茅洲河流域水文特性.doc

茅 洲 河 流 域 水 文 特 性崔小新 ,郭睿(深圳市水利規(guī)劃設計院 ,廣東 深圳 518036)摘 要 :由于深圳的特殊地理位置和地形地貌 ,一般河流陡而短小 ,又因常遭遇臺風暴雨 ,造成深圳河洪水歷時短 ,洪峰高的特點 ,多數(shù)河流入海均受潮汐影響較大 。因此 ,水文特性分析對于深圳非常重要 ,直接影響工程實施的費用及 效果 。以茅洲河流域水文特性為例 ,給出了深圳地區(qū)水文特性研究的一般方法和步驟 。關鍵詞 :水文特性 ;降雨特征 ;徑流量中圖分類號 : P331文獻標識碼 :B和由卵石、沙礫 、沙性土 、粘土組成的沖洪積層 ; 流域下游低丘盆地與平原區(qū)大多為沖洪積層和由砂、砂礫石 、淤泥 、淤泥質土 和粘土組成的海陸交互相沉積層 。1 . 2水系特征茅洲河水系呈扇形狀 ,流域最長扇徑 25 km ; 最短扇徑 10 km 。兩岸支流均較發(fā)達 ,其中流域面積大于 10 km2 的支流有鵝 頸水、樓村水、新陂頭河和沙井河。茅洲河流域水系見圖 1 。自然概況茅洲河流域位于廣東省深圳市西部、東莞市境內 ,在東經1134211433與北緯 22362257之間 ,是深圳市境內流 域面積第二大的河流 。茅洲河發(fā)源于深圳市境內的羊臺山北 麓 ,流域面積 398 . 13 km2 。河流自東南向西北蜿蜒流經石巖 、 公明 、光明 、松崗和沙井 5 個街道 ,最終匯入珠江口伶仃洋 ,干 流河長 41 . 61 km 。流域東北部的光明、公明街道是深圳重要 的高新農業(yè)和生態(tài)旅游區(qū) ,其余則分布有多個深圳高新產業(yè)集 聚基地 ,共同組成了深圳西部產業(yè)組團 。流域內現(xiàn)有石巖 、羅 田 2 座中型水庫 ,24 座小型水庫 ,大多數(shù)水庫是深圳市寶安區(qū) 各街道社會經濟發(fā)展和居民生活用水的主要水資源 。1 . 1地形地貌茅洲河流域北 、東和東南地勢高 ,西和西南地勢低 ,山地起 伏較大 、坡度較陡 ,海拔 200587 m 。山地自然植被多為長綠 季雨林 、長綠闊葉林 、稀樹灌叢 、刺灌草叢等 ,主要樹種有馬尾 松 、桃金娘 、崗松 、鴨腳木 、冬青 、榕樹 、樟樹 、陰香等 。低山丘陵 區(qū) ,地形較平緩 , 植被主要是人工次生林 , 主要樹種有臺灣相 思 、桉樹 、木荷等 。濱海沖積平原 ,地形平坦 ,水網發(fā)育 ,河岸兩 側大多為魚塘或建成區(qū) 。茅洲河流域內基巖主要為燕山四期黑云母混合花崗巖 、加 里東期混合花崗巖以及震旦系云開群變質巖 ; 流域上游 、低山 丘陵區(qū)坡面大多為由砂質粘土夾砂頁巖碎塊組成的殘坡積層1圖 1 茅洲河流域水系圖1 . 3氣象特征茅洲河流域處于低緯度地區(qū) ,屬于南亞熱帶海洋性季風氣 候區(qū) ,氣候溫和濕潤 ,雨量充沛 。四季變化不明顯 ,夏季長 、冬 季短 ,日照時間長 ,無霜期長。流域內降雨時空分配極不平衡 , 夏季常遭遇臺風侵襲 ,極易造成暴雨和洪澇等災害性天氣。流 域內多年平均氣溫為 22 . 3 ,極端最高氣溫 38 . 7 ,極端最低收稿日期 :2006207210作者簡介 :崔小新( 19792) ,男 ,助理工程師。氣溫 0 . 2 ,多年平均相對濕度 79 % 。影響 ,呈東南向西北逐步遞減的趨勢 ; 在時間上 ,汛期 ( 49 月份) 降雨量大而集中 ,約占全年降雨量的 80 % 。流域降雨量年 內分配見表 1 。茅洲河流域陸上水面蒸發(fā)年際變化大 、年內分配不均 ,其 蒸發(fā)特點與降雨特點相似 。每年 410 月是蒸發(fā)量較大 ,約占 全年的 80 % 。流域蒸發(fā)量年內分配見表 2 。水文特性22 . 1降雨與蒸發(fā)茅洲河流域降水豐沛 ,多年平均降雨量為 1 606 mm ,降雨 年際變化較大 , 最大年降雨量 2 382 mm , 最小年降雨量 761 mm 。降雨量時空分布不均 ,在地區(qū)上受海岸山脈等地貌因素表 1 茅洲河流域石巖站多年平均降雨量年內分配月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月降雨量/ mm百分比/ %35 . 7123 . 3193 . 4206 . 5192 . 6374 . 8174 . 390203 . 47 . 1041 . 22 . 177 . 5111 . 7812 . 5711 . 7322 . 8210 . 615 . 4812 . 390 . 4302 . 