湯原縣阿陵達河流域治理工程水文計算分析

王 瑩

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

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湯原縣阿陵達河流域治理工程水文計算分析

王 瑩

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

阿凌達河為鶴崗市與湯原縣的界河，為松花江一級支流。阿凌達河發源于青黑山摩天嶺，自西北向東南入元寶山水庫，繼續向東南流經過湯原縣鶴立鎮北轉向南流，在保安屯附近轉向東，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、面積指數法的計算分析比較，工程點處阿陵達河設計洪水采用圖集等值線圖法。

水文；圖集等值線圖法；水面積指數法；洪峰流量

1 工程現狀

阿凌達河為鶴崗市與湯原縣的界河，為松花江一級支流。阿凌達河發源于青黑山摩天嶺，自西北向東南入元寶山水庫，繼續向東南流經過湯原縣鶴立鎮北轉向南流，在保安屯附近轉向東，過后合祥向東北，在德祥屯附近匯入松花江。元寶山水庫位于阿凌達河中游，地理座標E130°09′，N47°08′11″。

阿凌達河流域面積910 km2，河長109 km，河道平均比降1/490，河道彎曲系數1.69。阿凌達河中游建有元寶山水庫，水庫壩址以上流域面積412 km2，河長51 km，河道平均比降1/280。水庫以上為山丘區河流，水庫壩址河谷呈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，擺動幅度大。

2 水文基本資料

2.1 測站分布及資料系列

阿凌達河流域設有鶴立水文站，該站原集水面積544 km2，1979年復核后改為485 km2。元寶山水庫沒有水位、泄流觀測資料。

流域內除鶴立站兼測雨量外，還有東風所、三道和元寶山3個雨量站。阿凌達河流域水文觀測站資料系列見表1。

表1 鶴立水文站系列表

2.2 水文測驗及資料整編

鶴立水文站始建于1961年7月1日，由黑龍江省水利廳設為國家基本水文站，位置在湯原縣鶴立鎮，地理坐標為E130°17′，N47°04′，測流斷面位于佳木斯至鶴崗鐵路橋下游140m處，該站歷年H～Q曲線比較穩定。基本水尺引據水準點為假定基面，測站凍結基面亦為假定基面。測驗項目除水位、流量外，還有降水、蒸發、水溫等其它水文要素。鶴立站為國家基本水文站，水文要素的測驗、整編、刊印等均執行國家規范，資料精度較好，可做為設計代表站。

鶴立站基本水尺引據水準點假定基面高程100.44m，我院2011年6月引測該水準點的黃海高程97.83m，黃海和假定基面換算關系：H黃海=H假高-2.61m。

2.3 資料審查

該站水文測驗及資料整編都是按照《水文測驗試行規范》和水文測驗手冊的有關規定進行。水文站用流速儀施測流量，采用基本水尺資料觀測水位。在測驗方面，測次配備、測驗精度均能滿足規范要求，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，能夠作到四隨及在站整編。地區站基本做到一年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，滿足本次設計要求[1]。

3 洪 水

3.1 暴雨洪水特性

3.1.1 暴雨特性

阿陵達河流域處于北半球中高緯度，高空在西風帶的控制下，夏季由于太平洋高壓的阻擋將海面暖濕氣流輸入本區，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。每年發生大暴雨的次數不多。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。一次降雨時間多為3～7d，降雨多集中在1d之內。據鶴立站1964—1992年實測降水資料統計，最大24h暴雨均值多年平均59.3mm，實測最大日暴雨122.5mm，實測最大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。春汛發生在4—5月，由融雪產生，春汛發生次數少且量級較小；夏秋汛發生在7月中下旬—8月，由降雨產生，夏秋汛發生頻率多且量級大。從鶴立站實測資料看，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。

3.2 洪水調查

《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫除險加固工程初步設計》論證采用兩種途徑進行分析元寶山水庫2005年最大入庫洪峰流量：

1)推理公式法估算洪峰流量：

根據黑龍江省短歷時暴雨特性，最大雨強和降雨量基本集中在匯流時段內，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，根據雨強和流域坡度取0.7；s為匯流時段內最大降雨量，取值為150×0.8=120mm；F為流域面積，F=412 km2；τ為流域平均匯流時間，τ=16h；n為暴雨遞減指數，n=1。將上述數值帶入推理公式，得Qm=601m3/s。

2)洪水還原法推算洪峰流量：

根據元寶山水庫2005年7月28日16時—7月30日16時實測水位過程以及相應時段水庫下泄流量過程，按照水利平衡方程式：Q=q+ΔV/Δt逐時段推算水庫入流過程，計算結果為水庫入流過程最大洪峰流量出現在7月29日10時45分，為633m3/s，水庫泄流過程最大洪峰流量出現在7月29日15時20分，為406 m3/s。

兩種方法推算的元寶山水庫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，出于對工程安全運行的考慮，設計采用由洪水還原法推算的洪峰流量值，即Qm=633m3/s。

