（水工结构工程专业论文）恩县洼滞洪区建设规划研究.pdf

恩县洼滞洪区建设规划研究 防洪工作事关国家长治久安，事关人民群众的切身利益，防洪体 系建设历来受到各级政府的高度重视，滞洪区作为防洪体系建设的重 要组成部分，对缓解重点地区和重点城市的防洪压力发挥了重要作用。 恩县洼滞洪区是漳卫河防洪体系的重要组成部分，属国家一类重点蓄 滞洪区，但是由于投资规模小、建设滞后、管理措施薄弱等诸多问题， 远不能满足滞洪的需要。因此，开展恩县洼滞洪规划研究，发挥其综 合防洪能力，对于促进流域社会经济的可持续发展具有重要意义。 本文结合该滞洪区的自然、地理、气象和社会经济情况，分析了滞 洪区存在的主要问题，利用河道洪水演进模型与二维不恒定流洪水演 进模型，推求了该滞洪区的滞洪量与滞洪水位，并进行了洪水淹没分 析。 为改变自然滞洪的被动局面，减少中小洪水淹没损失，根据淹没分 析结果，提出了分区滞洪建设方案，按2 0 年一遇、3 0 年一遇、5 0 年 。遇洪水标准进行了分区滞洪方案比较研究，确定了相应洪水标准条 件下的洪水调度方案。 根据该洪水调度方案，结合该区工程现状情况，对滞洪工程建设、 安全建设、管理与保障措施进行了规划研究，提出了规划的原则、标 准和建设方案。并通过环境评价和经济效益评价论证了该项目的可行 性。 关键词：滞洪区：淹没分析；洪水调度：建设规划 a b s t r a c t f l o o dc o n t r o li sa s s o c i a t e d 、i mn a t i o n sd e v e l o p m e n ta n dp e o p l e sb e n e f i t , s o f l o o dc o n t r o ls y s t e mc o n s t r u c t i o ni sa l w a y sr e g a r d e dt ob ei m p o r t a n tb ya l ll e v e l so f g o v e r n m e n t s a sa l li m p o r t a n tp a r to ff l o o d c o n t r o l s y s t e m , l o w - l y i n gf l o o d r e t a r d a t i o nb a s i nt a k e si m p o r t a n te f f e c ti nr e l a x i n gt h ep r e s s u r eo ff l o o di ns o m ek e y r e g i o n l o w - l y i n gf l o o dr e t a r d a t i o nb a s i ni ne nc o u n t yi sa ni m p o r t a n tp a r to ff l o o d c o n t r o ls y s t e mi nz h a n g - w e ir i v e r , i tb e l o n g st ot h ef i r s tr a n ka n dt h ek e yl o w - l y i n g f l o o dr e t a r d a t i o nb a s i ni no b rc o u n t r y b u tb e c a u s eo fs o m ep r o b l e ma st h es m a l l i n v e s t m e n t ，l e g g i n gc o n s t r u c t i o na n dw e a k n e s sm a n a g e m e n t , i ti sf a rm o r el e s st h a n t h er e q u i r e m e n to ff l o o dr e t a r d a t i o n s oi ti si m p o r t a n tt ot a k er e s e a r c hi nf l o o d r e t a r d a t i o np r o g r a m m i n gi ne nc o u n t ya n db r i n gt h ei n t e g r a t e df l o o dc o n t r o lc a p a c i t y i n t op l a yf o rt h es o c i a la n de c o n o m i cs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t h i sb a s i n c o m b i n i n gt h en a t u r e ，g e o g r a p h y , w e a t h e rw i t hs o c i a le c o n o m i cc o n d i t i o n s ，t h i s t h e s i sa n a l y z e st h ep r i m a r yp r o b