臨江湖高橋臨江河高橋烽火廟河段洪水分析

臨江湖高橋臨江河高橋烽火廟河段洪水分析

洪水是影響我國人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的主要自然災(zāi)害之一。它給人們的經(jīng)濟(jì)損失和經(jīng)濟(jì)損失在各種自然災(zāi)害中占據(jù)第一位。特別是山區(qū)和山區(qū)的洪水災(zāi)害往往會(huì)立即發(fā)生，導(dǎo)致河流改道，道路中斷，耕地洪水泛濫，房屋坍塌，人類損失和其他災(zāi)害。洪水通常由洪水流量和水位決定。常用的流量和水位計(jì)算方法包括：公式法、水文比較法、無數(shù)據(jù)區(qū)域的調(diào)查或計(jì)算法。推理公式是把流域的產(chǎn)流、匯流條件均化、概化后,根據(jù)水流的連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)立求解,推導(dǎo)出流域出口斷面洪峰流量的計(jì)算公式.此方法一般適用于流域面積在300km2以下的小流域.水文比擬法就是將參證流域的水文資料移置到設(shè)計(jì)流域上來的一種方法.水文比擬法考慮的因數(shù)較少,一般只取流域面積比的2/3次方的換算系數(shù),充分利用了參證流域的實(shí)測(cè)資料,但未考慮參證流域與設(shè)計(jì)流域之間的流域特性及暴雨特性的差異,這些未考慮到的因數(shù)僅一概的包涵在面積比指數(shù)中.關(guān)于設(shè)計(jì)水位,對(duì)于具有實(shí)測(cè)水位、流量資料的河流推求設(shè)計(jì)洪水位相對(duì)比較容易.而無資料流域設(shè)計(jì)洪水位的推求方法一般采用頻率曲線法、水力學(xué)公式法、參考相似流域設(shè)計(jì)成果等方法.工程實(shí)際中,往往通過綜合分析以上各方法計(jì)算成果,推薦一種比較合理的計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)采用值.本次洪水分析河段屬缺乏實(shí)測(cè)資料的山區(qū)河流,根據(jù)收集到的四川省岷江水文與水資源勘測(cè)局的歷史洪水調(diào)查資料以及相關(guān)文獻(xiàn),以及小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法的自身特點(diǎn)和適用性,選定推理公式、水文比擬法推算設(shè)計(jì)洪峰流量,并作比較;設(shè)計(jì)洪水位主要采用調(diào)查歷史洪水位和實(shí)測(cè)河道斷面資料,以水力學(xué)公式計(jì)算各級(jí)流量,點(diǎn)繪水位流量關(guān)系曲線的方法推求.1臨河流域及河流水文臨江河是大渡河下游左岸一級(jí)支流,古稱羅目江,屬大渡河青衣江水系.臨江河發(fā)源于峨眉山東坡,流經(jīng)峨眉山市、沙灣區(qū)、樂山市市中區(qū),于水口鎮(zhèn)匯入大渡河.全流域集水面積338.4km2,干流長(zhǎng)50.6km,河道平均比降8.13‰.一般將高橋鎮(zhèn)以上河段劃為上游段(長(zhǎng)13.9km),高橋到譚山子河段劃為中游段(長(zhǎng)12.2km),譚山子以下至與大渡河左岸匯合口河段劃為下游段(長(zhǎng)24.5km).臨江河流域示意圖如圖1.本次洪水分析河段在峨眉山市境內(nèi),右岸為山,左岸為平壩農(nóng)田,是峨眉平原的主要灌區(qū)水源,總灌面達(dá)4000余公頃.上游河段中大卵石較多,下游段河道取沙采石較嚴(yán)重.臨江河中游段兩岸均進(jìn)行了整治,修筑了河堤,河堤后均為農(nóng)田和民房.河段長(zhǎng)13.2km,平均比降為8.35‰,其間有兩條支流匯入臨江河,中殿溝匯于羅目鎮(zhèn)(5#斷面),沙溪河匯于九里鎮(zhèn)(10#斷面).2基本數(shù)據(jù)的分析2.1資料來源與研究方法表1為臨江河流域及其周邊流域主要水文測(cè)站具體情況.由上表可看出臨江河流域內(nèi)的青龍水文站觀測(cè)有1971-1988年的水位資料,以及1974-1975年兩年的流量資料.