山区河道的地区洪水组成法探索与研究_侯凯.pdf
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1、DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 072山区河道的地区洪水组成法探索与研究侯凯,陈天虹,陈恒吉(贵州省毕节市勘测设计研究院,贵州 毕节 551700)摘要计算山区河道的设计洪水时,当上游有水库拦蓄洪水,下游流域内的设计洪水应考虑不同的组合情况。以贵州省毕节市七星关区观音河不同河段河道治理为例,考虑区间同频上游相应、区间相应上游同频的两种组合方式进行洪水过程演算,并按所在断面距离水库的远近及集水面积的占比削峰作用,得到下游流域不同断面的组合洪水情况一般性结论,即上游水库对下游河道削峰作用明显的一般采用地区洪水区间相应上游同频的成果,削峰作用弱化的一般采用地区洪水区间
2、同频上游相应的成果,供类似工程借鉴参考。关键词山区河道;地区洪水组成;观音河;相应下泄;区间同频中图分类号P331 1文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0212 02收稿日期2022 12 12作者简介侯凯(1986 ),男,贵州毕节人,高级工程师,主要从事水文及水资源工程及水文规划方面工作。1工程概况观音河是长江流域乌江水系六冲河左岸的二级支流,属于山区性中小河流,总集雨面积 145 km2,主河道总长 28 86km,(其中暗流河道长 1 9 km),河底平均坡降 10 13,形状呈扇形,总流向为东南,支流呈树枝状分布。在观音河上游距河源 8 45 km 处现已建成一
3、座小(1)型水库利民水库,水库坝址控制集雨面积 20 5 km2,河道平均坡降 18,占总流域面积的 14 1%。以观音河上两段治理河段为例(治理全长 7 km),第一段起始断面为利民水库坝址下游 760 m,治理河道全长 4 km,起始断面、末端断面以上流域面积分别为 21 6 km2及 41 4 km2;第二段分上游段及下游段,治理全长 2 25 km,其中上游段起始断面为暗流出口约 500 m,至末端治理长 1 3 km,下游段起始断面距上游段末端 1 6 km,至下游段末端治理长 1 7 km。表 1流域内特征断面流域基本特征表主要设计断面流域面积 F/km2主河长 L/km流域平均坡
4、降J/流域形状系数 f几何特征值观音河全流域14528 8610 130 17438 437利民水库20 58 45180 28715 153第一段起始断面21 69 21180 25516 301第一段末端断面41 413 2117 50 23720 059第二段上游段起始断面8122 86130 15532 407第二段上游段末端断面113 324 16120 19432 345第二段下游段起始断面122 225 76120 18433 842第二段下游段末端断面128 927 46110 17136 6442设计洪水计算分析2 1参证站选取观音河属于白甫河一级支流,流域内未设有水文站,邻
5、近的白甫河干流上游有徐花屯水文站、响水滩水文站,白甫河下游大方县境内设有对江水文站,白甫河一级支流大方响水河上设有响水水文站。观音河流域未设相关雨量站及气象站,其邻近流域观测降雨的测站有白山、白龙地、后箐、龙汉雨量站(以上均为徐花屯水文站配套雨量站)、朱昌雨量站、倒天河水库专用站以及毕节市气象站。通过对周边水文测站的分布情况分析可知,徐花屯水文站(104 8 km2)与设计流域相差 2 5 倍,对江水文站(1 944km2)与设计流域相差 15 倍以上,响水滩水文站资料年限太短,响水水文站本身为亏水流域,都不宜选作参证站。毕节市气象站距本次治理河段流域中心直线距离为 8km,观测方法采用自记与
