南靖縣移民新村防洪堤工程洪水成果計算分析

戴彩麗

（漳州市水利水電勘測設計有限公司，福建 漳州 363000）

1 工程概況

南靖縣龍山鎮錦山村移民新村防洪堤工程位于西溪支流薌江錦山村河段，下距棠溪匯入口約1.9 km，項目區流域特征參數直接采用棠溪匯入前斷面，控制流域面積630 km2，主河道長62.0 km，河道平均坡降4.50‰。

流域內有鄭店站西溪以鄭店、船場、龍山、柳溪等水文站，有平和、南靖、中山橋等水位站，鄭店設立時間最早，其控制流域面積3419 km2，為西溪的主要控制站。上個世紀五六十年代期間在西上游支流陸續增設船場、龍山、柳溪等水文站，還有平和、南靖、中山橋等水位站，于20 世紀60 年代末初步形成水文站網，至今一般都具有較長觀測資料。項目區所在流域為西溪支流薌江錦山村河段，項目區所在流域內水系圖見圖1。

圖1 項目區所在流域內水系圖

2 洪水特性及成因分析

西溪洪水主要由臺風暴雨引起，出現在6 月～9 月居多，暴雨中心經常出現在高坑、下寨、高港等地，支流源短流急，洪水暴漲暴落。鄭店站據調查推算，曾于1474 年、1570 年、1668年、1794 年和1908 年發生過特大洪水，洪峰流量達8500 m3/s～10000 m3/s，1960 年6 月9 日洪峰流量達6140 m3/s。

九龍江西溪流域洪水系由暴雨造成，流域暴雨主要是由于兩類氣象因素而產生的，一類為太平洋或南海一帶熱帶風暴入侵，另一類為北方入侵的冷氣流，前者多發生在每年的7 月～9月間，后者則發生在5 月、6 月。

由太平洋臺風入侵所挾帶的暴雨量較大，尤以從廣東省汕頭登陸，轉向東北，風向為東南偏東的臺風，所引起的暴雨更為嚴重，如1908 年10 月17 日，1959 年9 月10 日的臺風暴雨均屬此種類型。其它從汕頭登陸后向西北或西方向移動的臺風或福州、福鼎等地登陸的臺風，對本流域影響較少，雨量亦弱。從北方入侵的冷空氣與流域內不穩定氣流相遇時亦將在流域內出現暴雨，但一次雨量一般不會很大，由于地形限制雨面分布范圍不廣。

3 設計洪水計算分析

項目區所在流域為西溪支流薌江錦山村河段，設計洪水采用水文比擬法和地區綜合法分別進行計算，經比選后確定采用值[1]。

3.1 計算方法

（1）水文比擬法

項目區控制流域面積630 km2，上游設有龍山水文站，下游設有鄭店水文站。經對本流域暴雨洪水特性的分析，選取洪水計算參證站為龍山水文站，該站控制流域面積484 km2，設立于1954 年4 月，觀測水位、流量、雨量等資料至今。根據龍山站實測洪水資料進行頻率計算及適線分析，得龍山站洪水統計參數成果為：Qm=480 m3/s，CV=0.72，CS/CV=3.5。根據龍山站洪水統計參數成果，按面積比的0.71 次方移用龍山站洪水統計參數成果，求得項目區洪水統計參數成果為：Qm=579 m3/s，CV=0.72，CS/CV=3.5，設計洪水成果見表1。

表1 項目區設計洪水成果比較表

（2）地區綜合法

根據九龍江流域及鄰近流域的柳溪、龍門、龍山、平和、麥園、船場、長泰、白沙、鄭店、漳平、上杭、浦南共計13 個水文站點的洪水統計參數進行地區綜合分析，點繪出九龍江流域及鄰近流域年最大洪峰流量平均值Qm-F 以及CV-F 的關系線，得出年最大洪峰流量均值面積指數n=0.71。據此計算項目區流域洪水統計參數及設計洪水，成果見表1。

洪水合理性分析：由表1 可知，兩種計算方法的成果相差較小，水文比擬法計算成果10 年一遇洪峰模數為1.75 m3/（s·km2），地區綜合法計算成果10 年一遇洪峰模數為1.94 km2，根據現有《龍廈鐵路漳州段南靖縣境內和溪特大橋等十四座橋梁工程防洪評價報告》成果[2]，龍山溪特大橋集雨面積690 km2，10 年一遇洪峰流量為1300 m3/s，相應的10 年一遇洪峰模數為1.88 m3/（s·km2），根據同一流域洪峰模數自上游往下游遞減的規律，地區綜合法計算成果符合這一規律，因此，設計洪水成果采用地區綜合法成果。

3.2 分期設計洪水分析

本薌江錦山河段上下游流域有龍山水文站和鄭店水文站。鄭店站控制流域面積3419 km2，本項目工程流域特征參數直接采用棠溪匯入前斷面，控制流域面積630 km2，兩者面積相差較大。龍山站控制流域面積484 km2，故龍山站較適宜。

薌江主流龍山溪下游設有龍山水文站，根據該站1954年～1979 年共25 年實測分期10 月～4 月、11 月～3 月洪水系列進行頻率計算及適線分析，求得該站分期洪水成果。