l e m so ft h ed e p r e s s i o n ，a s c e r t a i nt h ec a p a c i t ya n d w a t e rl e v e lo ff l o o dr e a t a r d a t i o nw i t ht h em o d e lo fw a t e r c o u r s ef l o o de v o l u t i o na n d t w od i m e n s i o nn o n - i n v a r i a n c ef l o wf l o o de v o l u t i o n , a n da n a l y z et h ef l o o dd r o w n s i no r d e rt oc h a n g et h ep a s s i v ec o n d i t i o no ff l o o dr e t a r d a t i o na n dr e d u c et h el o s s o ff l o o d ，o nt h eb a s eo ff l o o dd r o w na n a l y z e ，t h i st e x tp u t sf o r w a r ds u b a r e af l o o d r e t a r d a t i o nc o n s t r u c t i o np l a n n i n ga n de s t a b l i s h e sf l o o dd i s p a t c hm h e m ew i t ht h e r e c u r r e n c ei n t e r v a lo f 2 0 ，3 0 ，5 0y e a r s a c c o r d i n gt ot h ef l o o dd i s p a t c hs c h e m ea n dt h ea c t u a l i t ye n g i n e e r i n gc o n d i t i o n s , i n v e s t i g a t e t h ef l o o dd e t e n t i o np r o j c o tc o n s t r u c t i o n , s e c u r i t yc o n s t r u c t i o na n d m a n a g e m e n tm e a s u r e ，p u tf o r w a r dt h ep r i n c i p l e ，c r i t e r i o na n dc o n s t r u c ts c h e m e ， d e m o n s t r a t et h ef e a s i b i l i t yb yt h ee n v i r o n m e n ta n de c o n o m i ce v a l u a t i o n k e y w o r d s ：f l o o dr e t a r d a t i o n b a s i n ；s u b m e r g ea n a l y z e ；f l o o dd i s p a t c h ； c o n s t r u c t i o ns c h e m e 山东大学同等学力硕士学位论文 第一章前言 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 自古以来，我国就是一个水灾频繁的国家。为了防洪减灾，我国逐渐建立了防洪体 系，而蓄滞洪区是防洪体系中的一个重要组成部分。据统计我国设置蓄滞洪区的5 3 年 中，共启用蓄滞洪区4 5 6 次，共拦蓄洪水量达1 2 3 0 亿m y s ，为缓解重点地区和重点城市 的防洪压力起到了重要作用，避免了洪灾损失的扩大。 恩县洼滞洪区是漳卫河防洪体系的重要组成部分，是该河系中下游唯一的滞洪区， 对保障其下游京沪铁路、京福高速公路以及胜利油田、黄骅港等国家基础设施及人民 生命财产安全起着极其重要的作用，其地理位置十分重要，防洪作用巨大，2 0 0 3 年水 利部将其列为国家一类重点蓄滞洪区，由国家防总直接调度。 但是由于投资规模较小，目前该滞洪区建设严重滞后，安全设施缺口大，滞洪及 进退水工程不配套、损毁严重，主要退水河道淤积、建筑物老化损坏严重，撤退路不 足，管理措施薄弱，滞洪运用与当地经济社会发展矛盾突出，远不能满足滞洪的需要。 1 1 2 滞洪区建设规划的意义 合理、有效、灵活运用恩县洼滞洪区，不仅可以有效防御大洪水，确保流域防洪安 全，最大限度减少洪水灾害损失，保障流域经济社会健康可持续发展，而且能避免增 建大规模行洪工程形成多年闲置的矛盾。鉴于思县洼滞洪区的重要性及目前存在的问 题，对此进行建设规划研究具有重要的历史意义和现实意义 1 2 国内外进展概况 面对全球不断发生的严重洪水灾害，人们发现尽管不断地增加对防洪减灾的投入， 但根治洪水灾害的梦想仍无法实现。非旦如此，随着人类社会经济的不断发展，洪水 灾害所造成的经济损失仍与日俱增。