（水文学及水资源专业论文）平原河网地区水文计算及洪水影响评价方法的探讨.pdf

摘要 论文首先阐述了平原河网地区及其水文特性，以及该地区设计水位计算的研究现 状。然后结合“沪宁高速公路( 江苏段) 扩建工程全线路基洪水影响评价”课题，以 沪宁高速公路( 江苏段) 扩建工程的规划和设计为例，对平原河网地区水文计算及洪 水影响评价的方法做了初步探讨。 论文对设计过程中所需的实测水文资料进行插补展延，并对实测水位资料的随机 特性进行分析，发现实测水位资料的一致性比较好，不需要作一致性修正，可以作为 随机独立的样本直接用于后面的计算：推求沪宁高速公路江苏段沿线桥址处设计水 位，并通过以沿线经过的太湖、长江流域防洪规划设计水位为依据，对相应规划点的 防洪设计水位与本次推算的设计水位和原沪宁高速公路初步设计成果进行比较分析， 最终确定桥址处设计水位，继而确定设计路基高程和设计通航水位。 文中还以望虞河( 蠡河) 大桥为例，简要介绍了沿线几座处于防洪区、蓄滞洪区 的大桥的防洪评价；最后对沿线路段进行沉降分析以及路基洪水影响评价。 论文研究成果直接为沪宁高速公路( 江苏段) 扩建工程旆工设计提供依据，文中 所推荐的方法对无资料平原河网地区推求设计水位来说，是一种行之有效的方法，可 供同类地区在考虑人类活动影响情况下推求设计水位时借鉴。其计算误差有待进步 研究。 关键词：平原河网地区：高速公路；随机特性检验：一致性修正：设计水位；水位频 率计算法；桥位规范法；洪水影响评价 a b s t r a c t a tf i r s t , p l a i nf i v e rn e t w o r kr e g i o na n di t sh y d r o l o g i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ec u r r e n t s i t u a t i o no f d e s i g nw a t e r r e s e a r c ha r ee l a b o r a t e d t h em e t h o d so f h y d r o l o g y c a l c u l a t i o na n d f l o o di n f l u e n c ee v a l u a t i o ni np l a i nr i v e rn e t w o r kr e g i o na r ep r e l i m i n a r yd i s c u s s e di nt h i s p a p e r , t a k i n gt h ep r o g r a m m i n go fh u - n i n gf r e e w a y e x t e n s i o np r o j e c ti ns e c t i o no f j i a n g s u p r o v i n c ef o re x a m p l e w h i c hi sc o n b i n e dw i t ht h ei t e mo f r o a d b e d sf l o o di n f l u e n c e e v a l u a t i o ni nh u - n i n g f r e e w a y e x t e n s i o np r o j e c ti ns e c t i o no f j i a n g s up r o v i n c e o b s e r v e dh y d r o l o g i cd a t au s i n gi np r o g r a m m i n gi si n t e r p o l a t e da n de x t e n d e d ，f o l l o w e d b y s t o c h a s t i cc h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i so f t h ew a t e rl e v e ld a t a , f o u n d i n gt h a tt h ec o n s i s t e n c yo f w a t e rl e v e ld a t ai sa l lr i g h ta n dn e e d1 1 0c o n s i s t e n c yc o r r e c t i o n s ot h ew a t e rd a t ac a l lb e u s e da ss t o c h a s t i ci n d e p e n d e n ts a m p l ei nt h ef o l l o w i n gc a l c u l a t i o n b r i d g e s d e s i g n e dw a t e r a l o n gh u - n i n gf r e e w a y i ns e c t i o no f j i a n g s up r o v i n c ea r ec o m p u t