武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究.pdf
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1、Journal of Water Resources Research 水资源研究水资源研究,2023,12(3),306-314 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jwrr https:/doi.org/10.12677/jwrr.2023.123035 文章引用文章引用:陈亚健,瞿兰兰.武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究J.水资源研究,2023,12(3):306-314.DOI:10.12677/jwrr.2023.123035 武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究武穴市北灌溉工程项目设计
2、洪水分析研究 陈亚健,瞿兰兰陈亚健,瞿兰兰 长江中游水文水资源勘测局,湖北 武汉 收稿日期:2023年5月15日;录用日期:2023年6月8日;发布日期:2023年6月30日 摘摘 要要 设计洪水是灌溉等水利工程建设可行性研究和制定相关运行管理策略的重要依据。针对武穴市北灌溉工程项目设计洪水是灌溉等水利工程建设可行性研究和制定相关运行管理策略的重要依据。针对武穴市北灌溉工程项目论证及设计需求,本文采用由设计暴雨途径间接推求设计洪水。采用实测资料和查图法分别计算工程论证及设计需求,本文采用由设计暴雨途径间接推求设计洪水。采用实测资料和查图法分别计算工程区域区域设计设计暴雨,依据最不利原则选择设计
3、暴雨结果,再对比分析推理公式法和瞬时单位线法计算结果,出于工程安全考暴雨,依据最不利原则选择设计暴雨结果,再对比分析推理公式法和瞬时单位线法计算结果,出于工程安全考虑,最终选用推理公式法设计结果,较好地解决了工程区域实测流量资料不足的难题。该灌溉工程设计洪水方虑,最终选用推理公式法设计结果,较好地解决了工程区域实测流量资料不足的难题。该灌溉工程设计洪水方法可供同类工程参考。法可供同类工程参考。关键词关键词 推理公式法,设计暴雨,设计洪水,防洪排涝分析推理公式法,设计暴雨,设计洪水,防洪排涝分析 Design Flood Analysis and Study of North Irrigatio
4、n Project in Wuxue City Yajian Chen,Lanlan Qu Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey,Wuhan Hubei Received:May 15th,2023;accepted:Jun.8th,2023;published:Jun.30th,2023 Abstract Design flood is an important basis for determining the feasibility of irrigation project cons
5、truction and formulating relevant operation and management strategies.In view of the demonstration and design requirements of north irrigation project in Wuxue City,the design flood is indirectly deduced by the de-sign rainstorm way.The rainstorm design results were selected according to the most un
6、favorable prin-ciple,and then the calculation results of reasoning formula method and instantaneous unit line method were compared and analyzed.For the sake of engineering safety,the reasoning formula method was se-lected to solve the problem of insufficient measured flow data in the engineering are
