入海江河泄洪闸挡潮闸的设计洪水位分析计算.docx

文章编号: 1007 7596( 2014) 08 0085 03入海江河泄洪闸、挡潮闸的设计洪水位分析计算李勇泉( 福建省漳州市水利水电勘测设计研究院，福建 漳州 363000)摘 要: 通过福建省龙海市南溪下游河道整治工程、晋江市金井溪河道整治工程，对入海口起始水位的选定及潮水与洪水组合选择进行分析，了解到入海江河潮汐对洪水的顶托影响，以引 起对感潮段设计洪水位计算方法的科学应用和重视。关键词: 入海江河; 泄洪闸; 感潮; 潮洪组合; 起始水位; 设计潮型; 设计水位中图分类号: TV122. 3文献标识码: B来大暴雨和特大暴雨，南溪桥闸上游水位达5. 89 m，超 桥 闸 100 a 一遇校核洪水位 ( 原 设 计 4. 18 m )1. 71 m，为历史最高水位。堤防多处冲塌，程溪的官 园村、东泗乡的碧浦、水浒、渐山等村受淹，官园村水 深4 m多，堤防决口 42 处，坍塌 74 处，龙海市经济损 失 1. 6 亿元，历史罕见。南溪流域中下游防洪堤各段高低不一，断 面 边 坡陡，稳定 安 全 系 数 小，经 不起一场较大的洪水来 袭。南溪桥闸 1965 年由龙溪水利电力局设计，水闸 上游校核洪水位4. 18 m，游潮水位4. 4 m，确定闸 墩 顶高程 5. 00m。应桥闸和龙海市水利局及相关主管 部门的要求，对南溪桥闸下游河道的洪水位进行重 新设计2。1存在的问题福建省沿海入海江河下游水利工程的实际洪水位经常超出设计洪水位，沿海挡潮闸下淤积的主要 原因是建闸后上游径流量减少、落潮历时延长、流速 减弱、潮流量变小、潮 波 变 形、潮汐水道变化和围垦 不当等，闸下淤积影响了工程效益的充分发挥; 另一 很重要原因是设计洪水位计算不够合理。本文主要 分析设计洪水位的计算方法对 工 程 的 影 响，通 过 两 例实际工程设计洪水位计算的 分 析，对 一 般 工 程 的 设计洪水位计算问题展开讨论，以期对类似工程有 所借鉴1。2南溪桥闸下游河道整治工程洪水位计算2. 2计算分析成果南溪桥闸建成于 1966 年 12 月，20 世纪 80 年代2. 1 现状南溪位于福建省南部，属九龙江支流，流域面积660 km2 ，流经 平 和、漳 浦、龙 海 3 个 市 县，南 溪 桥 闸 位于南溪流域南溪河口上游18 km处河段。解放后，每逢影响大的台风暴雨，南溪流域多发生洪水，19591963 年曾连续发生洪水 5 次，以 1960 年“6. 9”洪水损失为大，良田受淹数千公顷，房屋倒 塌近千间，粮食损失数万担，伤亡百余人。进入 21 世纪后，发生了历史最大洪水。2006 年57 月，1 号强台风“珍珠”、4 号强热带风暴 “碧利 斯”和 5 号超强台风“格美”先后来袭，给南溪流域带以前资料不完整，现有南溪桥闸 19802006 年桥闸上游 和 19802006 年桥闸下游年最高位水位观测 资料、白水站 19812006 年、浮宫站 19702006 年 年最高观测水位资料。选取南溪下游浮宫大桥断面作为南溪下游河道水面线计算 起 始 断 面，起 始 水 位 以浮宫大桥观测潮位作为 设 计 依 据。 据 浮 宫 大 桥19702006 年 共37 a 实测年最高潮位资料，进 行 频 率曲线分析计算，成果如下:H = 4. 21 m，Cv = 0. 064，Cs / Cv = 14. 0( 1)根据浮宫大桥实测潮位资料分析，浮 宫 大 桥 最收稿日期2014 04 08作者简介李勇泉( 1979 ) ，男，福建漳州人，工程师，从事水文水资源分析及研究工作。 85 2014 年 第 8 期( 第 42 卷)黑 龙 江 水 利 科 技Heilongjiang Science and Technology of Water ConservancyNo. 