基于實例剖析小流域河道水面線的推求計算方法

劉學(xué)智

（廣州珠科院工程勘察設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510000）

生態(tài)清潔小流域是水利部近年來十分重視和大力推廣的水土流失治理模式,是群眾生產(chǎn)生活需要與水土流失治理的良好途徑,是建設(shè)美麗鄉(xiāng)村及生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措,符合湯坑鎮(zhèn)斷橋水小流域治理現(xiàn)實需要。

湯坑鎮(zhèn)位于豐順縣東南部,地理坐標(biāo)為北緯23°46'、東經(jīng)116°11',是豐順縣的縣城所在地,距梅州市區(qū)約80 km。斷橋水河道集水面積4.78 km2,長度5.817 km,河床平均比降為5.36‰,涉及新田村、中樓村、中聯(lián)村、黎峰村、洋田村、后安村、石聯(lián)村、虎局村、富坑村、東山村、上村村、棋坪村等12 個行政村,屬城郊生態(tài)清潔小流域。此次斷橋水治理工程治理河長為5.707 km,工程措施樁號為DQ0-377 起點(diǎn)～DQ5+330 終點(diǎn)段。

1 設(shè)計洪水

根據(jù)治理河段兩岸保護(hù)對象的不同,結(jié)合兩岸地形、地勢、農(nóng)田及房屋分布等實際情況,綜合考慮洪水出路和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求,經(jīng)綜合比選分析后,按照安全通過2 年一遇洪峰流量進(jìn)行治理,治理措施以岸坡防沖、疏通和穩(wěn)定河槽為主,允許洪水漫灘。

1.1 計算方法

由于豐順縣湯坑鎮(zhèn)斷橋水小流域范圍內(nèi)沒有實測水文資料,本次設(shè)計暴雨利用《使用手冊》和《等值線圖》推求。工程涉及的流域集雨面積小于10 km2,且上游無水庫控制,故采用廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式進(jìn)行計算設(shè)計洪水。

廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式：

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量,m3/s；C為與頻率有關(guān)的流量系數(shù)；H24p為24 h設(shè)計雨量,mm；F為集水面積,km2。

1.2 基本資料

本次斷橋水小流域治理工程地理參數(shù)在1∶10000地形圖上量測,地理參數(shù)見表1。

表1 斷橋水地理參數(shù)成果表

本工程集水區(qū)域位于《廣東省暴雨徑流查算手冊》分區(qū)的粵東沿海Ⅱ區(qū),采用粵東沿海設(shè)計雨型。

1.3 暴雨洪水特征

工程區(qū)域?qū)賮啛釒夂?強(qiáng)降雨多為受鋒面雨和臺風(fēng)雨,暴雨大且集中,由此引發(fā)的洪水洪峰流量大,影響范圍廣,是造成洪澇災(zāi)害的主要?dú)庀笤颉鄻蛩畬偕絽^(qū)性河流,河道比降大。山地面積廣,山高坡陡,匯流時間短,容易發(fā)生洪水；中下游河床較寬,坡降較緩,河道淤積逐年嚴(yán)重。總的來說,山區(qū)洪水的特點(diǎn)是陡漲陡落。本流域洪水多在5～7 月份出現(xiàn),洪水以單峰型居多。每逢遭遇暴雨,易于引起山洪暴發(fā),沖毀村莊、農(nóng)田、水利設(shè)施乃至淹浸鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.4 全年設(shè)計暴雨

查《廣東省水文圖集》及《廣東省暴雨徑流查算手冊》得計算各歷時暴雨參數(shù)成果見表2。

表2 各歷時暴雨參數(shù)表

1.5 設(shè)計洪水計算

本工程涉及的流域集雨面積小于10 km2,故采用廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式進(jìn)行計算設(shè)計洪水。設(shè)計洪水計算結(jié)果,見表3。