1 9 9 3 年美国密西西比河大洪水、中国长江1 9 9 1 、 1 9 9 6 、1 9 9 8 、1 9 9 9 年大洪水，促使我们重新思考人类应当如何面对洪水，学会与洪水 长期共处。在防洪体系中，洪水滞洪区是其重要的组成部分。设置洪水滞洪区是许多 国家防洪减灾的措施之一，如美国密西西比河下游的n e wm a d r i df l o o d w a y 蓄洪区， 面积达6 0 0 k m 2 。日本也有一些小型的面积仅数平方公里的蓄洪池，蓄滞洪区在进入汛 期时完全封闭，非防汛人员不得进入，并在交通路口设卡管理，区内设有明显的警示 标志，并有播音站发布警告，在决定分洪前，派出警报车，清出区内人员，对蓄滞洪 _ i _ 山东大学同等学力硕士学位论文 区的安全管理是很严格的。美国对于防洪投入有法定的渠道，有较稳定的投入，日本 从1 9 6 0 年开始制定治水五年计划，至今已完成8 个五年计划，第9 次改为七年计划， 用于治水的投入逐年递增。 一 、一。 。 德国、法国、荷兰三国都修建了许多防洪工程和设施，其中包括滞洪区建设。他们 对滞洪区的管理有具体明确的措施，对蓄滞洪区内的土地管理非常严格，不准开发建 设就峰决做到不开发建设，所有的蓄滞洪区都能正常运用与国外相比，我国在江河 治理、防洪减灾及滞洪区的建设中还存在一定的差距。国外防洪减灾的经验和思路， 有很多值得我们学习和借鉴。 新中国成立以来，我国防洪减灾工作取得了很大成就，长江、黄河、淮河、海河、 松花江、辽河、珠江等江河流域都建设了各自的防洪体系，建立了相应的滞洪区。但 防洪工程体系中蓄滞洪区安全建设和管理问题严重，蓄滞洪区运用的难度越来越大。 1 3 研究的主要内容 滞洪区径流及洪水特性分析，洪水调节计算、洪水调度及洪水淹没分析；分区滞洪 方案比较；滞洪区建设规划的指导思想及原则；滞洪区工程建设措施，安全建设措施， 管理与保障措施；环境评价与效益分析。 1 4 技术路线 结合滞洪区自然、地理、气象和社会经济现状，分析目前存在的主要问题。通过 对降雨、洪水特性的分析计算确定设计洪水及滞洪区的滞洪量和滞洪水位，进行现状 情况下的淹没分析，提出分区滞洪方案并进行分区淹没分析。通过方案比较，提出分 区条件下滞洪区建设的总体方案，并提出具体的滞洪工程建设、安全建设和管理保障 措施规划方案，对该方案进行环境影响评价与经济效益分析，论证该项目的可行性。 1 5 主要成果 不同设计洪水标准下的滞洪区的滞洪历时、滞洪水位、滞洪量和淹没面积、淹没损 失；分区滞洪方案；洪水调度方案：滞洪工程规划；安全建设规划；管理与保障措施 规划；环境评价与经济效益分析成果等。 山东大学同等学力硕士学位论文 第二章基本情况 2 1 自然地理及社会经济概况 2 1 1 自然地理概况 地理位置及地形、地貌 恩县洼滞洪区是卫运河的最后一个滞洪区，位于山东省德州市武城县北部卫运河 下游右岸( 见图2 1 ) ，东以陈公堤为界，南至平( 原) 武( 城) 公路，西部为自然地 形，北部为卫运河右岸大堤，是由黄河故道左岸河滩高地与卫运河相交形成的封闭碟 形洼地，三面环堤，四周高、中间低，历史上称高鸡泊，总面积3 0 0 余k m 2 。滞洪区 内河床、岗地呈条带状分布，浅磲式洼地星散其间，平缓坡地在岗、洼地之中，形成 岗、坡、洼相间的微起伏地形。低洼处地表和地下水径流滞缓，易受涝、碱威胁。 气象 恩县洼滞洪区属于暖温带半湿润大陆性季风气候区，具有温度适宜，热量丰富， 光照充足，四季分明的特点。春季干旱多风；夏季天气湿热，多雨易涝；秋季凉爽， 有旱有涝：冬季于冷，雨雪稀少。多年平均气温1 2 7 c ，最高气温4 3 4 ，最低气 温一2 7 ，多年平均降水量为5 5 8 8 m ，年降水量最大1 2 1 1 4 m ( 1 9 5 3 年) 、最小2 7 2 4 m ( 1 9 6 8 年) ；年内分配不均，具有明显的季节性，6 9 月份多年平均面降水量4 3 9 3 m ， 占全年降水量的7 7 7 ，3 5 月和1 0 月至次年2 月多年平均面降水量分别为6 4 6 舢 和6 1 5 m ，占全年面降水量1 1 4 和1 0 9 。年平均水面蒸发量7 5 8 o m 工程地质 据有关资料，滞洪区内主要发育了第四系、下第三系地层和寒武系奥陶系及太古 界地层。下第三系地层和寒武系奥陶系及太古界地层构成了该区的盖层 据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 - - 2 0 0 1 ) ，滞洪区地震动峰值加速度为 0 0 5 9 ，地震动反应谱特征周期为0 5 5 s ，相应地震基本烈度为度。 水文地质条件 滞洪区地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水。浅层含水层为全新统及上更新统 冲积湖积地层，岩性为粉砂、细砂及中砂，砂层厚l o 3 0 m ，具有强富水性，地下水 富存条件与古河道分布有密切关系，自古河道带向两侧，砂层颗粒变细，厚度变薄， 富水性减弱。