洪河段的主要反映各断面河床糙率的综合水力参数在0.030.06之间，符合天然河床糙率的一般范围。规划阶段调查到了1967年、1977年、1983年、2002年共四个年代历史洪水，本次初设阶段重点调查了刚发生的2002年洪水，被调查人亲眼所见，记忆犹新，洪痕资料可靠。根据我院测绘处提供的各洪痕点的位置高程，通过分析，去伪存真，结合调查成果，同时通过设计暴雨根据邻近的XX气象站暴雨资料及AA省短历时暴雨统计参数等值线图和AA省暴雨洪水计算用手册之有关等值线图综合分析取值。成果如下：H1h=47mm，Cv0.45，Cs3.5Cv。 利用XX县气象站年最大1h暴雨分析成果 可得设计流域不同设计频率暴雨量。为更准确地推求设计洪水水面线提供了有力依据。2.7.3天然河道洪水水面线天然河道设计洪水水面线计算是根据历史洪水水面线成果，结合测量提供的河道纵横断面资料，采用伯努利方程选择河道水力参数，通过分析计算，河段的糙率在0.030.05之间，洪水比降在22.2之间变化。由于水面线计算的需要，在设计堤段的河段内共布置了5个横断面，横断面间距的疏密取决于河段防洪的重要程度和便于水面线计算的控制，起算断面为河流源头，在计算P=10%、P=3.33%洪水水面线时，采用洪水量级最接近的2002年两年历史洪水的水力参数，利用伯努利方程结合曼宁公式推算出水面线。本次防洪设计河段大地河整条河段，全长1.9km。河宽在58m之间，河槽深度在12.5m，个别受冲刷影响的断面河槽更深。河道两岸除人行桥，其余河段均处于自然状态，跨河1座交通桥，2座人行桥，桥高孔大无明显阻水。在阐述河道现状的基础上，对河道现状行洪能力加以分析计算，其计算根据曼宁公式结合历史设计洪水水面线的成果，得出各控制断面的行洪能力。成果见表4-3。可见，现有城区行洪能力在2年左右，防洪区范围行洪能力为25年。表4-3 天然设计水面线成果表序号断面编号河道宽桩号深泓点(m)P=3.33%P=10%水位(m)流量(m3/s)水位(m)流量(m3/s)1A130+9001122.61 1127.12 16.34 1126.21 12.54 2A241+5001121.34 1125.02 19.56 1124.29 14.83 3A351+9001120.50 1123.78 23.16 1123.20 17.96 2.7.4整治河道洪水水面线在天然河道水面线计算及现有河道行洪能力分析的基础上，结合城南新区发展规划情况，按30年一遇洪水标准设防。采用伯努利方程自大地河汇入摆所河断面向上游推求，起算断面水文站的水位以综合水位流量曲线来确定。中、上游断面的水位还用曼宁公式进行验证。计算中使用的糙率n=0.030.05，通过计算分析，整治河道水面线成果见表44。整治后水位比整治前降低了0.52m左右。表4-4 整治后水面线计算成果表序号断面编号河道宽桩号)深泓点(m)P=3.33%P=10%水位(m)流量(m3/s)水位(m)流量(m3/s)1A16.50+9001122.61 1124.61 16.76 1124.28 12.96 2A271+5001121.34 1123.43 19.57 1123.08 15.05 3A381+9001120.50 1122.60 23.25 1122.25 17.85