萍鄉城防工程洪水特征及參數研究

劉 圣

（萍鄉市山口巖水利樞紐管理中心，江西 萍鄉 337000）

1 引言

河道城市防洪工程建設可以改善城市防洪現狀，保護當地居民的經濟財產安全。設計洪水參數是城市河道防洪設計的重要參數。為了合理獲取設計洪水參數，需要充分收集當地水文參數，利用相關經驗分析獲取[1-3]。

2 流域概況

淥水，從滄下進入萍鄉境內，至老關陂頭洲流入湖南醴陵，在株洲市的淥口匯入湘江。淥水流域面積1 423 km2，主河道長度94.1 km2，河道平均比降0.254‰。在江西境內（陂頭洲以上）的流域面積1 380 km2，主河道長度84.0 km。在江西省萍鄉市境內，流域面積大于100 km2的支流主要為南坑河、麻山水和荷堯水。

淥水流域江西境內無水文(位)測站，六十年代設立了8個雨量站，除萍鄉市氣象站外，其它雨量站實測資料都殘缺不全，且可靠程度較低。湖南境內有潼塘水文站。鄰近流域贛江支流（錦江）上游有危坊水文站，贛江支流（袁河）上游有蘆溪水文站。

淥水流域徑流由降水產生，且隨降水的變化而變化。流域徑流年際變化較大，年內分配極布均勻。本流域徑流以相鄰流域危坊站為參證站進行徑流分析。據統計分析，危坊站多年平均流量為28.4 m3/s，年徑流深904 mm，徑流模數28.7 L/(s.km2)。

危坊站集水面積991 km2，淥水流域江西境內面積為1 380 km2，按面積比一次方推求出淥水流域江西境內的多年平均流量為39.5 m3/s，年徑流深904 mm，徑流模數28.7 L/(s.km2)。

3 洪水

3.1 洪水特性

淥水流域洪水為暴雨洪水，洪水季節與暴雨季節相一致，4～6月為洪水的主要發生季節，尤其是6月份，往往形成峰高量大的洪水，7月份以后，受臺風影響也會發生短歷時的洪水。年最大洪水一般發生在4～9月份，主要發生在4～6月份，而以6月份發生最多。由于流域內沒有大的控制性水利樞紐工程，河槽調蓄能力也較小，一次暴雨即形成一個洪峰，在多雨季節往往形成連續洪峰。一次洪水過程，上游歷時較短，中、下游歷時較長，單峰過程較短，雙峰及復峰過程較長。

3.2 測站設計洪水

淥水流域江西境內無水文觀測站，本設計選取潼塘站、危坊站和蘆溪站為參證站，采用水文比擬法進行設計洪水計算。

（1）歷史洪水

根據《湖南省歷史洪水匯編資料》和《江西省歷史洪水匯編資料》以及我省規劃設計工程資料，淥水流域自1914年來發生特大洪水的年份主要有1914年、1926年及1954年。錦江危坊河段調查歷史上發生特大洪水的年份主要有1895年、1926年及1953年。袁河蘆溪河段調查歷史上發生特大洪水的年份主要有1895年和1926年。各參證站歷史洪水成果見表1。

表1 各參證站歷史洪水成果表

（2） 潼塘站設計洪峰流量

本設計收集了潼塘站1968～2011年實測水文資料以及1914、1926、1954年歷史洪水調查資料。其中1914年洪水洪峰流量2 290 m3/s，是1914年以來最大的洪水，按起訖年法確定重現期為98年，本設計取100年。

根據1968～2011年的年最大洪峰流量，加入1914、1926、1954調查歷史洪水，組成一個不連序的洪水系列，按不連序洪水系列的經驗頻率計算公式確定洪水的經驗頻率，選用P－Ⅲ型曲線適線，推求出潼塘站設計洪峰流量。潼塘站年最大設計洪峰流量成果見表2。

（3）危坊站設計洪峰流量

本設計收集了危坊站1957～2010年實測水文資料以及1942、1945、1949、1952年歷史洪水調查資料。其中1942年洪水洪峰流量2 090 m3/s，是1942年以來最大的洪水，按起訖年法確定重現期為69年，本設計取70年；1945年洪水洪峰流量1 980 m3/s，是1942年以來次大洪水；1949年洪水洪峰流量1 870 m3/s，居1942年以來的第三位；1952年洪水洪峰流量1 660 m3/s，居1895年以來的第四位。