其流量資料系列短,構(gòu)不成系列,只能作為這次洪水分析的參考資料.但是其附近流域中同為大渡河一級(jí)支流的峨眉河流域內(nèi)有一水文站—雙福水文站,該站資料較長(zhǎng),可作為參證站.2.2歷史洪水與歷史洪水、暴雨根據(jù)文獻(xiàn)資料及四川省岷江水文與水資源勘測(cè)局的歷史洪水調(diào)查,臨江河的歷史洪水年代主要有1917、1961、1978、1983年.根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載,1917年7月為近百年來發(fā)生的最大洪水,1961年為第二大洪水,1978年與1983年洪水相當(dāng),為第三大洪水.1961年洪痕點(diǎn)較多,有較好的可靠性.根據(jù)1961年歷史洪水的流量、時(shí)間以及調(diào)查時(shí)人們的回憶,其重現(xiàn)期可估算為50a.而據(jù)峨眉山市有關(guān)文獻(xiàn)記載和調(diào)查訪問,該河流出現(xiàn)的大暴雨次數(shù)不少,根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載,最典型的有1917、1955、1961、1978、1983等年份的大暴雨.歷史大暴雨與歷史洪水發(fā)生時(shí)間基本一致.2.3自然降水條件臨江河流域地處青衣江—峨眉山暴雨區(qū),洪水均由暴雨形成,洪水季節(jié)與暴雨季節(jié)相對(duì)應(yīng),兩者基本一致.每年汛期為5-10月,主汛期7-9月.降水強(qiáng)度從上游自下游逐漸減弱.受降水分布及臨江河流域形狀、河道特性的影響,臨江河流域洪水漲落很快,峰頂持續(xù)時(shí)間短暫,一般為2～3h,水位變幅較大.據(jù)青龍站觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì),水位變幅達(dá)5m以上.臨江河河道相對(duì)于大河來說較窄,河槽調(diào)蓄能力不大,洪水過程線尖瘦,且多呈單峰過程.3洪水分析3.1斷面劃分?jǐn)嗝娌荚O(shè)原則:有較大支流匯入前后,跨河橋路上下游,河道縮窄或變寬上下游,既反映河道沿程變化,又考慮大體均勻布設(shè).根據(jù)該布設(shè)原則,將本河流高橋—紅衛(wèi)村烽火廟河段斷面劃分為16個(gè)斷面(編號(hào)由上游往下游編制).3.2洪水設(shè)計(jì)方法合理確定設(shè)計(jì)洪水流量是江河流域規(guī)劃和水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中的首要任務(wù).鑒于臨江河流域水文資料的缺乏,本次洪水設(shè)計(jì)采用水文比擬法和推理公式兩種方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量.3.2.1采用比較水文法計(jì)算流量設(shè)計(jì)1青衣江—)參證站流域與本流域水文氣象條件差異分析雙福河是峨眉河的一級(jí)支流,距臨江河流域直線距離僅20多公里,均位于青衣江—峨眉山暴雨區(qū).據(jù)《樂山市水利志》統(tǒng)計(jì),臨江河流域平均年降雨量為1500mm,峨眉河流域平均年降雨量為1600mm,其氣候條件、下墊面條件及暴雨成因基本一致.2資料與實(shí)驗(yàn)資料雙福水文站于1981年由四川省水文總站設(shè)立,為小流域代表站.該站位于峨眉山市雙福河上,行政位置在峨眉山市雙福鎮(zhèn)小河村,控制集水面積55.6km2,測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、降水、蒸發(fā).經(jīng)復(fù)核審查,雙福水文站有實(shí)測(cè)水文資料系列25a.每年的觀測(cè)資料由水文部門進(jìn)行整編、復(fù)審庫存,水文資料可靠.在水文站上游無引進(jìn)引出水利工程,資料具有一致性.從1981-2005年共有25a連續(xù)觀測(cè)資料,資料具有一定的代表性.