閩江下游竹岐段防洪影響評價分析計算

朱明栓 李世恩

1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院；2.福建省水利水電科學(xué)研究院水資源與防災(zāi)減災(zāi)所

1.水文分析計算

1.1 歷史洪水

閩江干流的歷史洪水調(diào)查工作較為豐富、全面，從1955年起先后有鐵道部門、水電部門、水文系統(tǒng)等單位進(jìn)行過調(diào)查和復(fù)查，閩江流域歷史文獻(xiàn)資料亦比較豐富、詳實，華東院在水口電站初步設(shè)計階段及其以往有關(guān)設(shè)計研究工作中，也對閩江干流歷史洪水進(jìn)行了全面的考證和復(fù)核，可直接引用其歷史洪水成果[2]。建國后，1968年、1992年、1998年、2005年、2006年、2010年閩江干流發(fā)生了多次大洪水和特大洪水。其中，1998年洪水不僅為實測水文記錄以來的第一位，其量級也大于某些歷史洪水，竹岐站歷史洪水調(diào)查成果見表1。

表1 竹岐站歷史洪水調(diào)查成果表

表2 竹岐站歷史洪水及實測大洪水重現(xiàn)期估算表

1.2 重現(xiàn)期確定

根據(jù)實測以來洪水資料，結(jié)合歷史洪水調(diào)查成果、分析，估算歷史洪水及實測以來特大洪水、大洪水的重現(xiàn)期。竹岐站歷史洪水及實測特大洪水重現(xiàn)期估算見表2。

閩江下游設(shè)計洪水以竹岐水文站為代表站，該站控制集水面積54500km2。竹岐站從1934年設(shè)站觀測至今(其中1941年缺測)，在1988年閩江下游防洪堤加固時，根據(jù)竹岐站1934～1985年的實測洪峰流量系列，并加入1900年特大洪水(Qm=34000m3/s)，采用P-III型曲線，用經(jīng)驗適線法確定頻率曲線參數(shù)，計算結(jié)果Q均=17700m3/s，Cv=0.33，CS=3Cv，100年一遇洪峰流量為35300m3/s，50年一遇洪峰流量為32500m3/s。

有關(guān)閩江洪水的幾次專家會議認(rèn)為閩江下游設(shè)計洪水與水口水電站設(shè)計報告中的洪水一致，即Q均=17800m3/s，Cv=0.33，Cs=3Cv，200年一遇洪峰流量為38300m3/s，100年一遇洪峰流量為35600m3/s，50年一遇洪峰流量為32600m3/s，原水電部審查時同意采用此數(shù)值作為堤防加固的設(shè)計洪水。

表3 竹岐站各重現(xiàn)期設(shè)計洪峰流量成果表

圖1 竹岐站2005年與2010年水位流量關(guān)系對比圖

表4 竹岐站不同設(shè)計頻率洪水起始水位

1998年6月23日，閩江發(fā)生了有實測資料以來的最大一次洪水，對洪水頻率曲線又進(jìn)行一次復(fù)核，將系列延長至1998年，共有64年實測系列，適線結(jié)果是:Q均=17350m3/s，Cv=0.34，Cs=3Cv，200年一遇洪峰流量為38200m3/s，計算數(shù)值均未超過原設(shè)計值。本次將系列延長至2012 年進(jìn)行復(fù)核，適線成果：Q均=17500m3/s，Cv=0.35，Cs=2.5Cv，根據(jù)竹岐水文站年最大流量頻率曲線，計算竹岐站各次洪水計算結(jié)果見表3。

系列延長后的竹岐站設(shè)計洪水與水口站設(shè)計報告中的洪水相差不大，本次設(shè)計洪水仍延用水口水電站設(shè)計報告中的竹岐站設(shè)計洪水，即Q均=17800m3/s，Cv=0.33，Cs=3Cv，則300年一遇洪峰流39900m3/s，100年一遇洪峰流量35600m3/s，50年一遇洪峰32600m3/s。

2.水面線計算

2.1 河段斷面布設(shè)

擬建項目位竹岐水文站下游，采用7個斷面，累計距離6.08km，斷面平均間距1km。

2.2 水面線推求

（1）起始斷面及水位。項目區(qū)距上游約200m處設(shè)有竹岐水文站，該站為閩江下游主要控制站，有較完整的實測資料。閩江下游由于受多種因素影響，河道沖刷嚴(yán)重，分析2005年和2010 年竹岐站同流量水位變化，平均下降1.2m左右（見圖1）。

分析竹岐站2010年與2015年河床沖淤變化，2010年后竹岐站沖刷淤積基本趨于動態(tài)平衡狀態(tài)，河床基本趨于穩(wěn)定。因此，不同頻率設(shè)計洪水的起始水位以2010年竹岐站水位流量關(guān)系確定（見表4）。

（2）水面線推求。水面線根據(jù)能量和流量守恒原理進(jìn)行計算，采用逐段推算法繪制回水曲線[3]。所依據(jù)的基本公式為恒定非均勻漸變流，計算公式為：

上各式中:

表5 竹岐站實測糙率成果表

表6 閩江10年一遇洪水水面線計算成果

表7 同時期竹岐站10年一遇洪水?dāng)嗝婷娣e

Q—流量；

L—河段長度；

上、下—分別代表河段的上段面和下斷面；

K—河段的上、下斷面的流量模數(shù)平均值；

Z—水位；

A—相應(yīng)水位Z的過水面積；

V—斷面平均流速；

α—動能修正系數(shù)；

J—摩阻坡度

河道糙率參考竹岐站實測糙率成果，推算河段（MJ01至MJ07）數(shù)值為0.017～0.028。工程建設(shè)前后水面線計算成果見表6。

3.沖刷淤積分析

以竹岐水文站所處斷面為代表斷面，分析2005年至2015年河道沖淤變化。選取2005年、2010年、2015年不同時期的河道橫斷面進(jìn)行分析比較。2010年與2005年相比，河床下切比較嚴(yán)重，平均下切1.3m，2015年與2010年相比，河床下切趨勢趨緩，平均下切0.35m。說明多年以來閩江下游嚴(yán)禁采砂的決策取得明顯成效，有效遏制了閩江下游河床進(jìn)一步下切的勢頭，閩江下游河床變化趨于穩(wěn)定，沖刷程度越來越小。2015年相較于2010年，沖刷淤積趨于動態(tài)平衡，總體看2010年后閩江下游河床變化處于相對穩(wěn)定態(tài)勢，沖刷淤積基本處在動態(tài)平衡。項目實施后，流速略有增大，項目區(qū)域沖刷會增大，應(yīng)做好防沖刷措施。

4.防洪綜合評價

根據(jù)建設(shè)項目的基本情況、所在河段的防洪任務(wù)與防洪要求、防洪工程與河道整治工程布局及其它國民經(jīng)濟(jì)設(shè)施的分布情況等，以及河道演變分析成果、防洪評價計算或試驗研究結(jié)果，對建設(shè)項目的防洪影響進(jìn)行綜合評價。