8. 2014( Total No. 42)高潮位由最高天文潮位所产生，依据洪潮组合原则，可由上游总入流量某一频率设计洪峰流量及浮宫大 桥多年平均最高潮位值，即是该频率浮宫大桥的相 应起始水位。根据推求的各河道设计洪峰流量、断 面 糙 率 及起始水位资料，按伯努利能量方程式由下往上逐段 推求南溪桥闸闸下设计洪 水 位。 分析复核设计成 果、原设计成果与实际发生洪水比较，原设计成果明 显偏小甚多 ( 见表 1 ) ，复核成果偏大 4. 74% 。考 虑复核洪水标准略大于碧利斯台 风 洪 水，复 核 设 计 成 果与实际洪水位基本一致。修复加固大堤资金 371 万元。还有陈埭、东石、英林等乡镇海堤都遭受不同程度的破坏。2000 年 8 月 25 日第 10 号台风于 8 月 23 日上 午在晋江 市 正 面 登 陆，由 于这次台风风力强、范 围广、移动快、来 势 猛，使晋江市遭受严重损失，金 井、 钞岱一带村庄基本受淹，金井龙虾养殖场管理房 42 座被毁、损失 74 万元。应晋江市水利局及相关主管部门的要求，对金井溪下游港道挡潮闸闸前设计洪 水位进行重新设计。3. 2挡潮闸闸前洪水位计算设计潮型分析3. 2. 1表 1南溪桥闸闸下洪水位复核成果m金井溪由下游的养殖场港道经 9 孔拦潮闸流入围头湾，下游为感潮河段，其水位受河口外海潮位影 响，由于围头湾无长系列实测的潮位资料，因此围头湾的 设计潮位采用附近的崇武潮位站潮 位 分 析 成果。根据福建省沿海潮汐统计分析: 泉 州 海 域 属 典型的半日潮区，潮型呈比较规律的涨潮6 h、落潮6 h， 每日两个周期。以崇 武 站 1956 年以来潮位系列资 料( 其中 1993 年和 1994 年缺测) 年最高潮水位进行 排频计算，按 P线型进行适线分析，求得崇武站 年最高潮水位频率曲线成果为: 多年平均年最高潮 项目洪水位对比原设计成果复核成果 碧利斯台风4. 406. 185. 90明显偏小偏大 4. 74%112. 3原设计成果洪水位偏小的影响分析原设计按潮水定下游水位，没有考虑南溪桥闸 至河口距离有18 km，河 道 狭 窄，遭遇洪水时不可能 仅为潮水位，下游水位的抬高影响桥闸泄洪，使得原设计水闸闸门高度、泄洪净宽远远不足，使得桥闸上 游洪水排泄不畅，受灾频繁，极大影响上游地区的社会与经济发展。根据 本 次 分 析，对南溪水闸的更新 改造已迫在眉睫。水位为3. 73 m，变差系数 Cv= 0. 04，Cs / Cv = 19. 0;按极值型统计分析，成果为: 多年平均年最高潮水位为3. 73 m，均方差 S = 0. 247。崇武站潮位一般采 用极值型统计分析成果，崇武站年最高潮位设计 成果:33. 1晋江市金井溪河道整治工程洪水位计算现状金井溪发源于福建省晋江市金井镇新街，流 经H = 3. 73 m，S = 0. 247( 2)新街、新市、下 丙 等 村 庄，于金井镇的利生桥 ( 下 丙桥) 汇入下 游 养 殖 场 港 道，经 9 孔拦潮闸注入围头 湾，金井溪下游出海口拦潮闸控制 流 域 面 积24. 1km2 ，主河道长7. 0 km，平均坡降 1. 4。晋江市位于福建省东南沿海，属亚热带海洋性 季风气候区，同时也是台风活动频繁地区之一，由此 造成的台风暴雨、大 暴 雨，甚至特大暴雨时有发生; 加之流域中上游地处中低山地，暴雨洪水在中上游 汇流快，而下游地处平坦低洼的晋南海滨平原，受沿 海潮水与晋江洪水的顶托，洪水( 涝水) 出流不畅，极 易造成洪涝灾害。1988 年 10 月: 受 24 号台风和 9 月大潮的共同 袭击，沿海乡镇受灾损失严重，金井围垦海堤决口一处宽80 m，堤内19. 