以莲塘河为例探讨中小流域水文水利分析计算,水文学论文

以莲塘河为例探讨中小流域水文水利分析计算,水文学论文莲塘河流域位于广东省恩平市东北部，潭江中游左岸，是潭江流域〔流域面积6026km2〕的一级支流，属珠江三角洲水系，流域面积252km2，干流全长44km，平均比降4.77。流域起源于天露山脉的五马巡朝岭与天露山主峰之间，向东南流经牛江、沙湖二镇，在沙湖镇汇入支流上关村河、杨桥河，于沙湖镇蒲桥处汇入潭江主流。流域上游建有西坑、宝鸭仔2宗中型水库，华而不实西坑水库集雨面积76.1km2，宝鸭仔水库集雨面积25.0km2，扣除这两宗中型水库后的区间集雨面积150.9km2。流域内建有西坑水库雨量站，主要水利工程有金贵水闸、沙湖水闸等。流域水系示意图见图1。莲塘河流域上游多山，下游为低丘平原区，河道弯曲淤浅，水文特点是雨量充沛、暴雨多、洪水峰高量大，汇流时间短，且汛期长、台风猛，而流域下游堤围矮小、堤身薄弱，堤顶高程低，洪水期常造成堤岸垮塌，严重影响防洪安全，因而需要对其进行综合治理。1.2技术道路莲塘河流域治理工程主要措施为堤防达标加固，而堤顶高程确实定，必须根据河道设计水面线，水面线推算的关键是设计洪水和起推水位确实定。莲塘河流域属典型的中小河流，缺乏实测洪水及水位资料，且上一级河流潭江当前也没有长系列流量测验资料；另外，潭江流域上游锦江为广东省暴雨高区，其设计洪水与莲塘河设计洪水往往不是同频发生，潭江上游暴雨期间莲塘河河口受洪水顶托作用明显[1-2]。根据莲塘河流域的详细情况，确定水文水利分析计算的技术道路如下：首先分析莲塘河与上一级河流潭江的洪水遭遇情况[3-4]，确定莲塘河水面线计算采用的遭遇工况和起推水位；然后根据设计洪水地区组成规律[5-6]，由莲塘河流域的设计暴雨推求设计洪水；最后根据确定的洪水遭遇工况，推求莲塘河设计水面线。2洪水遭遇分析2.1分析方式方法与基础资料选取进行洪水遭遇分析时，分两种情况：当莲塘河发生年最大洪水时，相应潭江的洪水对应情况为以莲塘河洪水为主潭江洪水相应的遭遇情况；当潭江干流发生年最大洪水时，相应莲塘河的洪水对应情况为以潭江洪水为主莲塘河洪水相应的遭遇情况。莲塘河流域无水文站，其实际洪峰流量难以确定，因而采用雨量资料间接反映的方式方法进行推求，即以西坑水库雨量站最大24h和最大72h降雨量代表莲塘河流域内的降雨情况，假定发生年最大降雨量时，莲塘河相应发生年最大洪水。潭江干流中上游仅有潢步头水文站，有1957―1982年的水位资料，潢步头水文站距莲塘河河口约4km，中间无其它支流汇入，因而以潢步头水文站实测水位代表潭江洪水情况。2.2以莲塘河洪水为主时遭遇情况对西坑雨量站1964―2007年的年最大24h、最大72h暴雨资料进行频率计算，在实测系列中找出与不同频率设计暴雨接近的实测暴雨值，并分析潢步头站相应的水位及其在年最高水位系列中的相应频率，见表1。由于潢步头水文站只要1957~1982年的水位资料，因而仅列出在1957―1982年之间发生的与设计降雨量接近的实测雨量。从表1能够看出，莲塘河流域内发生较大降雨量时，相应潢步头水位较低，均小于潢步头年最高水位的均值〔7.47m〕。华而不实1976年9月20日实测最大24h降雨量接近10年一遇设计降雨量，相应的潢步头水位稍大〔6.42m〕，但仅相当于设计水位的81.0%的设计值，比均值小14.1%。讲明在现有水文资料系列中，当莲塘河发生较大降雨时，潢步头水位较低，未出现莲塘河设计暴雨碰潭江干流设计洪水位的遭遇情况。2.3以潭江洪水为主时遭遇情况对潢步头站1957~1982年的年最高水位进行频率计算，在实测系列中找出与不同频率设计水位接近的实测水位值，并分析莲塘河相应的降雨量及其在年最大24h、最大72h降雨量系列中的相应频率，见表2。【1】从表2能够看出，潭江干流潢步头站出现设计洪水位时，相应莲塘河24h、72h降雨量均很小，其值小于年最大24h、72h降雨量均值〔分别为150.08mm、249.52mm〕。