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(shè)計有限公司，福建 漳州 363000）

1 工程概況

南靖縣龍山鎮(zhèn)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(xiàng)目區(qū)流域特征參數(shù)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(nèi)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(shè)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(jì)五六十年代期間在西上游支流陸續(xù)增設(shè)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(jì)60 年代末初步形成水文站網(wǎng)，至今一般都具有較長觀測資料。項(xiàng)目區(qū)所在流域?yàn)槲飨Я魉G江錦山村河段，項(xiàng)目區(qū)所在流域內(nèi)水系圖見圖1。

圖1 項(xiàng)目區(qū)所在流域內(nèi)水系圖

2 洪水特性及成因分析

西溪洪水主要由臺風(fēng)暴雨引起，出現(xiàn)在6 月～9 月居多，暴雨中心經(jīng)常出現(xiàn)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(jù)調(diào)查推算，曾于1474 年、1570 年、1668年、1794 年和1908 年發(fā)生過特大洪水，洪峰流量達(dá)8500 m3/s～10000 m3/s，1960 年6 月9 日洪峰流量達(dá)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(chǎn)生的，一類為太平洋或南海一帶熱帶風(fēng)暴入侵，另一類為北方入侵的冷氣流，前者多發(fā)生在每年的7 月～9月間，后者則發(fā)生在5 月、6 月。

由太平洋臺風(fēng)入侵所挾帶的暴雨量較大，尤以從廣東省汕頭登陸，轉(zhuǎn)向東北，風(fēng)向?yàn)闁|南偏東的臺風(fēng)，所引起的暴雨更為嚴(yán)重，如1908 年10 月17 日，1959 年9 月10 日的臺風(fēng)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(fēng)或福州、福鼎等地登陸的臺風(fēng)，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(nèi)不穩(wěn)定氣流相遇時亦將在流域內(nèi)出現(xiàn)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(shè)計洪水計算分析

項(xiàng)目區(qū)所在流域?yàn)槲飨Я魉G江錦山村河段，設(shè)計洪水采用水文比擬法和地區(qū)綜合法分別進(jìn)行計算，經(jīng)比選后確定采用值[1]。

3.1 計算方法

（1）水文比擬法

項(xiàng)目區(qū)控制流域面積630 km2，上游設(shè)有龍山水文站，下游設(shè)有鄭店水文站。經(jīng)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(shè)立于1954 年4 月，觀測水位、流量、雨量等資料至今。根據(jù)龍山站實(shí)測洪水資料進(jìn)行頻率計算及適線分析，得龍山站洪水統(tǒng)計參數(shù)成果為：Qm=480 m3/s，CV=0.72，CS/CV=3.5。根據(jù)龍山站洪水統(tǒng)計參數(shù)成果，按面積比的0.71 次方移用龍山站洪水統(tǒng)計參數(shù)成果，求得項(xiàng)目區(qū)洪水統(tǒng)計參數(shù)成果為：Qm=579 m3/s，CV=0.72，CS/CV=3.5，設(shè)計洪水成果見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)設(shè)計洪水成果比較表

（2）地區(qū)綜合法

根據(jù)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(diǎn)的洪水統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行地區(qū)綜合分析，點(diǎn)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(guān)系線，得出年最大洪峰流量均值面積指數(shù)n=0.71。據(jù)此計算項(xiàng)目區(qū)流域洪水統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)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(shù)為1.75 m3/（s·km2），地區(qū)綜合法計算成果10 年一遇洪峰模數(shù)為1.94 km2，根據(jù)現(xiàn)有《龍廈鐵路漳州段南靖縣境內(nèi)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(yīng)的10 年一遇洪峰模數(shù)為1.88 m3/（s·km2），根據(jù)同一流域洪峰模數(shù)自上游往下游遞減的規(guī)律，地區(qū)綜合法計算成果符合這一規(guī)律，因此，設(shè)計洪水成果采用地區(qū)綜合法成果。

3.2 分期設(shè)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(xiàng)目工程流域特征參數(shù)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(shè)有龍山水文站，根據(jù)該站1954年～1979 年共25 年實(shí)測分期10 月～4 月、11 月～3 月洪水系列進(jìn)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(jù)龍山站分期洪水統(tǒng)計成果按水文比擬法進(jìn)行計算，計算成果見表2。