因此雙幅水文站資料能滿足本次洪水計(jì)算要求,可以作為本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的依據(jù)站.3經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算雙福站1955-2005年的洪水資料系列由1981-2005年實(shí)測(cè)洪水資料系列和1955年的洪水調(diào)查資料組成,采用獨(dú)立樣本法計(jì)算其經(jīng)驗(yàn)頻率,由矩估計(jì)法計(jì)算其均值和變差系數(shù)Cv,頻率曲線線型選用P-Ⅲ型曲線,偏態(tài)系數(shù)Cs取為Cv的倍數(shù)值進(jìn)行配線.計(jì)算成果如下表:4設(shè)計(jì)斷面確定根據(jù)雙福站的設(shè)計(jì)洪峰流量,采用水文比擬法推算至本河流各計(jì)算斷面.面積指數(shù)取為0.7～0.8,設(shè)計(jì)洪水流量成果見表3(僅列出1#～3#斷面).3.2.2設(shè)計(jì)流域降水特征根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》上的相關(guān)圖表、以及臨江河的盆緣山區(qū)和峨眉山—青衣江暴雨區(qū)的流域地理特征進(jìn)行計(jì)算.1)流域特征值F、L、J的確定1#斷面的流域特征值F、L、J,在五萬分之一的地圖上量算.2)根據(jù)1982年以前刊布的臨江河流域各雨量站不同時(shí)段的最大降水資料分析計(jì)算,并結(jié)合四川省暴雨等值線圖確定設(shè)計(jì)流域的暴雨特征值:本流域最大1,6,24h雨量均值分別為65,110,140mm;Cv值分別為0.35,0.48,0.48;Cs=3.5Cv.考慮到評(píng)價(jià)河段集水面積均大于25km2,應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)暴雨進(jìn)行點(diǎn)面修正,1h暴雨點(diǎn)面修正系數(shù)在0.800～0.700范圍內(nèi),6h暴雨點(diǎn)面修正系數(shù)在0.869～0.827范圍內(nèi),24h暴雨點(diǎn)面修正系數(shù)在0.902～0.864范圍內(nèi).3)采用試錯(cuò)法計(jì)算.表4(僅列出1#～3#斷面)為評(píng)價(jià)河段的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果.3.2.3計(jì)算結(jié)果合理性分析由表3和表4可以看出兩者的計(jì)算結(jié)果總的來說差別不是很大,這是兩者的適用局限性決定的.下面分別對(duì)兩種方法計(jì)算結(jié)果合理性進(jìn)行具體分析.1水文擬法計(jì)算結(jié)果從水文比擬法的成果表(表3)上也可以看出各斷面集水面積對(duì)洪水流量值的影響極其敏感,而雙福水文站的控制集水面積與評(píng)價(jià)河段內(nèi)各斷面的集水面積相差很大,最高達(dá)358.6%,且評(píng)價(jià)河段區(qū)間內(nèi)有兩條支流匯入(中殿溝匯于羅目鎮(zhèn),沙溪河匯于九里鎮(zhèn)),面積比指數(shù)取值難以確定,在計(jì)算中也無實(shí)測(cè)資料進(jìn)行準(zhǔn)確地推算、復(fù)核指數(shù).基于以上原因,水文比擬法計(jì)算成果只可作為參考.2洪峰模數(shù)及與臨江流域、附近流域的洪水速度比較,主要是對(duì)于點(diǎn)面暴雨本評(píng)價(jià)河段各斷面集水面積較大(但均在300km2以下),且臨江河屬于山區(qū)河流,故本次推理公式計(jì)算過程中考慮了點(diǎn)面暴雨量的折算、匯流參數(shù)m的修正.下表5為推理公式計(jì)算成果的洪峰模數(shù)、以及與臨江河流域有關(guān)工程、附近流域洪峰模數(shù)的比較:從表可以看出,洪峰模數(shù)隨集水面積的增大而減少,其中5#斷面、10#斷面洪峰模數(shù)相對(duì)較突減,是因有支溝(中殿溝)、支流(沙溪河)匯入;考慮到下游五馬坪監(jiān)獄遷建工程計(jì)算過程中有欠妥的地方(未進(jìn)行點(diǎn)面暴雨量折算、匯流參數(shù)m修正;且24h暴雨均值、Cv值選取過大等),本次計(jì)算成果是符合流域變化規(guī)律的.