根據1957～2010年的年最大洪峰流量，加入1942、1945、1949、1952調查歷史洪水，組成一個不連序的洪水系列，按不連序洪水系列的經驗頻率計算公式確定洪水的經驗頻率，選用P－Ⅲ型曲線適線，推求出危坊站設計洪峰流量。其中實測系列中的1969年洪峰流量1 550 m3/s提取作特大值處理。危坊站年最大設計洪峰流量成果見表2。

（4）蘆溪站設計洪峰流量

本設計收集了蘆溪站1958～2013年實測水文資料以及1895和1926年歷史洪水調查資料。其中1895年洪水洪峰流量1 130 m3/s，是1895年以來最大的洪水，按起訖年法確定重現期為119年，本設計取120年。

根據1958～2013年的年最大洪峰流量，加入1895、1926年調查歷史洪水，組成一個不連序的洪水系列，按不連序洪水系列的經驗頻率計算公式確定洪水的經驗頻率，選用P－Ⅲ型曲線適線，推求出蘆溪站設計洪峰流量。年最大設計洪峰流量成果見表2。

表2 測站設計頻率年最大洪峰流量成果表

江西省水利規劃設計院2013年編制完成的《江西省五河治理防洪工程(贛江干支流及淥水)可行性研究報告》（以下簡稱《五河可研報告》，已通過水利部的技術審查）對潼塘站和蘆溪站設計洪水進行了頻率分析計算。本次分析計算的潼塘站設計洪水成果與原設計采用成果一致；蘆溪站分析計算的設計洪水比原設計采用成果偏小，從安全角度考慮，并與原成果銜接，采用原設計采用成果。

3.3 東源水庫設計洪水

本設計階段，對擬建的東源水庫設計洪水分析計算。東源水庫壩址流域內無測站資料，采用蘆溪站為參證站，通過水文比擬法（面積比2/3次方）計算，壩址P=2%和P=5%設計洪峰流量分別為575 m3/s和456 m3/s。

東源水庫壩址設計洪水計算成果見表3。

表3 東源水庫壩址設計洪水計算成果表

3.4 工程河段設計洪水

2011年7月，江西省水利規劃設計院編制完成了《江西省萍鄉市湘東區谷皮沖水閘除險加固工程初步設計報告》（以下簡稱《谷皮沖除險加固工程》），并于2012年通過由江西省水利廳、江西省發改委組織的技術審查，2013年1月通過長江水利委員會審查。在谷皮沖水閘除險加固初步設計中，由于谷皮沖水閘集水面積1 015 km2，其集水面積與潼塘站(集水面積1 162 km2)、危坊站(集水面積991 km2)均接近，因此，分別選用了潼塘站、危坊站為參證站進行設計流量計算。采用潼塘站為參證站，谷皮沖水閘P=2%設計流量1 900 m3/s；采用危坊站為參證站，谷皮沖水閘P=2%設計流量2 060 m3/s。通過比較，并考慮安全性，《谷皮沖除險加固工程》的洪水設計成果采用危坊站為參證站的計算成果。

麻山新區的治理河段為江口村（麻山水匯入口以上）至雙河口村（南坑水匯入口以下，流域集水面積737 km2），水文分析計算中以谷皮沖水閘為起推斷面，采用危坊站為參證站分析計算各斷面設計洪峰流量，從而推求工程河段50年一遇設計洪水水面線，谷皮沖水閘設計水位和洪峰流量采用《谷皮沖除險加固工程》設計成果。

設計萍鄉市主城區治理范圍河段下游至萍麻新橋，上游至昭萍橋，河段長約5.5 km，本階段選取萍麻新橋為代表斷面。萍麻新橋上游控制面積為441 km2，與蘆溪站（331 km2）接近，且流域特征相似等因素，采用水文比擬法推求出的設計頻率（P=2%和P=5%）洪峰流量成果分別為1 260 m3/s和999 m3/s，比采用危坊站為參證站的設計頻率設計成果1 180 m3/s和944 m3/s略大約6.0%，本設計出于安全考慮，主要工程河段采用蘆溪站為參證站的設計洪水成果。各控制斷面或河段設計洪峰流量成果見表4。