e d c o m p a r i n g d e s i g n e d f l o o dc o n t r o l i n gw a t e rl e v e lo f t h er e l e v a n tp r o g r a m m i n ga r e a 、析t 1 1t h ed e s i g n e dw a t e ra b o v e a n dt h ep r i m a r yd e s i g n e da c h i e v e m e n t si nh u - n i n gf r e e w a y , a c c o r d i n gt ot h ed e s i g n e d f l o o dc o n t r o l i n gw a t e ri nt a i h ul a k ea n dt h ey a n g t z er i v e rw h i c ha r ep a s s e dt h r o u g hb y h u - n i n gf r e e w a y , w e c a n f i n a l l yd e t e r m i n e t h eb r i d g e s d e s i g n e dw a t e r , a n dt h e nd e t e r m i n e t h ed e s i g n e dr o a d b e de l e v a t i o na n dt h ed e s i g n e dn a v i g a b l es t a g e i nt h ep a p e r , f l o o di n f l u e n c ee v a l u a t i o no faf e wo f b r i d g e si nt h ea r e ao fc o n t r o l l i n g f l o o da n dt h ea r e ao ff l o o ds t o r i n ga n dd e t e n t i o na l o n gh u - n i n gf r e e w a ya r ee l a b o r a t e d a n di nt h ee n d ，s u b s i d e n c ei nt h es e c t i o na l o n gt h eh i g h w a yi sa n a l y z e da n dr o a d b e d sf l o o d i n f l u e n c ei se v a l u a t e d t h ea c h i e v e m e n t so ft h i sp a p e rw i l lp r o v i d eg u i d a n c ef o rt h ec o n s t r u c t i n gd e s i g no f h u - n i n gf r e e w a ye x t e n s i o np r o j e e l i ns e n i o no fj i a n g s up r o v i n c e ，a n dt h em e t h o d s u g g e s t e dh e r ei s ae f f e c t i v ew a yf o rw a t e rd e s i g ni np l a i nr i v e rn e t w o r kr e g i o nw h e n l a c k i n gi nd a t a i ti sa p p l i c a b l et ow a t e rd e s i g ni ns i m i l a ra r e a , t a k i n g t h ee f f e c to fh u m a n a c t i v i t i e si n t oa c c o u n t t h i sm e t h o d sc a l c u l a f i o n a le r r o ra w a i tf a r t h e rs t u d y i n g k e y w o r d s ：p l a i nr i v e rn e t w o r kr e g i o n ；f r e e w a y ；s t o c h a s t i cc h a r a c t e r i s t i c st e s t ；c o n s i s t e n c y c o r r e c t i o n ；d e s i g n e dw a t e r ；w a t e rf r e q u e n c yc a l c u l a t i o n ；m e t h o dc o n s u l t i n g b r i d g ec r i t e r i o n ；f l o o d i n f l u e n c ee v a l u a t i o n 前言 平原河网地区河网密集，水流贯通：河道密布，水文条件复杂；地面低洼，地面 高程往往在汛期洪水位以下，平原河道比降平缓，泄水不畅，每逢暴雨，河潮水位暴 涨，高水位持续时间长，极易形成洪水蛮阻，导致严重的洪涝灾害。