53 hm2 对 虾 养 殖 场“全 军 覆 没”， 场内设施遭 受 严 重 破 坏，损 失 1799. 5 万 元，堵 口 及 86 通过对崇武潮水位站资料分析，选 择 实 际 发 生过接近多年平均高潮水位的 1977 年 8 月潮位过程 线作为典型潮型，对选用的典型潮水位过程线进行 放大修正，从而确定外海潮水位过程线。3. 2. 2 闸前起始水位分析计算金井溪经过下游养殖场港道于出海口 9 孔拦潮 闸处注入围头湾。目前金井溪下游港道在养殖场内 的河宽较为平顺，河宽为 40 55 m。下游出海口处河宽突然增大，最宽处达210 m。出海口处的 9 孔拦 潮闸，每孔 闸 门 宽2. 8 m，闸 底 高 程 为 1. 87 m。本 次复核设计在工程可行性研究 的 基 础 上，对 下 游 港道进行清淤拓宽，增加上游河道作为河川半日型调 节水库的调蓄能力，本次起始水位计算根据下游整 治情况及闸排方式进行调洪计算确定。李勇泉: 入海江河泄洪闸、挡潮闸的设计洪水位分析计算第 8 期由滞洪容积、20 a一遇内江洪水过程线以及外海多年平均年最高潮水位过程线 等，结合涝区最高内 涝限制水位，应用水量平衡方程式进行蓄水排涝计 算，计算中当内河水位高于外海潮水位时开启闸门 排水，当外海潮位高于内河水位时关闭闸门，由此以0. 5 h为一时段进行滑动调洪试算，选取最不利条件 下的排涝流量和内江水位作为本次设计成果 ( 见表2) 。其中，水量平衡公式如下:( Q1 + Q2 ) t /2 ( q1 + q2 ) t /2= V2 V1( 3)3式中: Q1 、Q2 为时段初、末入库流量，mq1 、q2 为/ s;初段初、末出库流量，m3 / s;蓄水量，万 m3 。V 、V2 为时段初、末水库1表 2金井溪( 拦潮闸以上) 调洪过程表入库流量/ m3s 1过闸流量/ m3s 1段末滞洪量万 m3起始时间/ h外潮水位/ m内水位/ m闸门开启12 1. 6145. 045. 028. 70. 5控流13 0. 0354. 654. 628. 70. 5控流13. 30. 5061. 561. 546. 20. 5关141. 4977. 5082. 81. 1关关152. 861260112. 42. 1915. 53. 192020130. 53. 05关15. 553. 22210. 80134. 23. 22关163. 51290199. 8141. 53. 61全开16. 53. 62233233149. 64. 02全开16. 63. 64224228149. 64. 02全开173. 73189212147. 63. 92全开182. 98123158137. 23. 39全开191. 7293. 8130124. 42. 76全开200. 3476. 6118110. 42. 09全开全开21 0. 8165. 110096. 71. 6122 1. 5656. 589. 284. 51. 16全开3. 2. 3调洪演算分析4结语由于不 同的潮洪组合对调洪演算结果影响较 大，在以往的多次设计及研究报告已经确定，潮洪组 合按设计洪水和外海多年平均最高潮水位遭遇，因 此本次复核，主要分析外海最高潮位与入库洪峰流 量的不同组合( 见表 3) 对工程的影响。由表 3 可知， 经过不同组合的滑动分析计算，选择峰前潮后 1h 的 组合方式作为设计依据对工程的安全是最可靠的， 此组合可作为本区域设计洪潮组合的一般规律，可 起类似工程参考作用。表 3金井溪( 拦潮闸以上) 闸上洪水位复核成果m经过以上分析研究和实践表明，通 过 对 福 建 九龙江南溪桥闸闸下洪水位复核成果及福建晋江小流 域金井溪( 拦潮闸以上) 闸上洪水位复核成果进行分 析，了解到入海江河潮汐对洪水的顶托影响，进一步 认识和掌握起