表2 錦山段分期設(shè)計洪水成果表

3.3 設(shè)計澇水計算分析

（1）流域特征參數(shù)

按照工程設(shè)計的需要，需要對本工程區(qū)分片，各澇片流域特征參數(shù)根據(jù)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(shù)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(shù)表

（2）設(shè)計暴雨

設(shè)計暴雨參數(shù)采用龍山水文站圖集成果，暴雨參數(shù)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(shè)計澇水計算

根據(jù)治澇原則、標(biāo)準(zhǔn)以及治澇措施，采用福建推理公式和華東地區(qū)特小流域推理公式推算澇片設(shè)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(shù)取值不同，匯流計算公式如下：

當(dāng)tc≥τ 時，即全流域匯流情況下：

當(dāng)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(chǎn)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(shù)表示；m 為匯流參數(shù)。

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(qū)m 角計算公式：

表5 錦山段各澇片設(shè)計澇水成果表

經(jīng)分析，推理公式法與華東地區(qū)特小流域推理公式法為水利部門推薦的小流域設(shè)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(qū)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(shè)計洪水計算，本設(shè)計洪水采用華東地區(qū)特小流域公式法的計算成果。

3.4 排澇計算分析

（1）排澇標(biāo)準(zhǔn)

本次排澇計算的任務(wù)是針對實(shí)施封閉建設(shè)后堤防工程，根據(jù)地形條件分析排水涵閘的排澇范圍，計算設(shè)計洪澇水過程，并以此復(fù)核涵閘的規(guī)模。

本工程排澇保護(hù)對象為南靖縣龍山鎮(zhèn)錦山村屬于郊區(qū)，按照閩水[2005}水建3 號文“福建省水利廳關(guān)于印發(fā)《福建省縣市級城區(qū)排澇工程實(shí)施方案報告編制技術(shù)大綱的通知》”以及《福建省城市排水排澇設(shè)計暫行規(guī)定》，本次排澇標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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?jié)称瑏硭?/p>

（2）洪澇組合方式

薌江流域?yàn)楸┯觐l發(fā)區(qū)，暴雨強(qiáng)度大，洪水來勢兇猛。在臺風(fēng)出現(xiàn)時常帶來暴雨或大暴雨，是造成本流域洪澇災(zāi)害的主要原因。東溪上游大溪流域澇區(qū)遭遇外江同頻率洪水的可能性較大。本次設(shè)計洪澇組合采用10 年一遇內(nèi)澇水遭遇外江10 年一遇的同頻率設(shè)計洪水組合。

（3）澇區(qū)排水方式

澇片排澇設(shè)施按其作用不同：①內(nèi)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(dāng)外江水位低于內(nèi)港水位時，涵洞水閘可將澇水自排到外江；當(dāng)外江水位高于內(nèi)港水位時，可將閘門關(guān)閉避免倒灌。澇片現(xiàn)有的排水閘及涵管排水系統(tǒng)較為不完整的，但水閘、涵管排水量及蓄洪量仍達(dá)不到排澇標(biāo)準(zhǔn)，澇片需增設(shè)或改建排水閘。

經(jīng)分析，錦山項(xiàng)目區(qū)各澇片采用自排方式進(jìn)行水閘規(guī)模計算。

（4）水閘規(guī)模計算

堤段內(nèi)排澇根據(jù)流域內(nèi)水系分布情況，排澇區(qū)地形地貌條件，充分利用原有的排水系統(tǒng)和排澇設(shè)施，進(jìn)行治澇分析。

根據(jù)澇區(qū)排水方式的分析，2 個澇片允許內(nèi)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(dāng)留有余地為原則控制內(nèi)外江水位差0.10 m 情況下通過設(shè)計澇水最大流量確定水閘規(guī)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(cè)收縮系數(shù)，取0.97；M 為流量系數(shù)，取0.41；B 為水閘過流凈寬,m；φ 為淹沒流時流速系數(shù),取1.0；g 為重力加速度，取1 m/s2。

表6 澇區(qū)水閘（涵管）分析計算擬定成果表

4 結(jié)論

經(jīng)過洪水成果分析、分期洪水設(shè)計以及排澇分析，可得到以下結(jié)論：

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

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

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