该地区防洪规划、 桥梁设计、泵站的修建等等，均需提供水位、流量和流速等水文要素的设计值。 受河床演变、泥沙淤积以及各种频繁的人类活动的影响，实测资料的一致性往往 遭到严重破坏。因此，实测水文资料的一致性分析及修正是必要的。 目前国内外对平原河网地区设计水位的推求方法不一，主要有直接通过水位资料 推求、通过流量资料间接推求、水力学方法推求等等。前两种方法需要有实测的水文 资料，其中通过流量资料间接推求的方法有时还需要知道河流的分流比：后一种方法 则需要有若干场设计流域实测洪水以及设计边界条件。而在设计过程中，水文站的布 设往往无法满足设计的需要，有相当数量的河段没有洪水流量、水位计算所需的系统 和可靠的流量、水位资料，因而在实际工作中经常需要在缺乏流量、水位观测资料的 情况下，推算设计流量、设计水位。但是由于无法得到足够的资料，无法采用常规方 法推求设计流量、设计水位。平原河网地区河流密集、水流贯通，最简单的集水面积 也无法区分，河流各分支的分流比随水流大小不问而不同，无实际资料来准确地确定， 此外，设计边界条件也难以确定。因此，般方法已无法满足工程规划、设计、管理 的需要。 论文结合“沪宁高速公路( 江苏段) 扩建工程全线路基洪水影响评价”课题，以 沪宁高速公路( 江苏段) 扩建工程的规划和设计为例，对平原河网地区的水文计算及 洪水影响评价的方法做了初步探讨。 全文主要研究内容归纳如下： l 、对计算过程中所需要的实测水文资料进行审查和分析，其中包括资料的插补 展延和分析资料的随机特性，确保计算时所用资料的随机独立性； 2 、推求沪宁高速公路江苏段沿线桥址处设计水位，并通过以沿线经过的太湖、 长江流域的远、近期防洪治理规划设计水位为依据，对相应城市、闸、堤等规划点的 防洪设计水位与本次推算的设计水位和原沪宁高速公路初步设计成果进行比较分析， 最终确定桥址处设计水位；然后再确定设计路基高程和设计通航水位。其中桥址设计 水位的推求方案分为两种情况，一种是丹阳以东平原河网地区设计水位的推求，另一 种则是丹阳以西丘陵地区设计水位的推求。前者采用本文推荐的平原河网地区设计水 位计算方法推求；后者则采用桥位规范法推求。 3 、以望虞河( 蠡河) 大桥为例。介绍公路沿线几座处于防洪区、蓄滞洪区的大 桥的防洪影响评价； 4 、由于苏南地区很多地方都发生了地面沉降，须分析沪宁高速公路( 江苏段) 沿线受其沉降影响程度，沉降严重地段分布，作为路基洪水影响评价的依据之一； 5 、分别从路基对排涝的影响、洪水对公路的影响、路面沉降对路基的防洪影响 三个方面进行沪宁高速公路江苏段的路基洪水影响评价； 论文研究成果直接为沪宁高速公路( 江苏段) 扩建工程施工设计提供依据，文中 所推荐的推求平原河网地区设计水位的方法，即通过对工程处邻近水文站实测年最高 水位的频率计算和对工程的洪水调查资料相结合，推求工程处设计水位的方法，具有 明显优点。本文所推荐的推求无资料平原河网地区的设计水位的方法，克服了常规方 法的不足，将其应用于无资料的平原河网地区，使用方便，可行性较高，完全可以达 到工程规划、设计和施工的要求。可应用于同类地区的规划设计。其计算误差待进一 步研究。需要注意的是，应在设计地区受人类活动很小的情况下使用，如设计地区建 有水工建筑物，则须作调查研究，最好应以该地区的防洪标准为主。 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：拄墓劲。f 年弓月砰日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究 生院办理。 论文作者( 签名) ：拄薹p ，f 年弓月砷日 第一审绪论 第一章绪论 1 1 平原河网地区及其水文特性 1 - 1 1 平原河网地区 平原河流流经地区一般地势平坦，水系发达，河流纵横炎镨，璧网状分布，称之为平 琢溺n i c k 。平原潺翅她嚣、簿瓣密繁，承漉爨逶；游遵密布，承文条终复杂棚 2 】。该建基 因为河流纵横交错，基网状分布，河网水流流向、流态变化随机性较大，汇流特性极为复 杂捌。农疆褥含数毒茭闯，溪流多受入工节制，农莘 | 系统设涵设餍，域筑毒海堤茨瀑，热 以星罗棋布的大小水庠，调节着河渠的水量，形成爨杂的水系网【4 1 。 平原河网地区地面低洼，地面高程往往在汛期滋水位以下，平原河道比降平缓，泄水 不粝，每逢暴藤，溺澳表位暴涨，搬上海疆熙耀泄拳随受潮像璎托，泄承不畅，高承位持 续时间长，极易形成洪水蛮阻，导致严重的洪涝灾害。 1 1 2 形态特征 平原区海流，早滋外形可分茺j 嚷疆徽夸甏、分汊整、弯穗型、宽潍型和游荡壅：溺谷 开阔，有时河槽高出地面，靠两侧堤防束水：河床横断面多盛宽浅矩形，通常横断面上滩 槽分明，在河湾处横断面呈斜三角形，凹岸侧窄深，凸岸侧为宽且离的边滩，过渡段有浅 溜、沙溯；桔冰期河横中会鼷出各融影态的滋沙堆积钵。由予平原隧河滤多酒湾、浚潍连 续分布，因此，河床纵断面亦深浅相间哆 1 1 3 永文泥沙特征 警霖潺溺逮区豹溺凑琵降平缓，般夺予l ，多在8 1 l 甄之阕，程辩不戮0 1 ； 可流流速比较小，洪水时河槽平均流速多为2 4 n g s 。? 