涪江干流蓬溪縣紅江鎮(zhèn)段洪水風(fēng)險(xiǎn)淺析

蒲 剛，姚亞鷗，青國棟

(1.蓬溪縣水利局，四川 蓬溪，629100；2.四川省武都引水工程蓬船灌區(qū)建設(shè)管理局，四川 蓬溪，629100)

1 基本情況

涪江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤性氣候區(qū)，多年平均氣溫在14.7℃～18.2℃之間，具有氣候溫和、雨量豐沛的氣候特點(diǎn)。多年平均降水量800mm～1400mm，但流域內(nèi)降雨時(shí)空差異較大，年內(nèi)分配不均，夏季6-8月降水多，降水量占全年降水總量的40%～60%，秋季9-11月降水量一般僅占全年降水總量的10%～20%；冬春兩季12月至次年5月為流域枯季，氣候干燥，時(shí)段降水總量少，僅占全年的10%～30%。全流域面積35982km2，主流全長697km，其中：省內(nèi)流域面積3.16萬km2，河長580km?？偮洳?730m，河口多年平均流量550m3/s，多年平均徑流量為173.45億m3。

涪江干流蓬溪段上自蓬溪縣紅江鎮(zhèn)，下至荷葉鄉(xiāng)，縣境內(nèi)河段全長約33.038km，河道平均坡降0.7‰，多年平均徑流量為136.17億m3。其中紅江鎮(zhèn)境內(nèi)河長13.31km，經(jīng)部營村、白坪村、康一村、順江村，涉及人口2.74萬人，耕地面積588.8hm2，固定資產(chǎn)2700余萬元。場鎮(zhèn)境內(nèi)河道相對彎曲，連續(xù)“S”形彎道，河道游蕩，兩岸灘地相間。左岸自上而下形成紅江鎮(zhèn)、小壩子、王家中壩等3個(gè)寬緩的河壩，小壩子灘地最寬處達(dá)1200m，河段枯水期江面寬變化較大，最窄處在紅江渡口，枯期江面寬約150m，最寬處位于郪江匯口下游，枯期江面寬約380m。由于兩岸漫灘交替出現(xiàn)，洪期江面寬遠(yuǎn)大于枯期江面，最寬處可達(dá)3600m。

2 推求洪水

涪江流域四川省內(nèi)共有18個(gè)水文(位)站，流域內(nèi)水文站點(diǎn)較多，布局合理，基本控制了干支流的水文情勢。其中主流上游有平武水文站、麥地灣水文站；中游有涪江橋水文站、左家?guī)r水文站、三臺水文站、射洪水文站；涪江下游在重慶市內(nèi)有小河壩水文站等。

表1 涪江干流(四川省)水文測站情況

涪江干流紅江鎮(zhèn)段屬于涪江干流中游，區(qū)域內(nèi)無水文測站，也無具有水文觀測資料的其他工程設(shè)施，涪江干流紅江鎮(zhèn)上游約30km處有射洪水文站，下游約150km處有小河壩水文站。故洪水頻率計(jì)算采用射洪水文站和小河壩水文站按區(qū)間河長內(nèi)插法進(jìn)行推求。根據(jù)射洪水文站、小河壩水文站1952-2020年69年洪水資料，按獨(dú)立取樣法選取年最大洪峰流量系列與射洪河段歷史洪水組成不連續(xù)系列，并將1981年洪水作特大值處理，進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)計(jì)算。按數(shù)學(xué)期望公式分別計(jì)算歷史洪水及實(shí)測系列的經(jīng)驗(yàn)頻率，矩法初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)初值，采用P-Ⅲ型理論頻率曲線適線，確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)及各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量。

表2 射洪、小河壩站洪水流量成果

根據(jù)射洪、小河壩實(shí)測洪峰流量統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)洪峰流量從射洪至遂寧逐漸減小，致使洪峰流量均值由射洪的9100m3/s減至小河壩的8520m3/s，減少了6.4%。這是由于水情和長距離河槽調(diào)蓄的作用。因而，該段洪水的計(jì)算也要充分考慮這一特點(diǎn)。

表3 涪江干流紅江鎮(zhèn)段洪水流量計(jì)算成果

3 繪制影響范圍曲線

3.1 起推水位確定

依據(jù)涪江干流蓬溪縣段2020年采砂年度實(shí)施方案報(bào)告中的地形測量數(shù)據(jù)，利用AutoCAD輔助設(shè)計(jì)軟件建模生成河道縱橫斷面，該區(qū)域共繪制縱斷面1處，橫斷面11個(gè)，橫斷面樁號分別為K0+000m、K1+100m、K1+600m、K2+200m、K3+200m、K5+380m、K8+000m、K10+600m、K11+200m、K11+740m、K13+307m，起推斷面選擇在最下游K13+307m處。本次采用兩種方法確定起推水位，一是按照均勻流計(jì)算其水深；二是計(jì)算斷面臨界水深。