為了驗證本次計算的元寶山水庫入流過程最大洪峰流量值，組織專業人員對元寶山水庫下泄最大洪峰流量進行了洪水調查，選取調查斷面的原則是盡量選取本次洪水沒有跑灘前的斷面，根據元寶山水庫工程技術人員的指認，調查到元寶山水庫下游400m一處斷面，按曼寧公式計算洪峰流量為404 m3/s，與水庫泄流過程最大洪峰流量出現在7月29日15時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]。

阿凌達河下游鶴立站測得的最大洪峰流量219m3/s遠小于水庫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至鶴立站之間跑灘后歸槽所至，這與元寶山水庫工程技術人員所介紹的該次洪水在元寶山水庫下游左岸已經跑灘是一致的，因此需要對鶴立站2005洪峰流量值進行折算修正。鶴立站2005年最大洪峰流量按下列公式進行折算：

(2)

式中：n=0.67。

經計算鶴立站2005年Q鶴立=706m3/s。

據歷史洪水調查資料及實測資料知，阿凌達河1928年洪水為1914年以來首位洪水，重現期為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行計算，根據調查的洪痕、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流量，與根據鶴立站相應年份實測洪峰流量，采用洪水參數修正法推求各處洪痕處相應年份洪峰流量比較見表2。

表2 阿凌達河洪水調查成果表

從上表看，本次洪水調查成果與本次計算成果比較接近。

3.3 單站設計洪水

元寶山水庫始建于1942年， 2008年完成了《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫除險加固工程初步設計》，除險設計確定水庫總庫容536×104m3，校核洪水位123.05m，興利水位122.50m，興利庫容390×104m3，汛限水位121.50m，溢洪道凈寬50m，5孔閘門，水庫20年設計洪峰流量398m3/s，經水庫調節計算相應下泄流量354m3/s，削減洪峰流量44 m3/s。本次根據鶴立站還原的洪水系列根據除險加固溢洪道尺寸和洪水調度原則進行洪水調節計算，得到鶴立站受元寶山水庫影響后的洪水系列[3]。

根據阿凌達河鶴站元寶山水庫影響后的洪水系列及歷史調查洪水資料，按年最大獨立選樣原則統計出年最大流量組成洪水樣本系列，按不連續系列進行頻率分析，選用Cs=2.25Cv的P-Ⅲ型曲線，盡量照顧點群趨勢，以大、中洪水的經驗點據配合最好為原則進行適線，確定該站設計洪水參數，以此求得鶴立站設計洪峰流量，鶴立站設計洪水成果見表3。

表3 鶴立站設計洪峰流量成果表

3.4 控制斷面設計洪峰流量

阿陵達河干流上建有鶴立水文站，阿凌達河干流各控制斷面處及支流設計洪峰流量采用兩種方法二推求。

1)面積指數法：

根據本次推求的鶴立站設計洪峰流量計算成果，按阿凌達河干流各控制斷面面積與鶴立站控制面積比的指數關系推求洪峰流量，洪峰指數采用0.67，阿凌達河干流各控制斷面設計洪峰流量成果見表4。

表4 阿凌達河流域控制斷面及支流設計洪峰流量成果表

2)水文圖集等值線圖法：

阿陵達河流域設有鶴立水文站，位于阿陵達河干流中游，阿凌達河干流各控制斷面處及支流設計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Cp和變差系數Cv等值線圖，以鶴立站本次計算的設計洪峰流量參數對查圖成果進行修正[4]。本次堤防設計共計算四個控制斷面的洪峰流量，分別為阿陵達河入松花江口斷面、半截河匯入阿陵達河河口斷面、烏龍河匯入阿陵達河河口斷面、阿陵達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計洪峰流量成果與集水面積點繪于雙對數格紙上進行檢查，對偏離的點距進行修正，設計洪峰流量成果見表5。

表5 阿凌達河流域控制斷面及支流設計洪峰流量成果表

3)成果的合理性選用：

不同方法推求的阿凌達河干流各控制斷面處及支流設計洪峰流量成果比較見表6。

表6 阿凌達河流域控制斷面及支流設計洪峰流量成果表

從表6看，阿凌達河干流各控制斷面從上游到下游圖集指數法比面積指數法20a一遇洪水小3.6%～15.5%。由于阿凌達河流域鶴立水文站以上屬山丘區，鶴立站以下進入平原區，且鶴立站以下阿凌達河支流也有平原水匯入，因此用面積指數法推求的阿凌達河各控制斷面設計洪峰流量偏大；圖集等值線圖法推求的20a一遇的洪峰模數從上游向下游遞減，鶴立站Cp值6.92、龍河匯入口6.67、半截河匯入口Cp值6.16、阿凌達河入口5.85，該方法推求的阿凌達河各控制斷面設計洪峰流量充分反映了流域洪水上游大、下游小的特點。因此，本次阿凌達河各控制斷面設計洪峰流量采用圖集等值線圖法。

[1]邢國生,包明軍.河道治理中存在的問題及解決措施[J].江西農業，2016(09)：85-86.

[2]王博.河道治理中的環境保護[J].黑龍江水利科技，2014(03)：79-80.

[3]袁志國.淺析河道治理的方法和方向[J].山東工業技術，2013(15)：45-46.

[4]萬曉霞.河道治理方法分析探討[J].現代商貿工業，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、規劃設計工作。