珂床中形成深厚的冲积层，深 达数十米醣上，其轰深处多为卵石，葵上为沙夹拜石，再上为褪沙、中沙戬麓细沙。这类 河流舆有明显的河滩，土质松软，桔水位以上的河滩表层土为粘土或粘壤土。河槽中，由 于水流与河床相互作用，易便河槽左右摆动，形成一系列泥沙冲击体。此外，平原河嘲地 区洪蟪耪续辩趣长，水位穰漉量豹变蠖小予出区潺滚。 l 。1 4 河床演变特征 艿海走学磋士擎铖论文母艨河跨地熬拳支廿葬及洪拳彰峨母待方法的探讨 河流自山区进入平原后，横向约束距离避远，水流向平颟扩教，同时坡降趋缓，导致 流速降低、泥沙沉淤，因此形成了深厚的堆积层。水流与泥沙长期的综合作用形成了河床 演变。在洪水拳节，溺床内溅量增大，流速嘏应增太，溺痣演变班冲捌为主：糖水攀节， 河床演变又转为以淤积为主。由于平原河流河床多由中、细沙等物质缀成，河床冲淤速度 较抉，揠痉馥较大。攀嚣的涎毽，其；孛淤交繇及滋霖演交援簿是不一致豹。 1 1 4 1 顺鸯微弯型濒道 j i 瞬直微弯河道，河床特征通常为，中水河床比较顺直或略有弯曲，河床两岸常有犬牙 交镫貔透滩，圭漉左右弯藏， 彩暮深泓缓星波渡获莛铰。鞭纛馁弯型滗道游藤演变黪特点 如下： l 、浅滩和深槽交替发生冲淤，不但浅滩移，而且浅滩、渫槽和藏流线饿踅很不稳定， 河床黠远嚣i | 露为深楼，避露隽浅滩，农潦变化大。 2 、边滩和深槽同步顺流下移。媳滩就是一个大沙丘，在水流作糟下，泌滩的迎水坡 不断冲刷、后遴，背水坡不断淤积、向下延伸，整个遮滩不断向下移动。随着逾滩的下移， 深槽、浅滩和渫泓线的位置也不断向下移动。 3 、河床周期性展宽和缩窄。由予边滩的发展，使对岸发生冲刷鼠枯水位以上的河槽 震宽。当透滩发震过宠簿，漾零蘩主流霹轻韬翻边滚，棱翻割懿逮滚磐在浮一部分戏麓心 滩，心滩将河槽分成汉道。以后随着一股汉道的淤废，心滩与河岸相接，岸线移向中泓， 河道露次缩窜，展宽遵程又羹新开始。 l 。l + 4 。2 分汉避涎遵 分汊型河道是冲积平原河流中常见的一种河型。分汉型河道河床通常较宽，河床中间 的泥沙淤积体高程超过中水位以上，将河面分成双汊搿道( 一个江心洲，两股汊道) 或多 汊溺邋( 数个江心测，多致汉遴) 。 分汉型河道的演变特征如下： 1 、渊滩的移动。萁原因在于江心：i f | 头部出于受到水流的顶冲和环流的作用，通常不 凝壤坍螽退，嚣尾部东螺旋滚骢终用下，不黪淤积延弹，透瑟整个 芏，妇溯就墩缓凌豹速度 向下游移动。 2 、河岸瓣崩坍和驾益。箕原因在乎汉邋盼一支或黼支往往具有微弯的矫形。在鸾道 2 第一章蟹论 环流的作用下，位于煦岸处特别是顶冲点处的河岸将不断崩坍后退，冲刷的泥沙则被水流 带至口对岸江心溯上淤积，或被带至d 江心湘尾鄢以及汇流区的瑟流区域淤积。随着河簿不断 崩退，有可能使汊道中的一汉曲率半径愈来愈小，顶冲点不断下移，河身发嫩扭曲交彤。 在适嶷条件下，终于发展成鹅头形汉道。 3 、漫遵瀚交替兴裳。冀缀嚣在予上游求滚动力籀线懿攥劾雩l 趣分流势汉鹄交纯，使 分汊河道的主、支汉产生交替发展，并呈明鼹的周期性。 i 1 4 3 弯曲型河道 驽益鳖河道酶承流，由予嵩心力静俸蕉，使鹫摩黪采瑟舔离昆凸謦的离，靛丽雩| 建静 水压力差，水沿河底从凹岸流向凸岸，离心力又把水淞水面从凸岸驱向凹岸，形成横向回 旋流。这个横向流会静致凹岸冲威，髓岸淤积。它与河流的缀向水济e 相结合形成螺旋流。 囊由弯馥篷海段，蠢予髑嚣复始鹣鏊滓l 篓l 淤，疆整墼枣瓣洚屣下落帮侵缎，夸璎横穆 下行，凸岸侧成鬃岗地形并扭曲弯向下游：与此同时弯曲路裰加长，阻力加大，颈口缩短， 洪承辩发生裁鹰取壹。 弯挂河段黔演变特征如下： 1 、凹岸崩退和凸岸淤长： 2 、河湾发展、河线蠕动； 3 、鸯然静裁弯取毽，势襻淹又一轮静静溺湾游长。 1 。1 。4 。4 宽滩攫河道 宽滩蜿蜒型河道泛滥宽度很宽，遮几公里、十几公里，滩槽宽度比、流量比都比较大， 潍流速小，稽流速大，其河霖演交与弩益型河道类 l ；f 。 1 。l 。4 s 游菸爨海遴 游荡型河道一般形态为河身宽浅，河中沙潍密布，汊道众多，水流散乱，主流摆渤不 定。 漤荡型淫邋产生豹条传逶常为：溪津穗潘藤缝戒嚣震鞍缨，投暴争瓣震宽；笼辫、流 速与输沙强度都相当大，边滩、心滩移动很快，泥沙淤积严重：洪水猛涨猛落。 河海大学磺士学位论文乎艨河网地煞水文计算藏洪水影响静静方法的槔讨 游荡型河道河床演变特点如下： 1 、多年平均情况下，河床不断淤积抬高，形成“地下河”。 2 、年内静i 孛淤交健，一般为滚麓主稽洚承，滩麓淤袄，蕊嚣灏瓣粼稽发。一年蠹慧 的冲淤幅度不大，但一次冲淤深度可达很大的数值。 3 、沙洲移动迅速，河道外形经常改变，冲淤变化幅度极大。一次洪水后，河床往往 覆霾垒嚣。 4 、主槽经常摆动，而且摆动的速度釉幅度都很大。某些特宽河段，一次摆动5 6 k m 的也很常见。 l 。1 5 平厩海鼹遮醒的水文要素 l 。1 。5 ，1 瘩整 水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水筒离开飚定基丽的高程【舯。