雙福河流域在峨眉河流域內(nèi),暴雨較集中,洪峰模數(shù)較大,從臨江河流域與雙福河流域的洪峰模數(shù)比較也反映了這一峨眉暴雨區(qū)從西向東洪峰模數(shù)增大的趨勢(shì).3.2.4洪水流量設(shè)計(jì)的結(jié)果經(jīng)上述合理性分析,采用推理公式的計(jì)算成果.3.3計(jì)算設(shè)計(jì)洪水水位的計(jì)算公式3.3.1水位測(cè)量公式用于計(jì)算和設(shè)計(jì)洪水位置1斷面流量參數(shù)的確定Q=Av(1)v=1nR2/3S1/2(2)R=A1.1h+b(3)Q=Av(1)v=1nR2/3S1/2(2)R=A1.1h+b(3)式中:Q為流量(m3/s),A為斷面面積(m2),v為斷面流速(m/s),n為糙率,R為水力半徑(m),S為比降(小數(shù)表示),h為水深(m).參數(shù)中A、b、R、h、v依實(shí)測(cè)斷面資料計(jì)算;S根據(jù)實(shí)測(cè)水面線及1961年洪痕點(diǎn)確定(0.018～0.004);n根據(jù)橫斷面形狀、河床組成(如卵石、水草比例等),并參考《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》西南地區(qū)糙率系數(shù)表選用(0.059～0.022).2確定水位流量關(guān)系及修正出水位流量關(guān)系(1)控制斷面選取根據(jù)本河段情況,選擇1#、5#、10#、16#四個(gè)斷面作為控制斷面.(2)水位流量關(guān)系的確定根據(jù)控制斷面實(shí)測(cè)資料采用上述公式定出其水位流量關(guān)系曲線,并參照1961年洪痕點(diǎn)進(jìn)行修正.其中1#斷面水位流量關(guān)系圖如下圖3.(3)其他斷面設(shè)計(jì)洪水位的推算非控制斷面的設(shè)計(jì)洪水位根據(jù)河底高程趨勢(shì)、水面線特性及水面比降內(nèi)插得到.推算成果如下圖4.3.3.2設(shè)計(jì)洪水站的結(jié)果的合理性分析(1)表6顯示了該段各段的設(shè)計(jì)洪水流量?jī)H包括1%3%段(2)設(shè)計(jì)洪痕點(diǎn)高程與歷史洪水重現(xiàn)期計(jì)算值比較,結(jié)果如下本河段的設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算是采用水力學(xué)公式.水力學(xué)公式是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的,與水流實(shí)際過程是基本符合的;其各個(gè)參數(shù)基本由實(shí)測(cè)資料測(cè)定,糙率n的選用參照《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》及臨江河堤狀況確定的.故公式的選用、參數(shù)的選擇及計(jì)算過程都是較合理的.如前所述,1961年歷史洪水重現(xiàn)期為50年,下圖5為五十年一遇洪水過程線與1961年洪痕點(diǎn)高程的比較.由上圖可以看出本次計(jì)算中p=2%時(shí)的設(shè)計(jì)洪水水位與1961年洪痕點(diǎn)高程基本吻合.同時(shí)各斷面的設(shè)計(jì)洪水水面線均是平緩的,與河底基本一致.綜上所述,本計(jì)算成果是合理的.4設(shè)計(jì)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在世界范圍內(nèi)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活水平的提高,江河生態(tài)環(huán)境、沿河居民生命財(cái)產(chǎn)安全越來越受到重視.臨江河屬于山區(qū)河流,該流域暴雨集中,