7、a.The flood design method of irrigation project can be used as reference for similar projects.作者简介:陈亚健,出生于 1986 年 12 月,江苏淮安人,本科,工程师,主要从事水文测验及分析工作,Email: 武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究 DOI:10.12677/jwrr.2023.123035 307 水资源研究 Keywords Reasoning Formula Method,Design Storm,Design Flood,Analysis of Flood Control an
8、d Drainage Copyright 2023 by author(s)and Wuhan University.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 灌溉工程的设计洪水推求在工程的勘测设计阶段至关重要,可为灌溉工程的建设规模以及运行管理方案的制订提供参考1 2。目前设计洪水常用方法分别有根据流量、暴雨资料直接计算或间接推求设计洪水的两种途径3,
9、随着洪水事件的不断发生和经验的积累,设计洪水计算方法也在不断丰富4 5 6 7 8。朱婷9结合搬家指数法、查算图表法、综合单位线法及推理公式法,对白坭河流域设计洪水进行分析计算。刘春果10在对丘陵地貌设计洪水进行计算时,采用水文比拟法、历史洪水调查等结果进行对比,分析了推理公式法在不同流域面积的适用性。姜姗姗等11采用山西省水文计算手册中的 3 种方法进行计算,并对比分析不同方法的计算成果。针对武穴市北灌溉工程的设计洪水分析需求,分别采用邻近实测雨量资料平均值和 2009 年版湖北省暴雨径流查算图表(湖北省水文水资源局,以下简称图集,据此采用的方法简称“查图法”)两种方法推求设计暴雨,采用对工
10、程最不利原则选择设计暴雨结果,再通过推理公式法12和瞬时单位线法13推求设计洪水,从工程设计安全性考虑,最终采用推理公式法推求设计洪水,可为武穴市北灌溉工程项目提供设计洪水依据。2.研究流域及资料概况研究流域及资料概况 2.1.研究流域研究流域 武穴市位于湖北省东部,长江中游北岸,北抵大别山,南临长江,地跨 1152211549E,29503013N之间14。市区南部有长江过境,境内河流主要有梅川河、荆竹河、大金河、铁石河等,现存湖泊主要有太白湖、武山湖、马口湖等15。灌溉工程位置位于武穴市,工程区域涉及河流水系主要为武山湖流域。武山湖由丰收大港连通太白湖,丰收大港西起武山湖东止太白湖,全长
11、19.1 km,是武山湖的自排通道。港中建有童司牌节制闸,为武山湖出流控制闸之一。武山湖主要有梅川河(控制面积 165.0 km2)、大金河(控制面积 71.6 km2)、铁石河(控制面积 55.0 km2)等支流汇入,工程涉及到的重要控制断面为官桥以上控制面积约 479.8 km2,童司牌闸以上控制面积约 638.4 km2,官桥至童司牌区间约 158.6 km2。本工程区流域内主要有官桥水文站、梅川雨量站、大金雨量站、荆竹雨量站和仙人坝雨量站,官桥水文站受人类活动影响较大,有引调水、闸门、泵站等多重因素影响,难以精准还原,不能采用流量资料途径推求设计洪水。因此依据图表,采用暴雨洪水途径间接
12、推求设计洪水。通过推理公式法和瞬时单位线法计算刘元倒虹吸断面、柯家倒虹吸断面、张冲村倒虹吸断面、周笃倒虹吸断面、石船渡槽断面、连山河渡槽断面以及杨大垅渡槽断面的设计洪水。2.2.水文资料水文资料 武山湖流域设立的水文气象站点主要有:官桥水文站,1969 年建站,测验项目为水位、流量、降雨等;梅川雨量站,1959 年建站;大金雨量站,1969 年建站;荆竹雨量站,1962 年建站;仙人坝雨量站,1961 年建站。Open AccessOpen Access武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究 DOI:10.12677/jwrr.2023.123035 308 水资源研究 本次收集了研究区域的官桥
13、、梅川和大金站至 2019 年年最大 1 d 和 3 d 降雨系列,武穴、梅川、大金、仙人坝和荆竹站月降雨量系列,以及西河驿、铺头水文站月流量系列。以上资料均按水文资料整编规范(SL247-2012)经过严格的整编、审查、复审,资料可靠。各水文(位)站和雨量站基本情况见表 1,研究区域河流水系及水文站网分布见图 1。Table 1.A list of basic conditions of hydrological stations and rain stations 表表 1.水文(位)站和雨量站基本情况一览表 河名 站名 站别 坐标 水文站面积(km2)设站年份 测验项目 系列长度 备注