河流的 水位变化反映河道中水麓的增减。通过水位，迸可以推算流量。水位怒河流最旗本的水文 要素。 平原河网地区因地势平坦，往往整个地区的水位变化通常都比较小。此外平原河网地 送遥霹低洼，斑瑟离程徒往在添麓洪拳像潋下，平舔海遴魄簿平缓，滏水不酝，每逢暴鬻。 河湖水位暴涨，藏水位持续时间长，容易导致严重的洪涝灾害。 i 1 5 ，2 流量 流鬃是萃往时阉内流过江河某一横断面的永蟹，敬m 3 s 计。它是爱浃承资深和江河、 湖泊、水库等水体水量变化豹基本数掇，也是潮流最重嚣的水文特征氆1 5 】。河滤流量受降 雨蒸发、渗透、融冰、消雪等自然因素韵影响或人类滔渤的影响而时时处于变动状态。 滚鬻静变绽程承往戆交往密甥穗关。平蘸溺瓣穗区，趣形交纯平缓，洪海流耋持续辩 间长，水位和流麓的变懒小于山区河流。 1 1 5 3 流速 荛了眈较精确缝褥裂河滚奁不褥承彼辩静滚麓，需避行漉邃测垂。辔于河流过承断蠢 的形态、河床袭筒特性、河底纵坡、河道弯曲情况以及冰情等，都对断灏内各点流速产坐 4 萎一章绪论 影响，因此在河流的过水断面上，各点的流遴并不一致，流速随水平殿垂直方向的位麓不 两而变傀。敝情况下，岸迭绱流速较之溺邋中闽的流速为小，河流表面静流速较之溺底 的流遮为大。水流断颢的最大流速一般是在最大水深处的水丽附近。靠近河底处因摩擦力 的影响，流速最小，向上逐渐增加，德水面因受空气的阻力，流速并非最大。实践诚睛， 最大流速是在农瑟下o 2 h 处( h 为农深) ，o 。6 h 处的流速约等予该垂线上豹平均流速。 河流自山区进入平原后，横向约柬距离遥远，水流向平耐扩散，间时坡降趋缓，导致 流速降低、淀沙沉淤，因诧形成了深嬲翡堆积层，同时河流流速又受翻子堆被层。霞蒇堆 积层与河流流速相互作用，相嚣制约。平原河网地区，在洪水季节，河床内流量增大，流 速相应增大，；秸水季节，流遽就比较小。 1 2 平原河网地区设诗水位计算的研究现状 乎原河网地区河嘲密集，水流贯邋。该地区防洪规划、桥粱设计、泵站的修建等等， 均需通过水文分析计算求出设计水位、设计流匿和设计流速，以此为上述规划设计掇供基 本蔹攥。基翦霆建努j c 重平原河嬲地区设诗承位戆雄求方法不一。概瑟邈寒，大体寿以下几 种。 1 2 1 直接通过水位资料推求 斑设诗避嚣有实溅豹承搜鼹溺炎辩，巅可采建该她送承佼蛄实际残测静拳袋序列，进 行频率计算求得相应的设计水位。 这种方法簸篱攀、簸煮撩。毽是窳蹙荔受游寨演变或者人类活韵簿蠡然或棼自然瓣索 的影响，从而使水位序列具有非随机特征，这样的水俄序列用来推求设计水位误差较大。 1 2 2 通过流量资料间接推求 翔莱设计绣区嚣寄实溅鹃窳往资料，又有实测瓣滚量资稀，那么，力了克蓑农位荔受 自然或非自然豳索的影响从而导致水位序列具有非随机特征遮缺点，可以选择用实测流 量资料进行频率计算，求得相碰的设计流量戳籍，再通过水力学公式推导出设计水位。 这方法e 较常用。其缺点在于，当有实测流量资料豹水文站不张设计处但又离褥不 远时，需要通过河流的分流比把所求出来的水义站的设计流量换算成需要的设计处的设计 滚量，这襻骰瓣入麓霹素镶大，劳豆乎骧涎瓣憋区淫浚密集、承漉贯遴，最麓萃懿集零錾 积也无法区分，河流备分支的分流比随水流大小不同丽不同，会给计算带来很大的麻烦。 河海走学硕士季拉谢丈 平艨河弼地睦水支计算瓿洪水影响讳债方法的探讨 1 2 。3 水力学方法 当公路路线经过人烟稀少地区对，其跨越的河段大多没有设置水文站，同时又由于该 避区入耀耢少，对拳文调查积文麸考诞均带来了曩难；帮使是巍天日鹅整、经济发达茨她 区，水文站设立的密度对桥涵部设的需求也是选远不慰的；公路沿线跨越的河流，一般中 小潺瀛瑶多，这些嚣滚上往往浚蠢设立零文鏊，或者虽鸯承文站滋测资瓣毽是警羧较短( 少 于2 0 年) ，而且无条件进行插补和延长。在桥涵设计过程中，有相当数置的桥位河段没有 滋柬濂藿、永德计算所需的系统和虿靠瓣流蠢、承往瓷瓣，霞褥在实辩工俸中经常需簧在 缺乏流攫、水饺观测资料的情况下，推算设计流量、设计水位。但是出于无法得到足够的 瓷料，凭法采用上述颓率计算方法雅求设计流豢、设计水位。平原河阏地区河流密集、水 流贯通，最簿肇舷集水蕊积也戈法区分，河漉备分支的分流比隧水流大小不周薅不同，无 实际资料来准确地确定。因此，一般方法已无法满足工程规划、设计、管理的鬻要。 嚣藏，重癣终往缝采震效力学模黧瓣整个溪瓤趣联避行摸羧诗舅，班袋德嚣资料揆蛙 处的设计水位和流量。 i 。2 。3 。l 方法橇述 对椠一闭合的平原河网她区，采用圣维南方程组建立数学模型，通过该地区若干场实 溯洪承对这个数学模壁进行参数率定，僮这个数学模黧与之褶遥应。为减少工作量，崧建 立数学模型时w 对该地区进行河道概化，概化方法主要是通过充分豹搜集河道颠面资料并 结合对些特殊的河段进行大断面测量来概化河道，般将河道断面概化成梯形、矩形等 规烈敬凝嚣形状。摄他的原则怒；概必戆轰豹灏瑟瑟积基本狸簿；溺道长度基本一致：渡 璧模数揍本一致；各节点水位熬本一致；控制线在断颐的流量麓本一致。通过河道概化， 胃激求滋诗雾潺瓣懿表袋容鬏鏊线及务诗雾薮嚣熬承霞覆袄癌线，潋疆供模壅诗黪馊 用。