深层含水层为上第三系至中更新统，上部岩性以粉细砂、细砂为主，下 - - 3 - - 山东大学同等学力硕士学位论文 部多为中细砂、中砂及中粗砂，层厚一般大于4 0 m ，具有强富水性。 浅层地下水化学类型主要为硫酸盐重碳酸盐型水及硫酸盐氯化物型水深层地下 淡水主要为重碳酸盐型水及氯化物型水。 2 1 2 社会经济概况 恩县洼滞洪区涉及武城县城( 武城镇) 、滕庄、鲁权屯、郝王庄四个镇，1 5 4 个村 庄，1 3 9 万人( 其中非农业人口3 3 万人) ，耕地面积3 4 6 万亩，是武城县的主要产 粮、产棉区，主要粮食作物有小麦、玉米、谷类。经济作物有棉花、大豆、花生、蔬 菜、瓜果类等，正常年份粮、棉产量占全县的5 0 6 0 9 6 。 改革开放以来，滞洪区的社会经济条件发生了巨大变化，乡镇企业发展迅速。武 城县的玻璃钢、橡塑、纺织、化工、建材、农副产品加工等几大支柱产业主要分布在 滞洪区内，计有各类工业企业3 4 0 0 余家。其中，县属企业1 3 家，乡镇中型以上企业 6 家。出现了滕庄、鲁权屯、武城县城( 武城镇) 等具有地方经济特色的“明星”城 镇。 据统计，2 0 0 4 年滞洪区国内生产总值2 5 9 8 亿元，固定资产达到5 7 5 7 亿元，粮 食总产量3 5 3 3 1 7 万斤。 武城县地理位置优越，交通发达，北依京津塘，南靠省会济南，西临石家庄，东 接胜利油田和沿海开发区，是环渤海经济圈重要的开发开放城市。德( 州) 武( 城) 路、郑( 口) 郝( 王庄) 路等1 4 条撤退路构成了滞洪区内的交通网，规划中的德( 州) 商( r g ) 高速公路，横穿整个滞洪区，将对滞洪区内交通提供极大便利。 2 2 滞洪区建设的必要性 新中国成立后，恩县洼滞洪区曾于1 9 5 4 年、1 9 5 5 年、1 9 6 3 年三次滞洪，总滞蓄 水量1 0 1 亿m 3 ，为保卫卫运河下游广大地区人民群众的生命财产和京沪铁路的安全 发挥了巨大作用。为此，2 0 0 3 年水利部编制完成的全国重点蓄滞洪区建设规划中， 将恩县洼滞洪区列为国家一类重点蓄滞洪区，由国家防总直接调度。 但是由于投资规模较小，建设严重滞后，安全设施缺口大，滞洪及进退水工程损 毁严重、不配套，主要是退水河道淤积、建筑物老化损坏严重，撤退路不足，管理措 施薄弱，滞洪运用与当地社会经济发展矛盾突出、启用困难等问题，远不能满足滞洪 的需要。主要表现在： 滞洪工程设施不完善，不能满足滞洪的需要 t 山东大学同等学力硕士学位论文 导流堤原设计标准低，大部分堤段已不复存在，且利民河北支与导流堤连接处缺 少控制建筑物，紧靠导流堤的村庄将直接受到分洪洪水威胁。 西郑庄退洪闸规模小，老化、损坏严重，单向止水，结构不合理，受减河洪水倒 灌影响，增加了恩县洼的滞洪压力。 退排水河道年久失修，大部分无堤防或堤防损坏，河道淤积严重，排水能力大幅 度降低，不满足滞洪时退水需要。六五河是夏津县及武城县的主要退排水河道，无控 制建筑物，滞洪时洪水将沿河向上游漫溢，增加淹没面积达5 0 k m 2 以上。 安全建设进展缓慢，与当地社会经济发展矛盾突出 安全设施远不能满足滞洪的需要，现有撤退路大多数未能延伸到各村，大部分撤 退路年久失修，部分道路损毁严重，不能完全满足滞洪区内人员撤离的需要；滞洪区 外无安置设施，一旦启用撤离人员的安置将成为重大问题；救生、避险设施不足，避 水楼、避水房标准不够，范围不足，避水台规划不合理，不适应地方需要，且老化失 修、毁坏严重、形同虚设；县城围堤建设标准低，年久失修，由于堤身沉降及管理不 善，堤顶高程已达不到设计标准，迎水坡面未进行护砌，难以经受住洪水考验，不能 形成对县城的有效防护，围堤内排水设施不健全，不适用滞洪需要；滞洪区缺少先进、 完善的通讯预警设施，不利于洪水调度决策，无法满足滞洪过程中的信息传递。 原安全建设措施是按照低标准保证生命安全安排的，没有考虑居民家庭财产保 护；鲁权屯、滕庄等多个特色经济区，经济发展迅速，但没有安全保护措施滞洪运 用与人民生命财产安全及经济发展的矛盾十分突出，严重制约了当地社会经济的可持 续发展。 自然滞洪淹没损失大且不利于防护 恩县洼滞洪区仍沿用自然滞洪的模式，被动滞洪。随着恩县洼启用机率的增加， 在滞洪水量不大时，滞洪水深小，淹没面积大，不利于防护和平时洼内生产，随着滞 洪区居民的逐步富裕，滞洪运用造成的财产损失问题将更加突出。 管理体制不健全，管理薄弱 目前虽有专门的管理机构，并先后制定了滞洪区暂行管理办法和撤离安置计 划、撤退路管理办法、平项房建设试行方案，其只常管理职责主要在水利局， 但由于体制不健全，制度不完善，职责不明，以及由于人员不足、资金缺乏等多方面 原因，滞洪区的管理仅停留在局部重点防洪工程管理、在建工程的建设管理等方面， - - 5 - - - 山东大学同等学力硕士学位论文 滞洪区的土地利用、人口控制等管理内容尚未开展，安全设施管理以及法律法规的制 定、颁布、相应的监督执行等方面措施薄弱、缺乏权威性，无法实施对滞洪区的全面、 有效管理。 鉴于此，随着滞洪区经济社会的快速发展，必须加快滞洪区规划建设步伐，最大 限度的减少滞洪区内人民群众的财产损失，促进滞洪区内经济社会的快速发展。 卜 第三章洪水淹没分析 3 1 径流及洪水特性一。