表3 洪峰流量成果統(tǒng)計表

2 施工洪水

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SDJ 338-89）的規(guī)定,結(jié)合本工程的特點(diǎn)及工程施工進(jìn)度安排,導(dǎo)流設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)采用枯水期（10月～3月）5 年一遇洪水（P=20%）,計算期選定10月～次年3 月。

施工期洪水的計算缺乏基本資料,根據(jù)工程附近的湯坑雨量站所收集的降雨資料,可以提供1966 年～2010 年月降雨過程,因此可根據(jù)全年設(shè)計洪峰流量,按照降雨分布比例,推算出分期洪水洪峰流量。對1966 年～2010 年月降雨過程進(jìn)行統(tǒng)計分析,確定典型年。1966 年～2010 年年降雨量見表4,排頻分析結(jié)果見表5。

表4 湯坑雨量站1966年～2010年年降雨量

表5 湯坑雨量站1966年～2010年降雨排頻分析結(jié)果表

根據(jù)表5 的統(tǒng)計結(jié)果,選定2008 年4 月～2009 年3 月為P=20%的典型年。典型年全年最大降雨量為7 月份625.2 mm,2008 年11 月份～2009 年3 月份,月最大降雨為155.8 mm,兩者比例為1∶0.25。根據(jù)前面計算,本工程河道P=20%洪峰流量分別為24.3 m3/s,所以該河道的施工期（10 月～次年3 月份）洪水洪峰流量（P=20%）為6.08 m3/s。斷橋水施工期設(shè)計洪水峰值見表6。

表6 斷橋水施工期設(shè)計洪水峰值

3 設(shè)計水面線

3.1 計算范圍

豐順縣湯坑鎮(zhèn)斷橋水小流域治理工程以樁號DQ0-377起點(diǎn),終點(diǎn)為樁號DQ5+330,長度為5.707 km。水面線計算分兩種情況,分為治理前水面線和治理后水面線。計算現(xiàn)狀水面線時糙率均取為0.033,整治后水面線糙率均取為0.030。

1）設(shè)計流量

此次斷橋水小流域治理工程起點(diǎn)斷面DQ0+000以上集雨面積為4.78 km2,河道2年（P=50%）一遇洪峰流量為15.8 m3/s。

3）起推水位

整治前：選取DQ0+000 斷面作為起推斷面,計算該斷面的水力參數(shù),利用天然河道過流計算公式曼寧公式Q=1/nAR2/3i1/2,河道的糙率選用n=0.033,斷面所處的該段河道的坡降為i=0.00536,計算出起推斷面水位流量關(guān)系,得出治理前2 年一遇水位高程19.77 m作為起推水位。

整治后：起點(diǎn)處起推水位和整治前一樣同為19.77 m。

3.2 計算方法

本次水面線計算借助省廳頒發(fā)的天然河道水面線計算程序,由最下游河道斷面為起推點(diǎn)向上游進(jìn)行推算,求得設(shè)計頻率P=50%設(shè)計洪水水面線。

3.3 設(shè)計洪水水面線

利用上述計算方法和基礎(chǔ)資料,計算斷橋水P=50%治理前和治理后水面線,計算成果見表7。

表7 P=50%斷橋水治理工程整治前后水面線成果

續(xù)表7

經(jīng)水面線計算成果的合理分析治理前、后的洪水位的對比,治理后P=50%時各斷面洪水位均有所下降,所以本設(shè)計水面線計算成果是合理的,達(dá)到了預(yù)期的治理效果。

4 結(jié)語

中小河流治理中最基礎(chǔ)且最重要的環(huán)節(jié)之一就是水面線的推算, 直接關(guān)系到堤防防洪的安全,文中湯坑鎮(zhèn)斷橋水小流域治理過程水面線計算成果經(jīng)過治理前、后的洪水位對比,明確了計算成果的合理性。故在類似的小河流水面線推算過程中要根據(jù)每條河流的實際情況及真實參數(shù)將水面線推求部分更加的細(xì)化,與工作實際緊密聯(lián)系,才能保證達(dá)到預(yù)期的治理效果。