呂 巖，郭承乾

(1.黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002；2.佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院，黑龍江 佳木斯 154002)

湯原縣鶴立河堤防水文計算及分析

呂 巖1，郭承乾2

(1.黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002；2.佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院，黑龍江 佳木斯 154002)

佳木斯市湯原縣鶴立河堤防現(xiàn)有防洪標準已不能達到其實際的堤防標準要求，故需對其加高處理，文章通過三江平原等值線圖法、水文比擬法、地區(qū)綜合法成果的分析比較，工程點處鶴立河設(shè)計洪水采用以地區(qū)綜合法推求的設(shè)計洪水成果。

鶴立河堤防；水文計算分析；等值線圖法；水文比擬法；地區(qū)綜合法

1 工程現(xiàn)狀

佳木斯市湯原縣鶴立河堤防按保護區(qū)內(nèi)現(xiàn)有實物指標其防洪標準均應(yīng)為20a一遇，而現(xiàn)狀是有堤段防洪標準僅為5a一遇，部分為民堤，需加高培厚。

鶴立河流域內(nèi)，現(xiàn)有人口20萬人，城鎮(zhèn)3個，村屯33個，耕地1.69萬 hm2。由于鶴立河流域缺乏相應(yīng)的水利工程，只是利用自籌資金來建設(shè)，一方面投入的資金非常有限，再加上已有工程當(dāng)初的建設(shè)標準低，因此在平水年份河流沒有形成大的災(zāi)害，但是在雨量大的年份，就回水造成河水出槽，漫過堤防，淹沒河流兩側(cè)的大片耕地，從而造成嚴重的經(jīng)濟損失，也嚴重的制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和人民提高生活水平的需求，防洪形勢十分嚴峻。此段鶴立河堤防工程存在的問題為現(xiàn)狀防洪標準低。

2 水文基本資料

鶴立河干流有新華水位站，1952年開始觀測水位，1959年施測流量，具有1959年—1961年3年流量資料及1952年—1988年水位觀測資料。鶴立河流域還有鶴崗、新結(jié)等氣象站。鄰近流域有華興、鶴立、寶泉嶺、梧桐鎮(zhèn)、鴨蛋河及都魯河等水文站。

各站資料系列及觀測項目見表1。

2.1 資料審查

各站水文測驗及資料整編都是按照《水文測驗試行規(guī)范》和水文測驗手冊的有關(guān)規(guī)定進行。各水文站均用流速儀施測流量，采用基本水尺斷面觀測水位。在測驗方面，各站的測次配備、測驗精度均能滿足規(guī)范要求，測次較多，觀測到了降水量、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，能夠作到隨及在站整編。地區(qū)站基本做到一年3次階段審查，對定線、審線工作較為重視，保證了資料精度，達到刊印水平，測驗成果精度較高，滿足本次設(shè)計要求[1]。

2.2 資料系列的插補

格節(jié)河鄰近流域?qū)崪y資料系列較長的測站有寶泉嶺、鶴立、鴨蛋河3處水文站，各水文站均有1996年、1997年實測流量資料。選取其年最大洪峰流量，建立Qm～F相關(guān)關(guān)系用來插補華興站1996年、1997年缺測年份洪峰流量。

3 洪 水

3.1 暴雨洪水特性

鶴立河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與海洋暖濕氣團交接而形成暴雨。每年發(fā)生大暴雨的次數(shù)不多，日雨量>100mm的降水來只有1次，>50mm的降水占總年數(shù)的50%。暴雨主要集中在7—8月份，最早為6月上旬，最晚為9月中旬。一次降雨時間多為3～7d，降雨多集中在1d之內(nèi)，多年平均最大1日降水60.5mm，多年平均最大3d降水89.2mm。

鶴立河具有典型的北方河流特性，一年中有2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)少且量級較??；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)生頻率多且量級大。從新華站實測資料看，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。洪水年際變化顯著，最大年洪峰流量是最小年洪峰流量的32倍。