一 一 3 1 1 径流特性 恩县洼滞洪区属海河流域卫运河系，由于降雨的不均匀性，径流的年内及年际变 化较大，径流往往集中在汛期的一两场降雨。据1 9 5 1 1 9 9 3 年观测资料，武城县多 年平均径流深3 2 1 r m ，径流量2 4 0 1 万一s ，偏丰年( 2 0 ) 径流量3 5 9 1 万m 3 s ，偏 枯年( 7 5 ) 径流量1 4 8 万m s 。据卫运河四女寺水文站1 9 5 9 1 9 9 1 年观测资料，卫 运河多年平均径流量2 7 4 亿m 3 s ，最大1 0 2 2 亿m 3 s ( 1 9 6 3 年) ，最小2 7 3 亿e 3 s ( 1 9 8 6 年) ；自1 9 7 3 年扩大治理以来，年平均径流量1 2 2 亿m 3 s ，最大3 8 7 9 亿m 3 s ( 1 9 7 6 年) ，最小2 7 3 亿m s ( 1 9 8 6 年) 。 3 1 2 洪水特性 恩县洼地势低洼，排水不畅，该区域又为暴雨多发地带，加之上游客水涌入，建 国后1 9 4 9 、1 9 5 3 、1 9 6 1 、1 9 6 4 、1 9 7 3 、1 9 9 0 年6 次发生暴雨洪水，均形成重涝。恩 县洼紧靠卫运河右堤，1 8 4 0 年( 清道光二十年) 1 9 4 9 年，卫运河洪水共决口2 3 次， 其中清代决口1 0 次，民国期间决口1 3 次。建国后滞洪3 次。 漳卫河是海河南系的一条主要行洪排涝河道，由漳河、卫河、卫运河、南运河及 漳卫新河组成，流域上游地处太岳山东麓和太行山区。漳卫河流域暴雨主要由天气系 统与地形条件结合所致。夏季太平洋副热带高压加强北上，易在太行山区迎风坡形成 大暴雨。流域暴雨多集中在7 、8 两月，暴雨历时一般3 天左右，强度较大的暴雨常 集中在l 天甚至数小时内，历时较长的暴雨通常由两个或两个以上的天气系统组合而 成。 漳河流域太行山以东、以西两个区域因自然地理特性不同，暴雨量级相差较大。 东区地处迎风坡，易在天桥断、匡门口观台一带产生大暴雨，最大日雨量达4 6 3 o m m ( 石板岩1 9 8 2 年8 月1 日) ，最大三日雨量达8 7 8 m m ( 石板岩1 9 8 2 年7 月3 1 日8 月 2 日) 。西区地处太行山背后，暴雨量级较低，最大日雨量为2 0 9 5m m ( 长子1 9 6 2 年 7 月1 5 日) ，最大三日雨量达3 1 5m i l l ( 潞城1 9 3 2 年7 月1 2 1 4 日) 卫河流域山区地处太行山迎风坡，暴雨频次多、量级大，暴雨中心多出现在淇河 上游的土圈、要街附近。实测最大一日雨量4 4 0 n - n ( 4 - 圈1 9 9 6 年8 月4 日) ，调查最 大2 4 小时雨量5 5 6 1 1 1 1 1 1 ( 林县1 9 6 3 年8 月8f 1 ) ，最大三日雨量6 9 3 m ( 官山1 9 8 2 年 山东大学同等学力硕士学位论文 8 月1 3 日) 。 一8 一 山东大学同等学力硕士学位论文 o 艺口( ；) j ：口( ；) l ，o 口( - ) ，s l ，( j ：1 2 ，h 1 ) ；( 3 - 3 ) 称口( 功、 x l ，x n l 、矿( x ) 分别为该未知有理数；的总可信度，取值区间和可 佰厦分饰密厦函数同样，c ，、乞、x 。司表不为： q 。 q 。，c 。z ，妒( c ，) ，其中妒( c ，) 2 口。， o 。r ，2 。箕，髫。1 2 ，”珂2 ， o 兰口( c ，) 。：口( c ，) 1 ，o 岱( q ) 。s 1 ， o ：1 ，2 ，疗2 ) ； ( 3 4 ) d 嘞h ( 圳，其愀咿严x 0 巳嚣1 2 ，帕， o 量口( 巳) ，= 口( 巳) l ， o 口( q ) ，s 1 ，( f = l ，2 ，玎3 )；( 3 - 5 ) x ，2 x ，工，。 ，p ( 工，) ，其中妒( 工，) = 口工p 九；x ：2 x 鬟善2 1 ，2 ”，”4 ， 月4 o a ( x ，) ，= 口( ) i ，o a ( x p ) ，s 1 ，a = 1 2 ，n 4 ) ； ( 3 6 ) ，l i 2 ) 禾确知有理数的运算法则 四则运算未确知有理数运算包括可能值和对应的可信度两方面的运算。设彳、 口为两个未确知有理数，a 、b 的可能值( 由小到大排列) 的序列分别为而，奶，和 y l ，j ，2 ，y m ，与一、b 的可能值对应的可信度分别为q ，口2 ，吼，届，屈，以， 则彳、b 可表示为； 纠k 棚( 制，其中删= q ? 嚣2 ，扪， 0 口= a 1 ，o q - 1 ；( 3 7 ) 州帆m 俐，其蝴驴 n ，巍1 2 i ，川， m 0 局= 1 ，o g - i j = l ( 3 - 8 ) 口、夕分别为彳、b 的总可信度。 ，| 、b 的可能值带边。矩阵( 设“o ”为“加、减、乘、除”中的一种) 如表 - - 9 - - 山东大学同等学力硕士学位论文 3 1 。 表3 - !、口的可能值带边n 矩阵 j i j 1 。j ，i，l 。y 2 x l 。