华而不实1965年9月30日实测潢步头年最高水位接近20年一遇设计水位，相应的72h降雨量稍大〔221.7mm〕，但仅相当于流域年最大72h降雨量42.1%的设计值，比均值小11.1%。讲明在现有的水文资料系列中，潭江干流出现设计洪水位时，莲塘河流域内降雨较小，未出现潭江干流设计洪水位碰莲塘河设计暴雨的遭遇情况。根据以上分析，莲塘河洪水与潭江干流洪水未发生同频遭遇的情况，水面线计算时，可采用莲塘河设计洪水碰潭江干流多年平均最高水位，及莲塘河多年平均暴雨洪水碰潭江干流设计洪水位，并取两者的外包线作为设计水面线。3设计洪水计算莲塘河流域面积252km2，上游西坑、宝鸭仔两座水库的集雨面积为101.1km2，占流域总面积的40.1%，因而必须考虑水库的调洪削峰作用。根据设计洪水的地区组成规律，莲塘河设计洪水主要由两部分组成，一是西坑、宝鸭仔水库的下泄洪水，二是区间设计洪水，对莲塘河最不利的洪水组成是暴雨中心在区间，即以区间为主、水库相应的洪水，此种洪水组成水库对洪水错峰削峰的作用最低，因而，计算莲塘河设计洪水时主要计算这种情况的洪水。首先采用广东省综合单位线法及推理公式法分别计算莲塘河全流域〔252km2〕及区间〔150.9km2〕的设计洪水，并协调两种方式方法的设计洪峰流量相差不超过20%，经比拟后采用广东省综合单位线的设计洪水成果；水库相应设计洪水由全流域设计洪水减区间设计洪水求得，并根据两宗水库的面积比进行分配。然后根据西坑水库、宝鸭仔水库的调洪原则，分别对两宗水库进行调洪演算，求得水库下泄洪水经过线。将莲塘河区间设计洪水与西坑水库、宝鸭仔水库下泄洪水经过按同时段叠加，求得莲塘河河口设计洪水经过线。莲塘河设计洪水成果见表3。【2】4设计水面线推算4.1地形资料及糙率选取河道地形资料采用2018年4月实测的河道地形图，计算断面的选择和间距充分考虑河道的过流断面形态和平面形态，水面线计算河段总长13.86km，计算总共选取了52个断面，断面平均间距约266m，计算断面基本上能反映莲塘河的实际情况。由于流量、水位资料的缺乏，无法对莲塘河的糙率进行率定，参考(水力学〕[7]中天然河流的糙率值，结合莲塘河流域实际情况及潭江干流水面线计算时采用的河道糙率，计算时选用综合糙率为0.025。4.2河道分段流量及起推水位莲塘河河道流量分段计算主要考虑支流汇入点，将计算河段分为下凯~关村、关村~成平、成平~蒲桥3段，各段设计洪水包括计算断面以上区间设计洪水及两宗中型水库的下泄洪水，华而不实区间设计洪水根据莲塘河区间洪水由水文比较法求得，区间洪水与水库下泄洪水按同时段叠加即可求得计算断面的设计洪水。莲塘河水面线起推水位采用河口处潭江干流相应的设计水位。莲塘河分段设计洪峰流量及起推水位计算成果见表4。4.3水面线成果以莲塘河河口为起推断面，通过一维数学模型计算莲塘河设计水面线，当推至水闸闸下时，根据推出的闸下水位及分段设计洪峰流量，采用堰流公式计算闸上水位，再以闸上水位继续推算水闸上游水面线。水面线成果采用以莲塘河洪水为主及以潭江干流洪水为主两种工况的外包线，计算结果如此图2所示。【3】4结束语莲塘河是典型的中小河流，流域缺乏实测洪水及水位资料，只能通过设计暴雨推求设计洪水；流域上游具有调节性能较强的水库工程，计算设计洪水时必须考虑设计洪水的地区组成；流域与上一级河流洪水遭遇情况复杂，不是同频遭遇，要对干支流的洪水遭遇情况进行分析后，才能确定设计水面线的计算工况；同时还牵涉无实测水位、流量河道的糙率确定、水闸闸上水位计算等工作。莲塘河流域治理工程水文水利分析计算包含了中小河流水文水利计算中的大部分内容，反映了实践中怎样详细应用的问题，具有一定的代表性，可作为类似中小流域水文水利分析计算的参考。以下为参考文献：[1]刘静.推求受干流洪水顶托的厂址设计洪水位的方式方法讨论[J].广东水利水电，2020(A01):35-39.[2]汤金顶，程玉祥.受洪水顶托影响的中小河流水利计算[J].浙江水利科技，2018(6):6-7.[3]陈璐，郭生练，张洪刚等.长江上游干支流洪水遭遇分析[J].水科学进展，2018(3):323-330.[4]张洪刚，郭海晋，欧应钧.长江