河道范圍內道路工程的防洪水文分析計算

闕云龍

(河海大學，南京 210098)

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河道范圍內道路工程的防洪水文分析計算

闕云龍

(河海大學，南京 210098)

依據國家計委、水利部《河道管理范圍內建設項目管理的有關規定》(水政[1992]7號)，對河道管理范圍內建設項目應進行防洪評價。文章根據2004年8月印發的《河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則》(試行)內容要求，對橫跨甘河的加格達奇機場路建設工程開展防洪水文分析計算。此項研究工作的開展為分析該建設項目對甘河河段的徑流、洪水、河道特性、河道工程建設等影響提供了科學依據，并提出了避免、減輕不利影響的建議。

防洪水文；分析計算；河道范圍；道路工程；洪水特性

1 工程概況

加格達奇機場路位于黑龍江省大興安嶺地區加格達奇區境內，跨過甘河，連接加格達奇主城區與甘河以南城區及機場。該建設項目起點為曙光大街與濱河路交叉口，終點為加格達奇機場。全長4.948km，其中，橋梁總長約931m，道路全長約4.017km。甘河大橋橋梁長度約為840m，圈河大橋長度約為91m，橋面有效通行寬度25m。

2 防洪水文分析計算

2.1 水文測站情況

本次設計代表站選擇甘河橋上游的加格達奇水文站，該站于1970年8月由省水文水資源局設立為水位站，并于1971年1月設立為國家基本水文站。1970年8月開始觀測水位，1971年1月開始施測流量，具有1971—2008年38年完整的水位、流量資料。

2.2 設計洪水

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，配合南來的大量暖濕氣流輸入高緯度地區，與內蒙或西伯利亞冷空氣在甘河流域上空交匯且不斷加強，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形成。受天氣系統和地形影響，甘河流域是嫩江上游的暴雨中心區，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，開河較快，河道出現體積較大的冰排，不但破壞堤防和建筑物，有時還會威脅堤防安全，形成洪水災害[1]。

夏秋洪水主要由暴雨形成，時間一般為7—9月上旬，由于甘河流域暴雨頻繁，加格達奇站洪峰多為雙峰或復峰，據統計，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匯流條件的存在，導致本流域洪水峰高兩大，過程持續長，一般為15-30d，洪水發生次數多，僅1971年至今的實測系列中，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，甘河流域為大興安嶺南坡的暴雨洪水高值區，暴雨集中，影響范圍廣，持續時間長，受降雨和產匯流條件影響，洪水峰高量大，發生次數多，洪水過程長，危害大。

2.2.3 資料插補

1)1961—1970年洪峰插補：1961—1970年洪峰系列插補采用加格達奇站與上游的吉文站加阿里河站洪峰相關曲線進行。

吉文站位于加格達奇水文站上游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程及傳播時間，因兩站相距較近，兩河上游均位于同一暴雨中心區，其洪峰傳播時間均在10h之內，干流為主直接按傳播時間迭加，迭加后的洪峰流量及加格達奇洪峰流量見表1。采用吉文站與阿里河站相加后的1961—1970年洪峰流量，查相關線插補出加格達奇站1961—1970年洪峰，成果列于表1中。

按表1成果點繪相關圖，通過點群中心可定出一條經驗相關曲線，關系點均勻分布在曲線兩側且離差較小，說明相關關系尚好。

表1 吉文加阿里河及加格達奇洪峰流量表

注：()內數據為按相關插補成果

2)1952—1960年洪峰插補：甘河下游河口附近的柳家屯站具有建國后1952—1999年48a實測洪水資料。加格達奇站距柳家屯較遠，控制面積僅為柳家屯站的48.7%，區間面積較大，兩站洪峰直接相關關系不好，不宜采用。考慮相關流域資料情況，可進行插補見表2。

采用具有1952—1960年實測洪峰系列的柳家屯、石灰窯、庫漠屯、科后、鄂倫春和格尼站，在雙對數格紙上分別繪制各年的Qm-F相關圖，并以柳家屯為主考慮定線，由于大洪水年的洪水由同一場暴雨形成，故相關關系較好；中小洪水由于各流域不是同一場暴雨，相關關系略差，這種情況定線時重點考慮柳家屯站[2]。按以上歷年相關線可插補出洪峰流量。

表2 加格達奇站1952—1960年洪峰插補成果

3)歷史洪水插補：甘河流域內柳家屯站調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年調查資料較少，本次暫按面積指法計算[1]；1908年按Qm-F相關圖插補，歷史洪水插補成果見表3。

表3 加格達奇歷史洪水插補成果表

4)單站設計洪水

a)頻率分析

洪水樣本系列采用加格達奇站1971—1999年、2000—2008年的38年實測資料和1952—1970年的19年插補資料，總計57a連續系列資料，按年最大獨立選樣，加入相關分析的1794年、1886年和1908年歷史洪水，組成215年不連續樣本系列。

首位洪水為1794年，洪峰流量3697m3/s，重現期為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期進行頻率分析計算，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。以經驗點據與頻率曲線擬合最好為原則確定均值、CV值，設計洪峰成果見表4。

表4 加格達奇站設計洪峰成果比較表 m3/s

b)洪水成果合理性分析

黑龍江省院2001年2月編制的《加格達奇區甘河右岸堤防應急工程初步設計》及2004年齊齊哈爾市水利設計院編制的《加格達奇區城市防洪工程可行性研究》對加格達奇站做了設計洪水分析，并通過了省水利廳審批。

本次洪水適線補充收集的加格達奇水文站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年后按原設計相同方法分析洪水統計參數及適線。導致系列均值較原計算成果減少4.34%，考慮到兩個成果向差值小于5%，且采用原審批成果適線效果較好，根據堤防工程設計的特性，本次建議仍采用原批復設計洪水成果，并將Cs/ Cv調整至2.25。見表5。

表5 設計洪水參數成果比較表 m3/s

5)工程斷面設計洪水

加格達奇水文站下游共有3處坡水匯流，由于破水集水面積較小，對本工程斷面的設計洪水影響甚微，因此加區右岸堤防工程斷面設計洪水直接采用加格達奇水文站設計洪水成果，見表6。

表6 工程斷面設計洪水成果表 m3/s

3 建 議

1)工程興建后，工程河段局部會產生一定的沖淤變化，建議在原加格達奇水文站斷面適當加強河段觀測，遇不利情況時可以及時采取措施予以解決。

2)建議建設單位與河道管理部門密切配合，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、防汛預案確保工程及施工人員安全度汛。

[1]徐新華，夏云峰.防洪評價報告編制導則研究及解讀[M].北京：中國水利水電出版社，2008：32-35.

[2]羅少彤.河道管理范圍內建設項目報批的水力學計算問題[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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