y j 工i 。) ，_ x 21 lo y tx 2 0 y 2 x 2 0 y j ，2o y m t x loy tx t 。y 2x | 。yjl io y _ x l r x koy t x k 。y 2x to yj x ko y m hy 2 yj y _ 彳、b 的可信度带边积矩阵如表3 2 。 表3 _ 2一，曰的可信度带边积矩阵 n l ao l p 2 a t p j a i _ b 口 口2 届口2 + 屈口2 岛 晓 8 2 以 啦 a i 9 t a i 8 2 n t p i q l 8 口i a k 母、a t p 2 a k 8 i a k p m 8 t8 2 8j 9 m 注；为乘号 3 ) 未确知有理数的数学期望值计算 如上述的未确知有理数，| ，其数学期望值( a ) 为： 删h 咖持肛砷m 俨 奄一净。， 除e ( a ) 外，上式中的符号与l j 面的符号含义相同。 山东大学同等学力硕士学位论文 ( 5 ) 经计算得秤钩湾站设计洪水本次复核成果( 即采用值) ，为比较起见，本文 也列出了原设计成果，见表3 - 3 。 一一 ，。 一 。 表3 - 3 秤钩湾站设计洪水成果表单位：亿- i p ( ) 项目 l23 3 351 0 2 03 3 3 3 劂 2 9 3 12 3 9 02 0 0 31 7 0 01 2 1 0 7 5 04 5 7 嗣嘞 2 8 5 92 2 9 41 8 。9 01 5 8 0 l o 7 96 3 13 5 6 瞧卜口 - 2 - 4 56 - 7 一1 1 一1 6 一2 2 原设旧 4 4 8 33 7 1 03 l7 12 7 4 02 0 2 01 3 4 08 7 采 嘞 4 5 0 43 6 6 63 0 6 42 5 9 81 8 3 51 1 3 3 6 8 1 瞧卜口 o 5 - 1 一3 一5 - 9 一1 5 2 2 恩县洼滞洪区内六五河还承受上游1 0 6 6 k m 的汇水，但六五河与卫运河不属同一 水系，因此，卫运河向恩县洼分洪时不考虑平原沥水的滞蓄问题。 恩县洼滞洪区采用的设计洪水成果见表3 - 4 。 表3 - 4 恩县洼滞洪区设计洪水成果表单位：亿_ 3 p ( ) 项目 5 3 3 32 卫运河分洪水量 1 3 l 4 8 97 o 3 2 洪水调节计算 3 2 1 工程现状 西郑庄分洪闸西郑庄分洪闸位于卫运河右岸西郑庄东北，共1 l 孔，每孔宽6 m ， 闸底高程2 1 7 7 m ，设计流量1 2 0 0 m 3 s 。 导流堤洪水从西郑庄分洪闸分洪，经导流堤进入滞洪区，导流堤北起分洪闸， 南至宋王庄东，两岸堤共长1 i k m ，修建以来，年久失修，毁坏严重，在利民河北支与 3 2 2 计算模型 卫运河洪水通过西郑庄分洪闸，经过5 5 0 m 宽、两岸共1 1 k m 的导流堤进入恩县洼 滞洪区，导流堤的宽度小于网格本身的长度，单纯用二维不恒定流模型计算势必引起 误差。而恩县洼滞洪区本身又四周高、中间低，牛角峪退水处与洼内呈倒坡，退水困 难。刚滞洪时，洪水进入西洼，通过地面行洪又逐步流入东洼，滞洪期间在牛角峪处 洪水位高于河道，而退水时，经牛角峪退水闸退水，牛角峪处水位逐渐降低，洪水归 入河槽，其余较高处洪水由地面流入河道，再由河道退水此时单纯用二维不恒定流 数学模型来模拟该滞洪区的洪水演进，已不能解决闸门的进洪和牛角峪退水的实际问 题，需要将河道洪水动念模型与二维不恒定流洪水演进模型联合应用以解决恩县洼滞 洪区进出口的实际问题，具体模型如下： 河道洪水动态模型 导流堤和退水河道均为规则梯形断面，建立了河道中水量与进出口水位、流量动 态变化的模型： 山东大学同等学力硕士学位论文 争= q 。一q 。 z 。= f ( v ，乙) v 一河道水体的体积 x t 一计算的时间间隔 q 。一进入河道的流量 q 。一退出河道的流量 z 。一河道进口处的水位 z 删。一河道出口处的水位 ( 3 - 1 0 ) 在导流堤段q ，。由卫运河向西郑庄分洪的流量来确定，z o | 。由二维动态模型确定。瓯。 则由河道动态模型确定，为由导流堤进入滞洪区的流量过程。 在退水河段，o o 。由边界牛角峪闸门的控制泄量、减河的允许流量等边界条件确定， 进入河道的水位z - 由二维不恒定流动态模型确定，q 。由河道动态模型确定，为滞洪区 进入河道的流量过程。 二维不恒定流洪水演进模型 将二维不恒定流的基本方程( 如图3 一l 所示) 体积分并变换为面积分后可得下述三 个离散形式的基本方程： 图3 - 1 二维不稳定流数学模型示意图 山东大学同等学力硕士学位论文 鲁+ 六硎x 扎, i m z x i i - i i2 + 六一l i 糍= o a fj ， “ 誓+ - - - - 击1 ( u 吲j + 嘉m 一) ”。- - “碚一学， 雩+ - - - 忐1 ( u 哪“+ 面1 ：碥一嘎雾马 m = 三( 丽，：+ 砺扎j = j 1 【m ，+ 砜，) 式中h 一单元平均水深： i - i m 糙率： u 、v x 、y 方向单元平均流速； m 、n x 、y 方向单元边界上平均单宽流量； m 、n x 、y 方向单元边界上单宽流量。 