14、东经 北纬 长江 武穴 水位站 11533 2951 1950 水位、降水 19502019 2006 年撤销 梅川 雨量站 11537 309 1959 降水 19592019 大金 雨量站 11542 308 1969 降水 19692019 仙人坝 雨量站 11553 308 1961 降水 19612019 荆竹 雨量站 11548 309 1962 降水 19622019 武山湖 官桥 水文站 11538 2954 1976 水位、流量、降水、地下水、水质 19762019 蕲水 西河驿 水文站 11522 3016 1800 1956 水位、流量、泥沙、降水、水质 19912019
15、 乌石港 铺头 水文站 11529 2938 185 1977 水位、流量、降水、蒸发 19802019 Figure 1.Study regional river system and hydrographic station network distribution diagram 图图 1.研究区域河流水系及水文站网分布示意图 武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究 DOI:10.12677/jwrr.2023.123035 309 水资源研究 3.设计暴雨设计暴雨 武穴地处大别山和幕阜山所构成的大喇叭口中,暴雨主要受太平洋副热带高压影响控制,东南向的湿润气流旺盛,源源不断地把水汽自东南沿
16、海输入内地,在水汽输送途中,常遭遇各种暴雨天气系统使其辐合上升,因而出现多次暴雨过程,本地常发生的切变线和低涡大暴雨是造成武穴洪涝灾害的主要原因。大暴雨多集中于6 月下旬至 7 月下旬。本次设计暴雨计算采用实测资料频率分析和查图两种方法。3.1.实测资料计算设计暴雨实测资料计算设计暴雨 根据梅川站 1959 年2019 年、大金站 1969 年2019 年和官桥站 19762019 年实测年最大 1 d 降雨量系列,采用 P-III 型曲线进行频率分析。梅川站、大金站和官桥站年最大 1 d 暴雨频率曲线图见图 24。工程区设计年最大 1 d 面暴雨成果取梅川、大金和官桥三站设计暴雨值的算术平均
17、值。根据梅川站、大金站 19641987、20022019 年实测年最大 1 d 降雨量系列和年最大 24 h 降雨量同期系列,分析得到由年最大 1 d 暴雨量与年最大24 h 暴雨量的改正系数 K 值,梅川站、大金站的 K 值分别为 1.16 和 1.15。综合考虑,24 h 面暴雨取 1 d 面暴雨的 1.15 倍,成果见表 2。3.2.查图法计算设计暴雨查图法计算设计暴雨 采用图集,查算工程区 1 h、6 h 和 24 h 暴雨设计参数和设计值见表 3。从表中可以看出,图集查算成果较实测资料频率分析成果略大。考虑到图集综合了邻近区域长系列大暴雨情况,更能表征工程区域暴雨情势,本次采用图集
18、查算的设计暴雨成果。Figure 2.Annual maximum 1 d rainfall frequency curve at Meichuan Station 图图 2.梅川站年最大 1 d 降雨量频率曲线 武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究 DOI:10.12677/jwrr.2023.123035 310 水资源研究 Figure 3.Annual maximum 1 d rainfall frequency curve at Dajin Station 图图 3.大金站年最大 1 d 降雨量频率曲线 Figure 4.Annual maximum 1 d rainfall fre
19、quency curve at Guanqiao Station 图图 4.官桥站年最大 1 d 降雨量频率曲线 武穴市北灌溉工程项目设计洪水分析研究 DOI:10.12677/jwrr.2023.123035 311 水资源研究 Table 2.Measured data design of rainstorm results table 表表 2.实测资料设计暴雨成果表 项目 均值 Cv Cs/Cv 设计点雨量(mm)备注 P=2%P=5%P=10%梅川年最大 1 d 104.6 0.42 3.5 225 190 163 实测计算 大金年最大 1 d 112.2 0.5 3.5 271 2
20、23 186 实测计算 官桥年最大 1 d 107.2 0.4 3.5 223 190 165 实测计算 三站年最大 1 d 平均值 240 201 171 实测计算 年最大 24 h 276 231 197 三站年最大 1 d 平均值的 1.15 倍 Table 3.Table of the design rainstorm obtained by the illustration method at project location 表表 3.工程区域查图法设计暴雨成果表 项目 均值 Cv Cs/Cv 设计点雨量(mm)备注 P=2%P=5%P=10%年最大 1 h 45 0.42 3.5
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