表4 各控制斷面或河段設計洪峰流量成果見表

3.5 施工洪水

鵝湖公園電排站施工期設計洪水標準采用10年一遇，依據施工設計要求，不同階段不同建筑物的施工期分為兩個時段，分別為11～12月和11月～次年2月。其他施工期設計洪水標準采用5年一遇，施工期為11月～次年2月。

本階段施工洪水參證站為蘆溪站。蘆溪站施工期設計洪水頻率計算方法和采用的頻率曲線線型同年最大洪水，其設計值按面積比2/3次方推算到本工程河段。經分析計算，蘆溪站施工期（9月～次年2月）P=10%的設計洪峰流量為221 m3/s，施工期（11月～次年2月）P=20%的設計洪峰流量為98.9 m3/s。其中，蘆溪站施工期（9月～次年2月）10年一遇設計洪峰流量成果與山口巖水利樞紐工程初步設計采用成果一致。

本工程各控制斷面施工期設計洪水按面積比的2/3次方推算，各控制斷面施工期（9～2月）設計洪峰流量成果見表5。

表5 各控制斷面施工期設計洪峰流量成果表

3.6 設計枯水

設計枯水位是堤防迎流頂沖段護岸固腳及建筑物新建改造主要基礎資料。設計枯水位采用12月～次年2月多年平均枯水位。由于淥水為山區性河流，集水面積不大，枯水期流量很小，參證站蘆溪站12月～次年2月多年平均枯水流量為12.6 m3/s，按面積比一次方推算到萍麻新橋斷面枯水流量為16.8 m3/s。

4 水位流量關系

（1）谷皮沖水閘水位流量關系

萍鄉市主城區(安源區)防洪工程下游控制斷面為谷皮沖水閘。該閘建于1966年，1969年10月完工。工程已投入運行40多年，目前安全隱患嚴重。2008年12月，由萍鄉市水務局組織成立的湘東區谷皮沖水閘工程安全鑒定專家組，對該工程進行了安全鑒定。受萍鄉市湘東區水利局委托，江西省水利規劃設計院于2011年7月編制完成了《江西省萍鄉市湘東區谷皮沖水閘除險加固工程初步設計報告》。在谷皮沖水閘除險加固初步設計報告中，推薦平板鋼閘門水閘布置方案(垂直起閉方式)。水閘采用開敞式水閘布置，共5孔，每孔凈寬14 m，中墩厚2.0 m，邊墩厚1.5 m，閘室總寬度81.0 m。閘室堰體采用有坎寬頂堰，堰頂高程73.50 m。工作閘門采用平板鋼閘門垂直起吊(門頂允許過水方式)，閘門頂高程78.4 m。洪水時閘門全開，泄流能力采用《水力計算手冊》第二版有坎寬頂堰流公式進行計算，水位流量關系曲線見圖1。

圖1 谷皮沖水閘水位流量關系曲線圖

（2）起推斷面水位流量關系

選取雙河口匯入口下斷面為本次設計洪水水面線的起推端面，根據實測的大斷面資料，采用水力學公式計算該端面水位流量關系。水面比降根據五河可研和近期萍鄉市相關工程中實測同時水位和調查的洪痕綜合分析確定，麻山區河段水面比降約為0.8‰。糙率根據斷面所在河段河床質和岸壁情況，糙率系數選取為0.025。通過查水位流量關系，其50年一遇設計洪水1 660m3/s對應的設計洪水位為87.77 m，與《2013實施方案》設計洪水位成果一致。水位流量關系曲線見圖2。

圖2 起推斷面水位流量關系曲線圖

（3）控制斷面水位流量關系

根據本工程實際需要，及對工程河段水面線成果進行有效控制，本階段依據實測斷面資料，采用水力學公式分析計算了樁號0+900斷面（距離鵝湖公園上游約450m）的水位流量關系。水面比降約為0.51‰，糙率系數選取為0.025。水位流量關系曲線見圖3。

圖3 控制斷面（樁號0+900）水位流量關系曲線

5 結論

為了獲取萍鄉城防工程實施段設計洪水參數，充分收集了流域范圍內相關水文參數，通過與類似工程對比、復核，獲取不同頻率下設計洪水參數，分析設計洪水位以及施工期水文參數。設計洪水計算成果可為工程設計和施工提供參考。