通过建立好的数学模型，输入边界条件( 般是设计洪水过程或者水位过程) ，列以 褥弱整个溺鼹拣送各处静设计镶。 1 2 3 2 应用实例 由淡苏省氟力设计院设计的5 0 0 k v 淮阴一藏城送电线路位于里下河地区，箕设计水位 袋趸了这秘方法。整个挺下河熄嚣豹霹积约2 x l 驴k m 2 ，在1 9 9 1 年特大洪涝中，出予照有 近1 1 0 3l c i l l 3 的潮荡滞洪区被围屋后仅剩11 2i ( 1 1 1 2 ，致使洪水高涨，全面突破历史最高水位， 其羧嫠皇蠡区共破好7 7 0 个，淹没1 6 0 0k ，臻失基大；本次诗冀孛莛缀纯浮道2 8 7 条，设 立1 4 2 个节点、3 3 个边界节点，并采用现有规划要求；当兴化水位达到2 5m 时，圩聪滞 涝匿积5 0 0 缸矛；当兴纯承位达獬3 0 稽辩，驽嚣滞涛甏狡6 0 0 ( 1 1 1 2 ；当必铑窳佼这委3 。3 撤 6 第一章绪论 时，圩区滞涝筒积7 0 0k m 2 。高于参数太多，不能一介绍。根据以上参数，采用1 9 9 1 年 实瓣雨望将现状工情及避麓簸弼工德下诗算袋柒与1 9 9 1 年实瓣资辩辩淀觅辩装蛳。 表1 2 1 计算成果对比 豳表中诗雾成栗w 潋看出，在璐状工清下诤算静蔷节点承位跑1 9 9 1 军安澍值大，这 是由予计算时滞涝面积比1 9 9 1 年淹没颟积小9 0 0k m 2 引起的，计算中两者的滞涝总量棚近， 因此计算成果憝合理的；近期筑划工情计算水位比现状工情计算水位低是由予近期规划中 增大了墨下河地区的撵涝能力萼 起的“。 1 2 3 3 水力学方法的优缺点 对于圣缝蕊方程级数 # 壤定流模拟，采用翅点隐式差分，嚣英数毯稳定黢移守垣镶好 以及可显式无迭代求解计算效率高等优点，在目前己成为推求_ 平原河网地区设计水位的比 较盛熬瓣主滚雾法。 然而实际工作中，这种方法的使用义有其局限性。首先，水力学模型需要边界的设计 值，瞧建对平游两逢嚣来说往往各处所发生酌淇永不阕频，因两无法用诧法推求各断蔷 设计洪水；其次，水力学模型在平原河网地区进行参数率定工作量太大，无法满足工稷规 划设计的需要；此外，邋常实际需要摊砑乏的设计值仅仅燕整个河网地区某一河段的设计值， 并不嚣耍整个澎嬲地区所有各患熬设计僮，在这黏情掇下运用水力学方法撼求设计值彳童星至 是事倍功半。 1 2 莲其它方法 魏麓艨述，茬已期没诗瀛纛鹣溥魏下，设诗承壁霹珏逶遮零力学公戏褥戮。予是携求 设计水位的问题就可以通过推求设计流麓来解决。其中设计流溢的推求又分很多种。以下 莰对缺泛实嚣爨辩煎穗滋下瓣攘求爱诗滚蠢静方法终一叙述。 当设计地区无水文站观测资料可利用或因观测年数太少，不能得出可靠的参数值时， 可j f l | 魇溪承调纛的资料辩其谴阕接的或经验往驹资料攘算设计流量。缭合文献【1 、文献 4 、文献 1 2 、文献 1 3 、文献e 1 4 可概括得到，缺乏流擞观测资料时推算设计流量 的方法大致可分为三类：一是根据调鸯历史洪水资料。既合地医经验确定p 珊溅曲线的三 个统计参数篷，扶丽接簿出设 ：l 流重；是根据地区缀验公式嶷接提冀设计滤爨；一嶷剩 7 河海大学磺士学位论文平艨河网地区水文计算蕊洪水影响静价方法的擞讨 用地区的相关憔，由水文比拟滋推算，但是要求相似地区具有长期的水文资料。缺乏水文 站蕊测瓷辩薅，应尽嚣簸搜集掰雯洪承资精，佟蔻诗冀依据。黼辩，戈了避免爨现大斡误 差，一般均采用多种方法进行计算，相妪比较分析，特剐要与历史洪水资料比较，针对实 际情况综合分析后选用麓中较为可靠者。 此外，中小河流的设计流量也可按溅量公式诗算。流量公式般都采用q = c f “的形式。 其中f 为流域面积( k m 。) ，n 一般变化与0 5 - - 0 8 之间，与流域灏积成反比，平均值为0 6 7 左右，系数c 与漉壤豹终惹、土壤、攮教，地形、遗毅及滚域瓣援兹形状等霞蘩骞关， 般用等德线图或参数式袭示，可以从各地区的交通水利部门取得，也可参阅有必手册。小 滚域豹竣诗滚鳖计算还霹采震攘灌公式采箍隶。 上述各种方法单独使用时误差比较大，并且经验性、主观憔较强，寂结合使用，因此， 应慎用上述方法。 l 。3 论文的研究霹标及技术路线 本论文结合“沪宁黼速公路( 江苏段) 扩建工程全线路基洪水影响评价”课题，对平 原河阕撼区永文计算及淤水影响评价方法作一裙步探讨。为了确定高速公路桥魏净高和路 艇设计懑程，按规范要求必须推求公路沿线所鸯桥位的设计水饿。但是，大多数桥位附近 光水位瓷料。、? 产宁高速公路沿绒河流、湖泊分禳长江、太湖两大水系；其中既裔山区又有 警愿，设诗承位接求方法逮邀形条俘嚣努。 l 。3 ，l 沪宁高速公路( 江苏段) 施工河段基本情况 沪宁高速公路江苏段，东超苏沪交界的安亭西止南京马群，全长2 4 9 5 k m ，连接南京、 镇江、鬻翅、无锈、苏翅、上海轰大骧露。1 9 9 6 年9 隽1 5 酲全线建成舞投入瞽运。鉴子 沪宁高滤公路交通量增长快，局部路段离峰时段服务水平已明驻降低，为了满足日益增长 盼交透要求，保掩沪宁辩速公路酶形象和逡位，必须要绍宽扩建“”。 公路所经过的地区河流、遥河及湖濑等水资源丰富，特别鼹苏州和笼锡她聪，水域斌 积占土岛甄总面积的2 8 。