51表 2茅洲河流域多年平均蒸發(fā)量年內分配mm月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月蒸發(fā)量/ mm百分比/ %108 . 976 . 3150 . 7127 . 3213 . 3223 . 0208 . 1156 . 0192 . 1141 . 6106 . 198 . 86 . 044 . 238 . 367 . 0611 . 8412 . 3711 . 558 . 6610 . 667 . 865 . 895 . 482 . 2徑流茅洲河流域徑流主要依靠降雨補給 ,枯水期依靠地下水和 基巖裂隙水補給 。全年徑流主要集中在 49 月 。由于無實測 徑流資料 ,徑流分析計算采用廣東省暴雨參數(shù)等值線圖查流 域多年平均徑流深和年徑流變差系數(shù) 。根據(jù)資料分析計算 ,茅 洲河流域多年平均徑流量為 34 713 萬 m3 , 豐水年徑流量為43 817萬 m3 ,枯水年徑流量為 21 990 萬 m3 。豐水期為 19651966 、19751976 、19921993 、19971998 、20002001 年 ; 枯水期為 1962 1963 、1967 1968 、1977 1978 、1984 1985 、19901991 年。茅洲河為雨源性河流 , 其天然徑流量變化與降雨密切相 關 ,徑流年內分配與降雨量年內分配相對應 。流域天然徑流年 內分配見表 3 。表 3 茅洲河流域不同頻率天然徑流年內分配萬 m3月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月徑流量/ mm百分比/ %頻率20 %1 22270 . 181 . 04 8458 0425 35310 2245 5987 10799228302 . 790 . 160 . 1811 . 0618 . 3512 . 2223 . 3312 . 7816 . 222 . 260 . 640徑流量/ mm百分比/ %頻率50 %6591 . 941 6934 . 988632 . 544 02811 . 846 54019 . 238 67725 . 512 6037 . 653 2559 . 573 47010 . 204111 . 211 2213 . 595971 . 76徑流量/ mm百分比/ %7773 . 53870 . 401 3286 . 044562 . 072 67912 . 183 90717 . 773 84117 . 475 10023 . 191 6477 . 491 4946 . 791960 . 894782 . 17頻率95 %2 . 3暴雨、洪水茅洲河流域的暴雨主要為臺風雨和鋒面雨 ,46 月洪水主 要由鋒面雨造成 ,710 月洪水主要由臺風造成 。茅洲河流域 上游以山地丘陵為主 , 具有明顯的山溪性河流特點 , 洪水持續(xù)時間短 ,陡漲陡落 ;下游地勢平緩 ,加之河流為感潮河道 ,洪潮相遇 ,常形成內澇 。2 . 3 . 1設計暴雨采用廣東省暴雨參數(shù)等值線圖查算不同歷時的暴雨均 值 、變差系數(shù) CV 等參數(shù) ,并選擇代表雨量站實測最大 1 、6 、24 h和 3 d 的時段暴雨資料 ,運用 P - 頻率曲線進行適線試算 ,求得各時段不同頻率下的設計暴雨量 。2 . 3 . 2設計洪水根據(jù)設計暴雨成果 ,按照廣東省暴雨徑流查算圖表使用 手冊中的“綜合單位線”和“推理公式”計算設計洪水 。2 . 4枯水 (施工期洪水)每年一次枯水徑流階段 ,即每年的 10 月至次年的 3 月 ,這期間河道徑流主要依靠地下水和基巖裂隙水補給 , 流量逐漸減少 ?？菟?(103 月) 洪水計算方法采用廣東省洪峰流量經 驗公式:Q P = C H 24 P F0. 84式中 : Q P 為洪峰流量 , m3 / s ; C 為與頻率相關的綜合流量系數(shù) ; H24 P 為 24 h 設計雨量 ,mm ; F 為匯水面積 , km2 。2 . 5泥沙茅洲河流域內無泥沙實測資料。隨著城市化進程不斷加快 , 流域內的植被遭受到不同程度的破壞 ,水土流失逐年加劇 ,使得茅 洲河含沙量不斷增加 ,根據(jù)深圳市城市水土保持規(guī)劃所進行的 調查和類比計算 ,茅洲河流域平均每年淤積量達到 11 萬 m3 。2 . 6潮汐茅洲河入海口海域潮汐屬于不規(guī)則半日潮 ,日潮不等現(xiàn)象 顯著 。