对( x 。，y 。) 点( 3 1 1 ) 对( x 。，y ) 点( 3 一1 2 ) 对( x i ，y 。，：) 点( 3 - 1 3 ) 对( x i ，y 。) 点 对( x i 。y ，) 点 首先在单元各边界的中点分别利用动量方程，参照l a x 格式计算x 、y 方向的单宽 流量，水位计算则由连续方程隐式表达，借助于( n + 1 ) a t 时刻已求得的m 、 ，显示求 出。 式( 3 - 1 2 ) ，( 3 - 1 3 ) 中的u m ，v m ，u n ，v n 项为对流项，是两微分方程中的 非线性项，在数值计算中容易引起计算的不稳定。由于在泛滥洪水计算中，上述四项 所占比例较小，因而可以省略。 本次计算的网格采用1 0 0 0 mx1 0 0 0 m 网格，时间步长为6 0 秒，由于对数学模型的差 分格式作了调整，计算的时问步长较过去有明显增加，且计算精度比过去亦有很大提 高。计算网格示意图如图3 2 所示。 河道洪水动态模型与二维不恒定流模型的联接 从西郑庄分流至导流堤采用动态的河道模型，从导流堤进入滞洪区，使用二维动 念洪水演进模型，当牛角峪洪水未归河槽前，使用二维动态模型的边界条件，当洪水 归槽后，河道退水仍采用河道动态模型，由进口河道动态模型一二维不恒定流动态模 山东大学同等学力硕士学位论文 型一出口河道动态模型彼此相互联接成一个整体。 西郑庄入口l23456 78 l 91 0l l1 21 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 92 02 12 2 2 32 4 i2 5 i 2 6 2 72 8导2 93 03 l3 23 3 3 4 3 5 3 63 7 3 8 3 9 4 04 14 2 4 34 4 i4 5 i 4 64 7 4 84 9 5 05 l5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 6 06 l6 2 6 36 4 i 6 5 6 66 76 8 6 9流7 07 l7 27 3 7 4 7 5 7 67 7 7 8 7 9 8 0 8 1 8 2 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9堤9 09 19 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7 9 8 9 91 0 0 1 0 51 1 01 1 51 2 0 1 2 51 3 0 1 3 5 1 4 0 1 4 5 1 5 01 5 51 6 01 6 5 1 7 01 7 51 8 01 8 5 1 9 01 9 52 0 02 0 52 1 0 2 1 52 2 0 2 2 52 3 0 2 3 52 4 0 2 4 52 5 0 2 5 5 2 6 02 6 5 2 7 0 2 7 5 2 8 0 2 8 52 9 0f 2 9 53 0 03 0 5六五河入口 3 l o 3 1 5 3 2 0 3 2 5 3 2 9 3 2 3 计算条件 图3 2 计算网络示意图 入流条件： 卫运河分洪从西郑庄进入恩县洼，六五河承受上游1 0 6 6 k m 2 的汇水。卫运河分洪的 来流采用1 9 9 8 年6 月漳卫南运河管理处恩县洼调洪水文计算初步分析成果及说明 中的成果。当四女寺站的洪水的来流大于3 8 0 0 m 3 s 时，大于3 8 0 0 m 3 s 的部分从西郑闸 进入恩县洼滞洪区，作为恩县洼的入流过程，其入流过程见图3 3 。 从六五河入口处有六五河设计洪水过程线，其最大洪峰流量是q = 1 2 9 m 3 s ，其入 山东大学同等学力硕士学位论文 流过程见图3 - 4 。 藏t “3 ，i ) m 0 。， l o 鼬 1 0 了蚰 蜘 j h _ - h 、 ：| i f 、i | o，a螗的柏 。 。舶圳 1 时；恐时) 图3 - 3 西郑庄入漉过程 藏量抽“ 1 4 0 - 7 0 舶 鞠 柏 柏 i 一一 f、 j | ， | 、 ， 、 h 、 ，i q 天j 图3 - - 4 六五河人流过程 退水 恩县洼滞洪区退水问题复杂，退水处为牛角峪退水枢纽，位于滞洪区东北陈公堤 与卫运河大堤交界处。牛角峪退水主要受卫运河的泄量控制。当卫运河洪水泄量小于 3 8 0 0 m 3 s 时，牛角峪开始退水。 3 2 4 洪水演进 整个洪水演进计算时i 日j 是4 4 天，进入西郑庄洪水的最大流量是1 8 11 一s ，进洪 量为6 8 2 亿m 1 。西郑庄、六五河分洪水量如表3 - 5 。 表3 - 5 中列出从分洪丌始起前8 天每1 2 小时的入洪总量、滞洪区平均水位、淹 没面积、滞洪总量、退水总量及退水流量。第8 天以后每2 4 小时输出一次上述各量， 其中入洪总量是西郑庄与六五河入滞洪区的洪量之和。 