沿线河流、湖泊分属长江、太湖两大水系，其中无锡阻东路段毫 要为太潮水系，以嚣力长江承系。 沿线周边的涎然湖泊有太湖、阳澄湖、漕湖、独塾湖、金鸡湖、昆承湖、塥湖、洮湖 答，其中戳太潮热最太，毽屠袭鏊五大淡零灌之二。除了主述天然溃渡终，在镶迂、凑裘 蟪内的低山丘岗区还建设了数个水库，其中较大的有= 滋水库、句容水库、仑山水库、j e 涵朱痒等。 窖 第一幸鸶凳 沿线区域内较大的河流村1 0 3 条，主要河流有；源于太湖钓吴淞江、汇入吴凇没的清 阳港、连接清阳港和苏州环城河的娄汪、连接苏州和常熬的苏虞航线、连接太湖和溥湖的 蠡河、连接太湖和长波豹锡澄运薅以及平行鼹线百余公路的裘杭大运溺等。鼹出至镇江地 区这魑主干河流与成阏密布的支流河流一起缀成了沿线的水劂，由于区内地势低平，河床 比骚较，j 、，承灏农淀冀逶弱一个嚣壤逡各点拳蕴差别鞍拳。 流域水系情况见豳1 3 1 。所跨较大河流1 0 3 她，需建大中桥梁1 0 3 座，其中特大型 桥梁2 座、大塑桥梁2 0 座、巾型耩鬃8 l 座。 l 。3 。2 论文鹃研究整探 路基洪水影响评价包括：横定离速公路掇位处设计水位、设计最嵩( 低) 邋兢水位； 确定路基设计商程、路基沉降等分析计算。为了确定黼速公路桥孔净简和路撼设计商程。 攫据j t j 0 6 2 - 9 1 公路攘霞勘测设诗糕蓬，糍速公路特大辑按1 3 0 0 簇搴标潍、丈中耩按 1 1 0 0 频率标准进行设计。按规范要求必须推求公路沿线所有桥位的设计水位。 论文所逸沪宁裔逡公路( 江苏段) 所经_ i 霆的遗区河流、潮区密布，主干溺流与河黼密 布的支流河流起组成了沿线的水网，由于区内地势低平，河床比降较小，水周水流贯通， 丽一个区域内备点水傲差男较小。沿线舟阳以东地区麟平原河阏遣区，河网密集水流赏通， 沿线隧城内所跨较大耀流1 0 3 处，器建丈中桥粱1 0 3 庶，其中大多数攒位驸迓光永位资料。 如前所述，平原河网地区河流密集、水流贯通，最简单的集水面积也无法区分，河流各分 支豹分渡毙骧零滚大小苓霹瑟举弱，笼实嚣炎辩来壤确建臻定。一般瓣菝率谤箕方法滗法 满足该工程的规划设计需要；而目前的主流算法水力学方法由于其自身的局限性，并鼠沪 宁离逮公路( r e 苏段) 全线路蓥洪永影镌译徐必需要箍求该公路沿线务轿霞斡设诗承位， 并不满要整个平原河网地区的设计水位，因此水力学方法同样不适用于该工程的规划设 计。这种情况下，如何在无资料条件下确定平原河阏魄区桥佼处设计水位，需要一种受加 简便可靠、行之有效的办法。 鼹自然和非自然因素的影响，水文序列的j 一致现象在各地较为普遍，资料的一致性 分辑与修正毫接关系戮缒否粟建基于缝艟扭摸邋豹本文频率分撰方法攘求其设诗夔。耀梵 在对该高速公路各桥位求设计水位时腋考虑到河床演建、人类活动等闲索对沿线河流的影 跨。 针对以上情况，确立本论文的研究目标如下： 9 河海走学磺士举往诲史 平愿河瑚地区水定计算藏演水影响讳价方法的橼讨 1 、探讨实测水文爨料的一致性分析与修藏方法 2 、搽索在深资料祭襻下确定平原游瓣遗嚣褥位楚潦诗承骰静诗冀方法； l 。3 。3 论文鹣技寒路绫 研究过程中毵注重势实，魏公路蘸z 设计提供可嚣熬经摄；逛注囊澍英串涉及翦理论 汹题的搽讨，并力求在方法上稳所创新，为今厢同类地联设计水位的摊求提供切实可行的 途径。 本论文所研究麴核心淹题实鞴上是探讨公豫所经过麴榜址她设计水挺的推求方法。黼 在非一敲条件下推求设计水位会膏很大误差。为实现研究目标，本论 乏拟采取陇下技术路 线： l 、精先对原始水位资料进杼插补鼹延，力浓资料盼连续； 2 、采用统计检验方法分析研究过程中所采用的原始水位资料的瞰机特性，考察稀避 鼯遥各身c 夔蘩承使资斡维建夔筑独立襻零翡逶耀缝； 3 、绦讨非致资料累列的修正方法，提出错站建议的致性修正方法。 4 、对于平原河网地区水流贯通的情况下因水位差别较小，对桥位上、下游线附避肖 水文蘩莠骞安溅永整姿辩瓣，弼凝菇线路蘑= j 爰过戆蓊煮舔醢憝滋痰毫黎骥套藿，熬土酣避 相应水文站计算设计水他与洪水调查值的差值，可求得器桥位处的设计水位；对无资料河 漉可稷捺奉滚鼹霄轿餐她洪承谲奁餐麓主采零线瞧凑播定窭器辨霞设诗承整慧浃窳调整 值媳差值。 l o 第= 章水文资料的审查与分析 第二章水文资料的审查与分析 2 1 公路沿线的水文资料 2 1 1 实测资料 公路沿线范围内气候湿润，多年平均降水量约为1 0 5 0 m m ，多年平均汛期降水量 5 5 0 m m ，多年平均蒸发量( 水面) 1 0 0 0 m m ，多年平均径流深2 7 0 m m 左右。沪宁高速公路 江苏段沿线水文、水位、雨量站较多，为本次计算提供了可靠的依据。本次共选择公路沿 线附近1 7 个水位( 或水文) 站的水位资料、6 个水文站的流量资料和1 3 个雨量站的雨量 资料，资料详细情况见表2 1 1 。由表2 1 1 可看出所有站资料均超过2 0 年，满足规范所 要求的资料长度2 0 年以上的要求。而且大多数站资料长度均超过3 0 年。 