一個太陰日內有兩次高潮和兩次低潮 ;月內大小潮一般 (下轉第 60 頁)同樣每次作業(yè)前 (或作業(yè)結束時) ,對使用的測深儀通過專門的測深儀校準板進行測深檢查校正 ,保證測深中誤差在水深10 m 以內不大于 0. 15 m ,水深大于 10 m 的不大于 0. 20 m ,并作 記錄 ,確認該儀器測深值在允許的誤差范圍內 ,才開始作業(yè)。另 外 ,在測深過程中 ,如果發(fā)現(xiàn)測深儀工作異常 ,立即停測檢查 ,排 除故障 ,保證水深數(shù)據(jù)的準確。(4) 在有風浪的情況下 , 測船會前后左右搖擺 , 從而導致 GPS 天線 、換能器和測深儀不在一條垂線上 ,從而影響定位和 定深精度 。為有效減少風浪對測量精度的影響 ,必須弄清楚在 測船具有多大的晃動情況下時必須終止測量 。設某一瞬間橫搖( Roll) 、縱搖( Pitch) 的角度分別為r ,p , GPS天線到換能器的距離為 W ,則天線高為 V = W cosr co sp 。庫容計算采用斷面法 ,其計算公式為 : diV =/ 3si + si +1 +si s i +1i = 1式中 : di 為第 i 個斷面到第 i + 1 個斷面間的距離 ( 等深線間距) ; S i 為斷面面積 , 即閉合等深線的面積 。很顯然 , 水庫庫容計算精度取決于 S i 的精度 , 而 S i 的精度 與 D TM 的描述精度有關 。將水位高程及對應的水面面積、分層庫容等數(shù)據(jù)列于 EXCEL 表中 ,并根據(jù)上述數(shù)據(jù)由 EXCEL 自動繪制出高程 - 面積曲線圖以 及高程 - 庫容曲線圖。斷面間距取 1. 0 m ,自庫底開始計算至30. 95 m 為止。水面面積即為閉合等高線的面積 ,當?shù)雀呔€不閉合時 ,以與該等高線相交的范圍線或坡坎線形成閉合曲線。結語假定 W= 25 . 0 m , 并不妨設r = p , 為了使 V4- W 0 . 1 m ,則在小于 1130的情況下 ,可以滿足要求 。設測量船的長度為 5 . 0 m ,寬度 2 . 5 m ,假定船頭和船尾分別處于波峰和波 谷 ,則浪高與傾角的關系為 H = 5 . 0 ta nr , 當r = 1130時 , H= 1 . 0 ,因此 ,在實際工作中 ,浪高大于 1 m 時應停止測量 。(5) 測船速度的確定 。測船航速的確定是一個重要的問 題 。航速過快 ,會造成點位坐標精度急劇下降 ,從而影響水下 地形測繪的精度 ,而航速過慢 ,又會迅速增加數(shù)據(jù) ,造成數(shù)據(jù)處 理的復雜性 ,而且還會貽誤工期 , 造成人力 、物力和財力的浪 費 。對航速的確定 ,須綜合多方面的因素進行考慮 ,包括 R T K 儀器的采樣頻率 ,測深儀測深數(shù)據(jù)的延時問題以及水流的速度 等 。根據(jù)有關文獻 ,將船速定為 2 . 0 m/ s ,這樣可保證船速對測 量精度的影響在厘米級 。從以上敘述可知 ,要獲取高精度的水庫庫容數(shù)據(jù) ,必須提高水下地形測量的精度 。要提高水下地形測量的精度 ,可從 3 方面考慮 : 優(yōu)化測量方案 ,布設適當?shù)臏y線密度和數(shù)據(jù)點采 集密度 ,可提高 D TM 的描述精度 ; 作業(yè)過程中 ,每天對儀器 進行測深校正和檢測 , 根據(jù)情況調整儀器參數(shù) ,減小儀器的測 深誤差 ; 選擇較好的測量環(huán)境 , 合適的船速和風浪較小的天 氣可提高平面定位和水深測量精度 。在現(xiàn)階段條件下 ,應用 R T K 技術 + 測深儀系統(tǒng) + 電子平 板測圖系統(tǒng) ,是水下地形測量的一種高科技 、高效益的現(xiàn)代化 技術 。由于該技術具有全天候、導航性能好、速度快 、同步性 好 、高精度和自動化程度高等特點 ,因此 ,這種高新技術在今后的水下地形測量中具有廣闊的前景 。水庫庫容計算上述 3 部分分別建立數(shù)字地面模型 D TM ,根據(jù)地面模型3(上接第 58 頁)15 d 為一周期 ;年內潮一般夏潮高于冬潮 。臺風和徑流對潮位 影響較大 ,年最大潮位一般出現(xiàn)在汛期 。茅洲河入?？诤Ｓ驅?于弱潮型河口 ,潮差不大 。設計潮位頻率計算采用皮爾遜 型頻率曲線 ,用圖解適線 法進行設計潮水位計算 。設計中的偏差系數(shù) CS 和變差系數(shù) CV 采用實測資料統(tǒng)計值 。2 . 7 洪潮遭遇分析洪水與潮汐的組合遭遇問題是一個比較復雜的問題 ,兩者 之間既有相關的一面 , 又有相互