湯原縣阿陵達河流域治理工程水文計算分析

王 瑩

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

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湯原縣阿陵達河流域治理工程水文計算分析

王 瑩

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

阿凌達河為鶴崗市與湯原縣的界河，為松花江一級支流。阿凌達河發(fā)源于青黑山摩天嶺，自西北向東南入元寶山水庫，繼續(xù)向東南流經(jīng)過湯原縣鶴立鎮(zhèn)北轉(zhuǎn)向南流，在保安屯附近轉(zhuǎn)向東，過后合祥向東北，在德祥屯附近匯入松花江。通過水文圖集等值線圖法、面積指數(shù)法的計算分析比較，工程點處阿陵達河設(shè)計洪水采用圖集等值線圖法。

水文；圖集等值線圖法；水面積指數(shù)法；洪峰流量

1 工程現(xiàn)狀

阿凌達河為鶴崗市與湯原縣的界河，為松花江一級支流。阿凌達河發(fā)源于青黑山摩天嶺，自西北向東南入元寶山水庫，繼續(xù)向東南流經(jīng)過湯原縣鶴立鎮(zhèn)北轉(zhuǎn)向南流，在保安屯附近轉(zhuǎn)向東，過后合祥向東北，在德祥屯附近匯入松花江。元寶山水庫位于阿凌達河中游，地理座標E130°09′，N47°08′11″。

阿凌達河流域面積910 km2，河長109 km，河道平均比降1/490，河道彎曲系數(shù)1.69。阿凌達河中游建有元寶山水庫，水庫壩址以上流域面積412 km2，河長51 km，河道平均比降1/280。水庫以上為山丘區(qū)河流，水庫壩址河谷呈U型，寬約2800m，為低山丘陵與平原過渡地帶，兩岸丘陵高程為130～190m，河谷高程在119m左右，山坡生長著次生林，覆蓋良好。壩下河谷逐漸開闊，寬約1 km左右，河道迂回曲折，擺動幅度大。

2 水文基本資料

2.1 測站分布及資料系列

阿凌達河流域設(shè)有鶴立水文站，該站原集水面積544 km2，1979年復核后改為485 km2。元寶山水庫沒有水位、泄流觀測資料。

流域內(nèi)除鶴立站兼測雨量外，還有東風所、三道和元寶山3個雨量站。阿凌達河流域水文觀測站資料系列見表1。

表1 鶴立水文站系列表

2.2 水文測驗及資料整編

鶴立水文站始建于1961年7月1日，由黑龍江省水利廳設(shè)為國家基本水文站，位置在湯原縣鶴立鎮(zhèn)，地理坐標為E130°17′，N47°04′，測流斷面位于佳木斯至鶴崗鐵路橋下游140m處，該站歷年H～Q曲線比較穩(wěn)定?；舅咭龘?jù)水準點為假定基面，測站凍結(jié)基面亦為假定基面。測驗項目除水位、流量外，還有降水、蒸發(fā)、水溫等其它水文要素。鶴立站為國家基本水文站，水文要素的測驗、整編、刊印等均執(zhí)行國家規(guī)范，資料精度較好，可做為設(shè)計代表站。

鶴立站基本水尺引據(jù)水準點假定基面高程100.44m，我院2011年6月引測該水準點的黃海高程97.83m，黃海和假定基面換算關(guān)系：H黃海=H假高-2.61m。

2.3 資料審查

該站水文測驗及資料整編都是按照《水文測驗試行規(guī)范》和水文測驗手冊的有關(guān)規(guī)定進行。水文站用流速儀施測流量，采用基本水尺資料觀測水位。在測驗方面，測次配備、測驗精度均能滿足規(guī)范要求，測次較多，觀測到了降水量、水位、流量的全過程，滿足了推流推沙的要求。在資料整編方面，能夠作到四隨及在站整編。地區(qū)站基本做到一年3次階段審查，對定線、審線工作較為重視，保證了資料精度，達到刊印水平，測驗成果精度較高，滿足本次設(shè)計要求[1]。

3 洪 水

3.1 暴雨洪水特性

3.1.1 暴雨特性

阿陵達河流域處于北半球中高緯度，高空在西風帶的控制下，夏季由于太平洋高壓的阻擋將海面暖濕氣流輸入本區(qū)，7、8月正好處在極地干冷氣團與海洋暖濕氣團交接而形成暴雨。每年發(fā)生大暴雨的次數(shù)不多。暴雨的主要集中在7—8月份，最早為6月上旬，最晚為9月中旬。一次降雨時間多為3～7d，降雨多集中在1d之內(nèi)。據(jù)鶴立站1964—1992年實測降水資料統(tǒng)計，最大24h暴雨均值多年平均59.3mm，實測最大日暴雨122.5mm，實測最大1日暴雨均值80.8mm，最大3日暴雨均值70.5mm。