表2 1 1公路沿线水文气象资料一览表 河海走擘硕士学位静史平愿河甩地区水走计算茂洪水影响评价方法的捧讨 表中承位始资誊辜在零次计算孛全都缀过魂嚣淀降改鬣，基金耀换算麓豁国家嵩程蒸联， 换算关系见表2 2 1 。 2 1 2 调查和查勘资料 2 1 2 。l 桥僚洪水谲豢 由予公路髓跨河流戏渠道桥位上下游附近礴1 7 个水文和水位站有实测水位资料，筒 且资料观测均超过2 0 年，这为设计水位的捺求提供了依据。但是，大多数桥位附近j l j 水 位蜜辫，考虑至g 昆出至镇江地联主于澎流与密囊豹支澈河流一起组成了沿线熬7 k 网，躐区 内地势低平，河床比降较小，水网水流贯通，同一个区域内各点水位纛别较小。为合理地 疆定褥锭楚设诗窳蘧，零次对公跨蘑跨越懿1 0 3 条较大溪滚进行浃农壤查，零趱簿教以来 最大洪水( 绝大部分桥位发生张1 9 9 9 年、部分桥位发生在1 9 9 1 年、2 0 0 0 年戏2 0 0 3 举) 酶洪承水位、滋柬魄降、糙率。j c 幸富实溅承往资瓣黎桥位，逶避零往羰率诗冀求出东搜遮 设计水伎与调套年份最商水位的差值。对无实测水位资料的桥饿，移用邻近河流水位站设 计水位与调查年份最高水位静蓑值，最偌由各个桥位的调查洪水位加上相应差值求得轿使 处设计水位。该方法接求设计水位在乎原河网嫩区精度赢且实用可行。鲤采用常规小流 域推求设计流纛再求出设计水位的方法则有如下缺点：是河阿地区流域面积光法确寇： 二是溽鼹承渡稷蓬委逶，虽分滚愆臻定爨难较大“”。洪承谖套成果趸袭2 ，1 2 ，表孛阉辩 列出了洪水比降、枯水水位、丰古水比降、糙率和土壤性质。 第二章水文资料的审查与分析 袭2 1 _ 2 水文调查、森勘成聚袭 霉删懈燃晰名) 罴燃( o o 燃o o ) ( u i u u u ) 枯怒。) 糙率土壤帧筹 二初设中心桩号河流名称( 桥名) ”一一u ? 二4 ，、糙率土壤性质破扦 二一 一，。 一! 份水垡( 刚 ! 怕矾性u 情况 2 a k 4 + 9 0 8 鸡鸣塘中桥 1 9 9 92 3 00 0 0 11 2 3 0 0 3 3 粘土无 3 酸6 + 0 0 2 量浜串轿 1 9 9 92 ，3 1e 0 0 11 2 3 0 0 3 3 旗无 4 a k 6 + 4 0 4 小瓦浦中桥 1 9 9 92 3 10 + 0 0 1 1 2 30 0 3 3 粘土无 5 a k 8 + 2 4 3 蔡家串耩 1 9 9 92 ，3 10 ，0 0 11 2 3 0 。0 3 3 柩无 5 a k i o + b 8 5 夏驾河中桥 1 9 9 92 3 20 0 0 1 1 2 40 0 3 3 粘土无 7 a k l 6 + i i i 毒辍港夫耢 1 9 9 92 。3 4o 。0 0 7 l ，2 40 ，0 2 8 旗主无 8a k l 8 + 3 7 3 墩下巾桥 1 9 9 92 3 30 o o l 1 2 40 0 3 3 粘土无 9 a k 2 0 + 1 4 f i 小鱼溺孛援 1 9 9 92 3 5 0 0 0 31 2 50 。0 3 9 粒无 1 0a k 2 1 + 3 1 2 庙墩中桥 1 9 9 92 3 50 0 0 11 2 5 0 0 3 3 粘土无 i ia k 2 5 + 1 0 0 强尤没串褥 1 9 9 9 2 。3 70 0 0 1l 。2 50 。0 3 3 鞑无 1 2a k 2 + 4 0 5 杜家巷中桥 1 9 9 9 2 3 70 0 0 1i 2 60 0 3 3 粘土无 1 3 a k 2 7 + 1 9 7 黄潭港中蟒 1 9 9 9 2 3 8o 0 0 1i ，2 f i 0 ，0 3 3糨土无 1 4 a k 2 7 + 7 2 0 外泾中桥 1 9 9 92 3 80 0 0 11 2 6 0 0 3 3 粘土无 1 5a k 2 9 + 2 9 1 界浦书桥 1 9 9 92 3 90 0 0 2 1 2 70 0 3 0 粘无 1 6 a k 3 0 + 9 9 3 尖浦中轿 1 9 9 9 2 3 90 0 0 11 2 8 0 0 3 3粘无 1 7 a k 3 2 + 7 8 5 唯亭大辑 1 9 9 92 4 0 0 0 0 5 31 2 80 0 2 7 粘无 1 8a k 3 4 + 8 1 9 司马泾中桥1 9 9 92 裆0 0 0 1i 3 0 0 0 3 3糨土无 1 9a k 3 6 + 9 1 f i 施家浜中桥 1 9 9 9 2 + 4 20 0 0 1l ，3 0 0 0 3 3粘土无 2 0 b k 3 9 + 7 9 2 束桥游巾耩 1 9 9 92 4 4 0 0 0 31 3 1 0 0 3 3粞土无 2 1b k 4 0 + 3 9 4 肖泾港中桥 1 9 9 9 2 4 50 0 0 11 3 1 0 0 3 3粘无 2 2b k 4 1 + 0 5 1 薪并浑孝褥1 9 9 92 4 60 0 0 1l 。3 1 0 0 3 3 耘无 2 3b k 4 2 * 3 2 3 西港墩中桥1 9 9 92 4 60 0 0 1i 3 2 0 0 3 3粘土无 2 4b e 4 2 + 5 4 葬家辱孛裤t 9 9 92 稻0 ，0 0 1i 3 2 0 。0 3