表1 鶴立河及鄰近流域水文氣象測站系列表

3.2 單站設(shè)計洪水

由于鶴立河新華站實測水文資料為有小鶴立河水庫和五號水庫影響的非天然資料，而小鶴立河水庫無庫水位及泄流觀測資料，五號水庫無泄流觀測資料，無法進行入庫洪水還原計算，因此新華站實測水文資料無法應(yīng)用。對鶴立河鄰近流域各站實測及歷史調(diào)查洪水，按年最大獨立選樣原則統(tǒng)計出最大流量和最大一、三、七日洪量，進行各單站洪峰、洪量經(jīng)驗頻率計算，選用Cs=2.25Cv的P—Ⅲ型曲線，盡量照顧點群趨勢，以大、中洪水的經(jīng)驗點據(jù)與配合最好為原則進行適線，確定各單站設(shè)計洪水參數(shù)，以此求得各單站設(shè)計洪峰及各時段設(shè)計洪量，成果見表2。

3.2.1 成果的合理性檢查

峰量關(guān)系檢查：將本次推求的各站設(shè)計洪峰、洪量繪于各站峰量相關(guān)圖上，峰量關(guān)系線按同頻率點據(jù)外延后逐漸收斂并互不變叉，符合洪水峰量變化規(guī)律。參數(shù)與歷時關(guān)系：點繪各站各時段洪量均值和變差系數(shù)Cv值與歷時的關(guān)系，曲線光滑無拐點，洪水參數(shù)隨歷時的變化合理。

3.2.2 單站設(shè)計洪水成果對比分析及成果的選用

將本次各單站設(shè)計洪水成果與《黑龍江省鶴崗市小鶴立河水庫消險擴建工程初步設(shè)計》成果作對比見表3。

表2 各站設(shè)計洪峰及各時段洪量成果表

3.3 控制斷面處天然設(shè)計洪峰流量

由于鶴立河新華站實測水文資料為有小鶴立河水庫和五號水庫影響的非天然資料，而小鶴立河水庫無庫水位及泄流觀測資料，五號水庫無泄流觀測資料，無法進行入庫洪水還原計算，因此新華站實測水文資料無法應(yīng)用。因此采用3種方法計算鶴立河本次設(shè)計堤防段控制斷面設(shè)計洪峰，通過合理性分析，選擇較優(yōu)成果。本次本區(qū)段鶴立河堤防設(shè)計采用一個控制斷面的洪峰流量(堤防起點和終點區(qū)間沒有支流匯入，控制斷面采用本區(qū)段設(shè)計堤防上游起點處)，控制斷面控見水系圖中堤防工程所在位置，控制斷面處集水面積725km2。

3.3.1 三江平原等值線圖法

查《黑龍江省三江平原近期防洪工程可研水文分析報告》中洪水參數(shù)等值線圖查出的鶴立河堤防控制斷面以上流域重心的設(shè)計洪水參數(shù)Cp、Cv，作為本次鶴立河控制斷面處設(shè)計的洪峰洪量參數(shù)，求得鶴立河控制斷面處設(shè)計洪水成果見表4。

表3 各站設(shè)計洪水成果比較表

由表3可見，本次各站設(shè)計洪水成果與《黑龍江省鶴崗市小鶴立河水庫消險擴建工程初步設(shè)計》平均相對誤差均在±3%以內(nèi)，原因是2006—2010年各站洪峰及各時段洪量趨于水平年，基本上與各站多年平均設(shè)計洪峰及各時段洪量接近，本次各站設(shè)計洪峰及各時段洪量成果采用本次設(shè)計成果。

表4 工程點處設(shè)計洪峰流量成果表

3.3.2 水文比擬法

從水系圖上看，阿陵達河與鶴立河相鄰，兩流域自然地理及氣候條件基本相近，本次水文比擬法采用的參證站為鶴立站，按黑龍江省綜合的面積指數(shù)公式計算。計算公式為：

Qmp=Qm鶴立站(F控/F鶴立站)0.67

(1)