山东大学同等学力硕士学位论文 表3 - 5 卫运河与六五河相应洪水情况表 计算总时俺：4 4 天 时间 西郊庄入洪总最滞洪区 淹没面积滞洪总量退水总量 退水 分洪总量( 加六五河)平均水位 ( 亿m )( 亿m 3 ) 流量 小时天 ( k m 2 ) ( 亿m 3 )( 亿m 3 ) ( m )( m 3 s ) 2 4l0 1 9 80 1 9 82 1 2 35 70 1 9 8 3 6o 6 l l0 6 2 42 1 9 61 0 90 6 2 4 4 821 1 8 01 2 32 2 2 21 5 01 2 3 6 01 - 8 61 9 62 2 7 61 8 21 9 6 7 232 6 22 7 82 3 2 62 2 32 7 8 8 43 4 03 6 l2 3 6 2 2 5 6 3 6 l 9 644 1 44 3 6 2 3 8 82 7 3 4 3 6 1 0 84 8 05 0 42 4 1 32 8 35 0 4 1 2 055 3 95 6 32 4 3 52 8 95 6 3 1 3 25 9 0 6 1 32 4 5 4 2 9 3 6 1 3 1 4 466 3 26 5 42 4 73 0 0 6 5 4 1 5 66 6 26 8 52 4 8 l3 0 46 8 5 1 6 876 7 87 0 02 4 8 73 0 47 0 02 4 1 8 06 8 27 0 62 4 8 73 0 46 9 90 0 7 4 22 9 1 1 9 287 1 l2 4 8 23 0 46 8 80 2 3 73 7 8 2 1 69 7 1 92 4 7 23 0 46 6 30 5 6 3 ， 3 7 8 2 4 01 07 2 52 4 6 23 0 26 3 60 8 9 03 7 8 2 6 41 1 7 4 22 4 5 12 9 9 6 2 01 2 23 7 8 2 8 81 27 4 32 4 4 02 9 85 8 81 5 43 7 8 3 1 21 32 4 2 92 9 25 5 61 8 73 7 8 3 3 61 42 4 1 72 8 95 2 42 2 03 7 8 3 6 01 52 4 0 52 8 6 4 9 12 5 23 7 8 3 8 41 62 3 9 42 8 14 5 82 8 53 7 8 4 0 8 1 72 3 8 l2 8 04 2 5 53 1 83 7 8 4 3 21 82 3 6 92 8 03 9 2 93 5 03 7 8 4 5 61 9 2 3 5 62 7 43 6 0 23 8 33 7 8 兰：两郊庄分洪至1 8 0 小时，从1 9 2 小时至最后不再有洪水进入总鼋均为6 8 2 亿m 3 。 一1 7 - - 些查查兰堕竺兰垄堡主兰垒堡奎 时间 两郊庄入洪总荦 滞洪区 淹没面积滞洪总量 退水总量 退水 分洪总晕( 加六五河)平均水位 流量 小时天 ( k 一)( 亿m 3 )( 亿m 3 ) ( 亿一)( 亿m e ) ( m ) ( m 3 s ) 4 8 02 02 3 4 32 6 73 2 7 5 ， 4 1 63 7 8 5 0 42 12 3 3 l2 5 92 9 9 24 4 43 1 3 5 2 82 22 3 2 02 5 32 7 1 74 7 13 1 0 5 5 22 32 3 0 92 4 9 2 4 5 64 9 82 9 2 3 5 7 62 4 2 2 9 8 2 4 42 2 1 55 2 22 6 2 4 6 0 02 52 2 8 82 3 32 0 1 45 4 22 0 4 i 6 2 42 62 2 7 92 2 7i 8 4 75 5 82 0 4 6 4 82 72 2 7 12 2 51 6 9 45 7 42 0 3 6 7 22 82 2 6 22 2 0i 5 5 65 8 81 2 9 8 6 9 62 9 2 2 5 3 2 1 71 4 4 85 9 81 2 1 7 2 03 02 2 4 52 1 51 3 4 66 0 91 1 5 8 7 4 43 12 2 3 92 l l1 2 8 46 1 81 1 0 7 6 83 22 2 3 l2 1 01 1 5 46 2 81 0 5 7 9 23 32 2 2 42 0 71 0 6 66 3 71 0 0 8 1 63 42 2 1 72 0 4o 9 8 0 86 4 59 5 5 8 4 03 52 2 1 02 0 0 0 9 0 0 56 5 39 0 4 8 6 43 62 2 o l1 9 80 8 2 4 86 6 l8 5 8 8 83 72 1 9 31 9 40 7 5 3 66 6 87 9 8 9 1 23 8 2 1 8 9 1 9 30 6 8 6 86 7 47 3 9 9 3 63 92 1 7 41 8 80 6 2 5 76 8 l6 7 3 9 6 04 02 1 6 51 8 60 5 7 0 86 8 66 0 7 9 8 44 1 2 1 5 61 8 40 5 2 l l6 9 1 5 4 4 1 0 0 8 4 2 2 i 5 01 8 40 4 7 6 8 6 9 64 8 1 0 3 24 32 1 4 01 8 30 4