6、人工结合,汛期进行四段制、八段制观测,枯季采用二段制观测,降水及蒸发资料能够从降水变化趋势上反映流域降水特性。该站具有较完整的降水、蒸发观测资料,资料精度高,且毗邻本次设计河段的中部,其所形成的洪水对控制断面影响最直接,可作为本次设计参证站。2 2设计暴雨对毕节市气象站 1951 2016 年最大一日 h 降雨量进行统计,并采用 P 型曲线进行适线,得到毕节市气象站多年平均最大一日暴雨量为 69 mm,变差系数 Cv=0 35,Cs=3 5Cv,将最大一日降雨换算成最大 24 h 暴雨:H24h=1 12 H1d,计算得年最大 24 h 降雨量均值为 77 3 mm。查最新版的贵州省短历时暴雨
7、等值线图 上“贵州省年最大 24 h 点雨量均值等值线图”及“贵州省年最大 24 h 点雨量 Cv 值等值线图”,设计流域年最大 24 h 暴雨均值在 70 mm 左右,变差系数在 0 40 0 45 之间。最终确定设计流域最大 24 h 降水量均值为 77 3 mm,Cv 为 0 43,Cs/Cv 为 3 5。最大 1 h 暴雨采用公式 Sp=24(n 1)H24P(n=0 75)计算最大 1 h 暴雨,通过计算得到设计流域雨量站最大 1 h 暴雨均值为 34 9 mm。查“贵州省年最大 60 min 暴雨均值等值线图”及“贵州省年最大 60 min 暴雨 Cv 等值线图”,其最大 1212
8、2023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay,2023Vol.45NO.3h 暴雨均值在 40 mm 左右,本次取 40 mm,变差系数 Cv 在 040 0 45 之间,本次取 0 43,Cs/Cv 为 3 5。表 2工程河段设计暴雨参数计算成果表时段/h均值/mmCvCs/Cv不同设计频率暴雨量/mm1%2%3 33%5%10%20%50%1400 433 597 387 279 773 662 951 835 92477 30 433 5188 1168 6154 0142 2121 6100 269 3图 1毕节市气象站最大 1 日暴雨频率曲线2 3设
9、计洪水结合流域实际情况及参证站选取情况,设计洪水计算采用“雨洪法”计算,按照贵州省暴雨洪水计算实用手册 的相关应用公式有所不同,采用以下公式计算:当 25F 300 km2,且 30,Qp=0 3570 922f0 125J0 082F0 834CKpH241 23当 25F 300 km2,且 30,Qp=0 3570 9221f0 360J0 240F0 716CKpH241 23当 10F 25 km2Qp=0 2540 9221f0 360J0 240F0 819CKpH241 23(修订本 修订 2 式);r 为汇流系数,(流域主要特征山区间山丘,少量岩溶,植被一般,属2 区,取 =
10、0 38(30),=0 064(30);f 为流域形状系数,f=F/L2;L 为主河道河长;J 为分水岭至出口断面的河道平均比降,m/m;F 为流域面积,km2;C 为洪峰径流系数,(0 756 0 557,P=1%50%);H24为设计最大 24 h 点雨量均值(mm)。地区洪水组成情况,共包含以下两种洪水组合:(1)设计断面、利民水库考虑同频率,利民水库与设计断面区间考虑相应洪水;(2)设计断面、设计断面与利民水库区间考虑同频率洪水,利民水库考虑为相应洪水。利民水库坝址控制集雨面积 20 5 km2,主河长长 8 45km,河道平均坡降 18,大坝为浆砌石拱坝,溢洪道为坝顶开敞式,共设 4
11、 个堰孔,堰顶高程为 1 679 67 m,溢流堰为WES 实用堰,堰流系数 1 977,控制净宽为 22 5 m。将各参数代入以上计算公式,计算得设计断面天然情况下不同频率设计洪水、利民水库和设计断面区间天然情况下不同频率设计洪水。洪水传播时间为 1 h 左右。再考虑不同的洪水组合情况,得设计断面相应不同频率设计洪水,成果见表 3 和表 4。表 3地区洪水洪峰组合一成果m3/s设计断面天然利民水库同频区间相应同频下泄设计洪水天然利民水库同频区间相应同频下泄设计洪水天然利民水库同频区间相应同频下泄设计洪水5%10%20%第一段起始断面94 493 86 358 860 173 472 94 5
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