錦山段（薌江支流棠溪匯入前代表斷面）分期洪水根據龍山站分期洪水統計成果按水文比擬法進行計算，計算成果見表2。

表2 錦山段分期設計洪水成果表

3.3 設計澇水計算分析

（1）流域特征參數

按照工程設計的需要，需要對本工程區分片，各澇片流域特征參數根據最新版1∶10000 地形圖量測而得，各片集雨面積均較小，流域參數見表3，澇片水系示意圖見圖2。

圖2 澇片水系示意圖

表3 各控制斷面流域特征參數表

（2）設計暴雨

設計暴雨參數采用龍山水文站圖集成果，暴雨參數成果及短歷時各頻率暴雨量見表4。

表4 澇片暴雨量成果表

（3）設計澇水計算

根據治澇原則、標準以及治澇措施，采用福建推理公式和華東地區特小流域推理公式推算澇片設計洪峰流量，福建推理公式和華東特小流域法的計算原理相同，只是參數取值不同，匯流計算公式如下：

當tc≥τ 時，即全流域匯流情況下：

當tc＜τ 時，即局部匯流情況下：

式中：Qm為地表洪峰流量，m3/s；F 為流域面積，km2；τ 為匯流時間，h；tc為產流歷時，h；L 為河長，km；J 為坡降；推理公式以千分比表示，華東法以小數表示；m 為匯流參數。

推理公式法m 采用“福建暴雨徑流查算圖表”中推薦沿海公式，θ≥1.5 時，m=0.053θ0.809；θ＜1.5 時，m=0.063θ0.384；華東特小流域公式法采用Ⅱ-3 類地區m 角計算公式：

表5 錦山段各澇片設計澇水成果表

經分析，推理公式法與華東地區特小流域推理公式法為水利部門推薦的小流域設計洪水計算方法，兩種計算方法計算成果較為接近。薌江錦山段澇片面積小于10 km2，屬特小流域，一般華東地區特小流域公式法更適合于特小流域特別是10 km2以下流域設計洪水計算，本設計洪水采用華東地區特小流域公式法的計算成果。

3.4 排澇計算分析

（1）排澇標準

本次排澇計算的任務是針對實施封閉建設后堤防工程，根據地形條件分析排水涵閘的排澇范圍，計算設計洪澇水過程，并以此復核涵閘的規模。

本工程排澇保護對象為南靖縣龍山鎮錦山村屬于郊區，按照閩水[2005}水建3 號文“福建省水利廳關于印發《福建省縣市級城區排澇工程實施方案報告編制技術大綱的通知》”以及《福建省城市排水排澇設計暫行規定》，本次排澇標準采用10 年24 小時暴雨澇水量24 小時排出[3]。

本次工程堤段范圍內分為2 個排澇涵閘，涵閘均位于各澇片分片下游出口，用于排泄澇片來水。

（2）洪澇組合方式

薌江流域為暴雨頻發區，暴雨強度大，洪水來勢兇猛。在臺風出現時常帶來暴雨或大暴雨，是造成本流域洪澇災害的主要原因。東溪上游大溪流域澇區遭遇外江同頻率洪水的可能性較大。本次設計洪澇組合采用10 年一遇內澇水遭遇外江10 年一遇的同頻率設計洪水組合。

（3）澇區排水方式

澇片排澇設施按其作用不同：①內河匯集澇水并輸送到低洼處，同時還起到滯蓄澇水的作用。②排澇涵閘，當外江水位低于內港水位時，涵洞水閘可將澇水自排到外江；當外江水位高于內港水位時，可將閘門關閉避免倒灌。澇片現有的排水閘及涵管排水系統較為不完整的，但水閘、涵管排水量及蓄洪量仍達不到排澇標準，澇片需增設或改建排水閘。

經分析，錦山項目區各澇片采用自排方式進行水閘規模計算。

（4）水閘規模計算

堤段內排澇根據流域內水系分布情況，排澇區地形地貌條件，充分利用原有的排水系統和排澇設施，進行治澇分析。

根據澇區排水方式的分析，2 個澇片允許內澇水位均高于薌江多年平均最高洪水位，考慮到外江水位高水位維持時間較短，上述2 個澇片排澇方式擬采用閘排方式，閘門尺寸以減少淹沒、適當留有余地為原則控制內外江水位差0.10 m 情況下通過設計澇水最大流量確定水閘規模。成果見表6。

水閘泄流公式按：

式中：h 為閘下游水深；H0為閘上游水深；ε 為側收縮系數，取0.97；M 為流量系數，取0.41；B 為水閘過流凈寬,m；φ 為淹沒流時流速系數,取1.0；g 為重力加速度，取1 m/s2。

表6 澇區水閘（涵管）分析計算擬定成果表

4 結論

經過洪水成果分析、分期洪水設計以及排澇分析，可得到以下結論：

（1）水文比擬法和地區綜合法兩種計算方法的成果相差較小，根據同一流域洪峰模數自上游往下游遞減的規律，設計洪水成果采用地區綜合法成果更加合理；

（2）分期洪水設計采用龍山水文站數據較適宜，計算方法采用水文比擬法得到分期洪水成果；

（3）經過排澇計算得到洪澇組合方式和澇區排水方式，并計算出合理的水閘規模，從而排除該地區澇水。