3.1.1 均勻流水深計(jì)算

采用曼寧公式計(jì)算水位～流量關(guān)系，計(jì)算公式為：

式中：Q——流量(m3/s)；

A——過水?dāng)嗝?m2)；

R——水力半徑(m)；

J——水面比降；

n——河床糙率。

過水面積A和水力半徑R根據(jù)實(shí)測河道橫斷面，逐級計(jì)算過水面積、水力半徑，水面比降采用實(shí)測水面線比降。糙率n根據(jù)《水力計(jì)算手冊》(2006年第二版)以及結(jié)合實(shí)際河床地貌，岸邊光潔度、水深變化、斷面形狀、槽灘變化等因素組成，經(jīng)綜合分析確定n=0.035。

表4 控制斷面水位～流量關(guān)系

圖1 控制斷面水位～流量關(guān)系曲線

3.1.2 臨界水深計(jì)算

臨界水深計(jì)算采用公式：aQ2/g=Ak3/Bk，流量系數(shù)a取1.0，用AutoCAD輔助軟件得出相應(yīng)高程對應(yīng)的斷面面積與水面寬，計(jì)算A3/B值，繪h～A3/B曲線，同時(shí)計(jì)算aQ2/g值，根據(jù)曲線圖查出臨界水深值。

圖2 h～A3/B曲線

3.2 水面線繪制

天然河道因其斷面幾何尺寸、坡道、糙率系數(shù)一般沿程均會發(fā)生變化，水流一般為非均勻流態(tài)，水面線計(jì)算主要理論依據(jù)是伯努利能量守恒方程式，通過均勻流水深和臨界水深的計(jì)算，均勻流水深h大于臨界水深hk，水流判定為緩流，因此起推斷面選擇從下游往上游逐段計(jì)算河道水面線。即使初始計(jì)算斷面水深有一定誤差，推算若干段后，均可趨近正確，本次采用P=5%(Q=19300m3/s)洪水流量推算水面線。

伯努利能量守恒方程式：Z2+a2V22/2g=Z1+a1V12/2g+hf+hj

式中：Z2、Z1為計(jì)算段上、下游斷面水位；V2、V1為計(jì)算段上、下游斷面平均流速；a2、a1為計(jì)算段上、下游斷面的動(dòng)能修正系數(shù)；hf為沿程水頭損失；hj為局部水頭損失。

動(dòng)能參數(shù)a=1+6.25gn2/R1/3，重力加速度g=9.8，糙率n，水力半徑R=斷面面積A/濕周X。

沿程水頭損失hf=Q2L/K2，流量Q=19300m3/s，計(jì)算段上、下游斷面間距L，流量模數(shù)1/K2=0.5(1/K12+1/K22)。

局部水頭損失hj=§(V12-V22)/2g，局部阻力系數(shù)§查表取值。

表5 P=5%正常水深水面線推算

表6 P=5%臨界水深水面線推算

圖3 P=5%(Q=19300m3/s)水面線

3.3 洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)圖

從水面線計(jì)算結(jié)果可以看出，在K10+600以后，起推水位對上游斷面水位影響已消除，利用四川省測繪局2008年發(fā)布的萬分之一矢量化地圖建立三維模型，并根據(jù)地面高程繪制淹沒風(fēng)險(xiǎn)曲線，本次僅以繪制涪江干流紅江鎮(zhèn)段K0+000～K2+200段風(fēng)險(xiǎn)曲線為例，如圖4紅色線條表示P=5%(Q=19300m3/s)該區(qū)域可能遭受洪水淹沒的范圍和程度。

圖4 洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)圖(P=5%)

4 結(jié)語

洪水災(zāi)害是重大自然災(zāi)害，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的人口、資產(chǎn)密度不斷增加，損失也越來越大，通過對涪江干流蓬溪縣紅江鎮(zhèn)段洪水計(jì)算，研究該區(qū)域可能遭受洪水淹沒的范圍和程度，為完善區(qū)域洪水應(yīng)急救援預(yù)案、防洪減災(zāi)及水利工程規(guī)劃、建設(shè)等方面具有積極的參考作用。