3.1.2 洪水特性

阿陵達河具有典型的北方河流特性，一年中有兩次汛期，即春汛和夏秋汛。春汛發(fā)生在4—5月，由融雪產(chǎn)生，春汛發(fā)生次數(shù)少且量級較小；夏秋汛發(fā)生在7月中下旬—8月，由降雨產(chǎn)生，夏秋汛發(fā)生頻率多且量級大。從鶴立站實測資料看，洪水一般為單峰型，上游洪水陡漲陡落，峰高量小，下游洪水峰小量大，一次洪水過程3～5d。

3.2 洪水調(diào)查

《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫除險加固工程初步設(shè)計》論證采用兩種途徑進行分析元寶山水庫2005年最大入庫洪峰流量：

1)推理公式法估算洪峰流量：

根據(jù)黑龍江省短歷時暴雨特性，最大雨強和降雨量基本集中在匯流時段內(nèi)，采用的推理公式基本形式為：

Qm=0.278×φ×s×F/τn

(1)

式中：φ為洪峰徑流參數(shù)，根據(jù)雨強和流域坡度取0.7；s為匯流時段內(nèi)最大降雨量，取值為150×0.8=120mm；F為流域面積，F(xiàn)=412 km2；τ為流域平均匯流時間，τ=16h；n為暴雨遞減指數(shù)，n=1。將上述數(shù)值帶入推理公式，得Qm=601m3/s。

2)洪水還原法推算洪峰流量：

根據(jù)元寶山水庫2005年7月28日16時—7月30日16時實測水位過程以及相應時段水庫下泄流量過程，按照水利平衡方程式：Q=q+ΔV/Δt逐時段推算水庫入流過程，計算結(jié)果為水庫入流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日10時45分，為633m3/s，水庫泄流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日15時20分，為406 m3/s。

兩種方法推算的元寶山水庫入流過程最大洪峰流量值比較接近，而由推理公式法推算的洪峰流量值精度較粗，且洪峰流量值小于由洪水還原法推算的洪峰流量值，出于對工程安全運行的考慮，設(shè)計采用由洪水還原法推算的洪峰流量值，即Qm=633m3/s。

為了驗證本次計算的元寶山水庫入流過程最大洪峰流量值，組織專業(yè)人員對元寶山水庫下泄最大洪峰流量進行了洪水調(diào)查，選取調(diào)查斷面的原則是盡量選取本次洪水沒有跑灘前的斷面，根據(jù)元寶山水庫工程技術(shù)人員的指認，調(diào)查到元寶山水庫下游400m一處斷面，按曼寧公式計算洪峰流量為404 m3/s，與水庫泄流過程最大洪峰流量出現(xiàn)在7月29日15時20分的406 m3/s基本吻合，因此可以說本次由洪水還原法推算的洪峰流量值Qm=633 m3/s是可靠的[2]。

阿凌達河下游鶴立站測得的最大洪峰流量219m3/s遠小于水庫泄流過程最大洪峰流量406 m3/s，從鶴立站本次洪水過程線可以看出洪峰過后，退水過程流量仍然較大，說明本次洪水在水庫至鶴立站之間跑灘后歸槽所至，這與元寶山水庫工程技術(shù)人員所介紹的該次洪水在元寶山水庫下游左岸已經(jīng)跑灘是一致的，因此需要對鶴立站2005洪峰流量值進行折算修正。鶴立站2005年最大洪峰流量按下列公式進行折算：

(2)

式中：n=0.67。

經(jīng)計算鶴立站2005年Q鶴立=706m3/s。

據(jù)歷史洪水調(diào)查資料及實測資料知，阿凌達河1928年洪水為1914年以來首位洪水，重現(xiàn)期為92年；2005年排第二位，1951年排第三位。

洪峰流量采用曼寧公式進行計算，根據(jù)調(diào)查的洪痕、斷面平均比降及率定得到的糙率主槽0.03、邊灘0.07，試算洪峰流量，推求鶴立大橋洪痕處、保安洪痕處與后合祥村洪痕處相應流量，與根據(jù)鶴立站相應年份實測洪峰流量，采用洪水參數(shù)修正法推求各處洪痕處相應年份洪峰流量比較見表2。