式中：Qmp、Qm鶴立站為分別為控制斷面處和鶴立站設(shè)計洪峰流量，m3/s；F控、F鶴立站分別為控制斷面和鶴立站集水面積，km2。

水文比擬法設(shè)計洪水計算成果見表5。

表5 工程點處設(shè)計洪峰流量成果表

3.3.3 地區(qū)綜合法

根據(jù)鶴立河鄰近流域各站已推求的設(shè)計洪峰流量及鶴立河堤防控制斷面的流域面積，建立設(shè)計洪峰流量與面積相關(guān)線，據(jù)水庫壩址集水面積，查得相應(yīng)設(shè)計洪峰流量見表6。

3.3.4 不同方法計算成果對比

不同方法所求的大鶴立河堤防控制斷面處設(shè)計洪水成果見表6。

表6 鶴立河工程點斷面天然設(shè)計洪水成果比較表

3.3.5 計算成果的合理性檢查及成果的選用

三江平原近期防洪除澇可研等值線圖，由于上游無實測點據(jù)，等值線的繪制和查算存在較多的人為因素,因此精度較低。據(jù)表6知，水文比擬法與地區(qū)綜合法推求的設(shè)計洪水成果比較接近，地區(qū)綜合法基本上反映了本地區(qū)流域自然地理、氣候條件、下墊面等各方面因素，因此本次工程點處鶴立河設(shè)計洪水采用以地區(qū)綜合法推求的設(shè)計洪水成果，鶴立河各工程點處天然設(shè)計洪水見表7。

表7 鶴立河工程點處天然斷面設(shè)計洪水成果表

3.4 控制斷面處有水庫影響的設(shè)計洪峰流量

鶴立河上游大鶴立河和小鶴立河上均建有中型水庫。大鶴立河中上游建有五號水庫，五號水庫洪水調(diào)度原則采用分級控制，當(dāng)水庫發(fā)生20a一遇以下洪水時，水庫控制下泄流量100m3/s；當(dāng)水庫發(fā)生>20a且<50a一遇洪水時，水庫控制下泄流量169m3/s；當(dāng)水庫水位>50a一遇設(shè)計洪水位時，開閘全力泄洪，但泄洪流量不超過自然洪峰流量。

小鶴立河中上游建有小鶴立河水庫，水庫洪水調(diào)度原則采用分級控制，采用水庫設(shè)計(P=2%)或校核(P=0.1%)洪水過程線，先按農(nóng)堤控制泄量下限值64m3/s削平頭下泄，當(dāng)超過P=5%防洪高水位170.65m后，再按農(nóng)堤控泄流量上限值107m3/s削平頭下泄，當(dāng)超過P=5%防洪高水位170.68m后，為確保水庫大壩安全，閘門全部開啟后，自由泄流，但水庫下泄流量應(yīng)小于最大入庫流量，一直下泄至庫水位降到水庫汛限水位為止。

根據(jù)兩水庫洪水調(diào)度原則，兩水庫下泄流量見表8。鶴立河控制斷面設(shè)計洪水分別考慮以兩水庫為主區(qū)間相應(yīng)洪水和區(qū)間為主兩水庫相應(yīng)設(shè)計洪水兩種洪水組合形式，再根據(jù)兩水庫洪水調(diào)度原則求得水庫下泄流量(小鶴立河20a一遇洪水控制下泄流量取控泄流量上限值107m3/s)，與區(qū)間洪水組合求得鶴立河工程點控制斷面處有水庫影響的設(shè)計洪峰流量，見表8。

表8 鶴立河堤防處有水庫影響的設(shè)計洪峰流量成果表

根據(jù)表8可知，區(qū)間為主兩水庫相應(yīng)求得的鶴立河堤防控制斷面處設(shè)計洪峰流量較大，因此，考慮兩水庫影響的鶴立河堤防控制斷面處設(shè)計洪峰流量采用區(qū)間為主兩水庫相應(yīng)計算成果。

[1]邢萬波,徐衛(wèi)亞,王凱,等.外秦淮河堤防水文失事風(fēng)險分析[J].河海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006,34(03):262-266.

1007-7596(2014)03-0153-04

2013-08-14

呂巖(1982- )，女，山東萊陽人，工程師；郭承乾(1981-)，男，甘肅環(huán)縣人，工程師。

TV12

B