表2 阿凌達河洪水調(diào)查成果表

從上表看，本次洪水調(diào)查成果與本次計算成果比較接近。

3.3 單站設(shè)計洪水

元寶山水庫始建于1942年， 2008年完成了《黑龍江省鶴崗市元寶山水庫除險加固工程初步設(shè)計》，除險設(shè)計確定水庫總庫容536×104m3，校核洪水位123.05m，興利水位122.50m，興利庫容390×104m3，汛限水位121.50m，溢洪道凈寬50m，5孔閘門，水庫20年設(shè)計洪峰流量398m3/s，經(jīng)水庫調(diào)節(jié)計算相應下泄流量354m3/s，削減洪峰流量44 m3/s。本次根據(jù)鶴立站還原的洪水系列根據(jù)除險加固溢洪道尺寸和洪水調(diào)度原則進行洪水調(diào)節(jié)計算，得到鶴立站受元寶山水庫影響后的洪水系列[3]。

根據(jù)阿凌達河鶴站元寶山水庫影響后的洪水系列及歷史調(diào)查洪水資料，按年最大獨立選樣原則統(tǒng)計出年最大流量組成洪水樣本系列，按不連續(xù)系列進行頻率分析，選用Cs=2.25Cv的P-Ⅲ型曲線，盡量照顧點群趨勢，以大、中洪水的經(jīng)驗點據(jù)配合最好為原則進行適線，確定該站設(shè)計洪水參數(shù)，以此求得鶴立站設(shè)計洪峰流量，鶴立站設(shè)計洪水成果見表3。

表3 鶴立站設(shè)計洪峰流量成果表

3.4 控制斷面設(shè)計洪峰流量

阿陵達河干流上建有鶴立水文站，阿凌達河干流各控制斷面處及支流設(shè)計洪峰流量采用兩種方法二推求。

1)面積指數(shù)法：

根據(jù)本次推求的鶴立站設(shè)計洪峰流量計算成果，按阿凌達河干流各控制斷面面積與鶴立站控制面積比的指數(shù)關(guān)系推求洪峰流量，洪峰指數(shù)采用0.67，阿凌達河干流各控制斷面設(shè)計洪峰流量成果見表4。

表4 阿凌達河流域控制斷面及支流設(shè)計洪峰流量成果表

2)水文圖集等值線圖法：

阿陵達河流域設(shè)有鶴立水文站，位于阿陵達河干流中游，阿凌達河干流各控制斷面處及支流設(shè)計洪峰流量可利用黑龍江省1996年出版的《黑龍江省水文圖集》中洪峰參數(shù)Cp和變差系數(shù)Cv等值線圖，以鶴立站本次計算的設(shè)計洪峰流量參數(shù)對查圖成果進行修正[4]。本次堤防設(shè)計共計算四個控制斷面的洪峰流量，分別為阿陵達河入松花江口斷面、半截河匯入阿陵達河河口斷面、烏龍河匯入阿陵達河河口斷面、阿陵達河干流鶴立水文站斷面。將鶴立站及修正后各控制斷面的設(shè)計洪峰流量成果與集水面積點繪于雙對數(shù)格紙上進行檢查，對偏離的點距進行修正，設(shè)計洪峰流量成果見表5。

表5 阿凌達河流域控制斷面及支流設(shè)計洪峰流量成果表

3)成果的合理性選用：

不同方法推求的阿凌達河干流各控制斷面處及支流設(shè)計洪峰流量成果比較見表6。

表6 阿凌達河流域控制斷面及支流設(shè)計洪峰流量成果表

從表6看，阿凌達河干流各控制斷面從上游到下游圖集指數(shù)法比面積指數(shù)法20a一遇洪水小3.6%～15.5%。由于阿凌達河流域鶴立水文站以上屬山丘區(qū)，鶴立站以下進入平原區(qū)，且鶴立站以下阿凌達河支流也有平原水匯入，因此用面積指數(shù)法推求的阿凌達河各控制斷面設(shè)計洪峰流量偏大；圖集等值線圖法推求的20a一遇的洪峰模數(shù)從上游向下游遞減，鶴立站Cp值6.92、龍河匯入口6.67、半截河匯入口Cp值6.16、阿凌達河入口5.85，該方法推求的阿凌達河各控制斷面設(shè)計洪峰流量充分反映了流域洪水上游大、下游小的特點。因此，本次阿凌達河各控制斷面設(shè)計洪峰流量采用圖集等值線圖法。

[1]邢國生,包明軍.河道治理中存在的問題及解決措施[J].江西農(nóng)業(yè)，2016(09)：85-86.

[2]王博.河道治理中的環(huán)境保護[J].黑龍江水利科技，2014(03)：79-80.

[3]袁志國.淺析河道治理的方法和方向[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013(15)：45-46.

[4]萬曉霞.河道治理方法分析探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013(16)：91-93.

TV85

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1007-7596(2016)08-0025-03

2016-06-26

劉力(1982-)，女，遼寧撫順人，工程師，從事水文、規(guī)劃設(shè)計工作。