某某河流域防洪初步設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 除個別年份出現(xiàn)較大洪峰外，其它多在 200m3/s～ 400m3/s 之間，紅山嘴站年平均流量差積曲線1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2021年份∑( k i / k 1 )紅山嘴站年平均流量逆累計(jì)均值曲線1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2021年份Q(m3/s) 17 平均為 356m3/s。而多年平均一日洪量為 m3，相當(dāng)于日均流量 265m3/s，與洪峰流量平均值相差不大。 ②持續(xù)時間長。一次洪水過程少則三、五天，多則十幾天。多年平均一、三、七、十五日洪量 相當(dāng)于日均流量 265m3/s、 230m3/s、 200m3/s和 177m3/s。實(shí)測最大一、三、七、十五日洪量分別為 億 m 億 m 億 m3和 億 m3，折合日流量為 804m3/s、 523m3/s、 413m3/s和 404m3/s，均超過洪峰均值。 ③時間和水量集中。洪水均發(fā)生于汛期，又多集中于 7月和 8月上旬 ， 占 85%以上。歷年平均十五日洪量占全年徑流量的 %。而實(shí)測最大十五日洪量接近多年平均徑流量的一半 (43%)。 ④峰型多變。對 40 余條實(shí)測過程線分析，一次洪水過程有單 峰、雙峰、多峰、尖瘦型、矮胖型、峰高量大等不同類型，其中雙峰和多峰型占到 65%以上。 洪水類型 XX河的洪水主要受氣溫和降水的影響。按照不同的成因，洪水主要分為三種類型： ①融雪 (冰 )型洪水。受氣溫控制，冰川及永久性積雪消融，洪水有明顯的一日一峰，峰谷變化較有規(guī)律。在整個汛期，這類洪水水量占很大的比重。春季如果積雪量大，氣溫回升快，這時中、低山區(qū)和丘陵區(qū)的積雪融化也能形成較大的春洪。 ②暴雨型洪水。受局部天氣和地形的影響，降雨也可形成有較大破壞能力的洪水。暴雨一般發(fā)生在中、低山區(qū)，匯流速度較快，形 成的洪水具有陡漲陡落，峰高量少，水勢洶猛的特點(diǎn)，這類洪水的歷時很短，在數(shù)小時內(nèi)即可完成。 ③混合型洪水 混合型洪水主要發(fā)生于 7 月和 8 月，由高山區(qū)的融雪 (冰 )洪水和中低山區(qū)的暴雨洪水迭加而成。特點(diǎn)是洪峰高、洪量大、歷時長。是水利工程、特別是攔河水庫的重點(diǎn)防范對象。據(jù)統(tǒng)計(jì)， XX河歷年最大洪水過程大部分都是這類洪水。如干流上 1963年 8月、 1996年 7月和 1999年 7月、 8 月連續(xù)二次洪水過程，山區(qū)均有較大的暴雨出現(xiàn)。 歷史洪水 對 XX 河的歷史洪水，曾有多家單位先后進(jìn)行過數(shù)次調(diào)查考證，其中包括鐵道部第一設(shè) 計(jì)院、自治區(qū)公路局、 XX農(nóng)墾總局以及石河子水文水資源局。距今最近的調(diào)查是 1977 年由 XX 農(nóng)墾總局和石河子水文水資源局聯(lián)合調(diào)查成果。此次調(diào)查到 18 1906 年、 1923 年、 1931 年和 1940 年四次歷史洪水，因調(diào)查年代已久，現(xiàn)在只能找到這次調(diào)查的部分分析計(jì)算成果，無法對其進(jìn)行全面的復(fù)核與核實(shí)，但可以知道這次的計(jì)算存在著以下問題： (1)從找到的部分分析計(jì)算成果中可知，調(diào)查指認(rèn)的洪痕大都在中、下游河段，而 XX 河出山口以下的河段沖淤變化和兩岸沖刷都很嚴(yán)重，歷史洪水發(fā)生的時間距調(diào)查計(jì)算年代已近 40年，在推求洪峰流量，沒有 對河床的變化做還原分析。 (2)在調(diào)查到的四次歷史洪水中，只有 1931 年和 1940 年的成果資料當(dāng)時評為可靠。由于調(diào)查到的洪痕大都在中、下游河段，因而，各站點(diǎn) (煤窯、肯斯瓦特、紅山嘴 )的洪峰流量是通過插補(bǔ)求得，插補(bǔ)計(jì)算時也沒有對斷面進(jìn)行還原，查補(bǔ)方法及計(jì)算精度不詳。 1931年在肯斯瓦特處的洪峰流量為 870m3/s， 1940 年在紅山嘴出的洪峰流量為 1440m3/s。 鑒于以上兩點(diǎn)原因，加之 XX河 1999 年發(fā)生了有實(shí)測資料記錄以來最大的一場洪水，紅山嘴斷面實(shí)測最大洪峰流量 1095m3/s，超過 1931年的調(diào)查值， 接近 1940年調(diào)查值。因此，在本次洪水設(shè)計(jì)中，僅采用 1940 年紅山嘴斷面的較可靠的歷史調(diào)查洪水，而且根據(jù)調(diào)查到歷史洪水的最早年份 —— 1906 年至今從未發(fā)生過大于1440m3/s 的洪水，因此在本次工作中，將該次歷史調(diào)查洪水的重現(xiàn)期確定為百年一遇。 洪水系列代表性分析 由于紅山嘴站已有 51年 (1953年～ 2021 年 )的實(shí)測資料，可以滿足規(guī)范中資料年限的要求。從逐年洪峰流量過程線 (圖 25)、峰流量差積曲線 (圖 26)和洪峰流量逆累進(jìn)均值過程線 (圖 27)上可以看出，整個洪水系列中包含了大、中、小洪峰點(diǎn) 據(jù)，說明現(xiàn)有 51年系列對總體也具有較好的代表性。 圖 25 紅山嘴站洪峰流量過程線0200400600800100012001953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2021年份Q(m3/s) 19 圖 26 圖 27 因 紅山嘴站已有 51 年 (1953年～ 2021 年 )的實(shí)測資料系列，洪峰頻率分析采用 PⅢ 型曲線，用矩法計(jì)算其參數(shù)，適線法目估適線。適線原則為：曲線盡量通過點(diǎn)群中心，適當(dāng)照顧高水點(diǎn)據(jù)。洪峰流量設(shè)計(jì)成果見表 25，頻率曲線見圖 28。另將 1940 年的歷史調(diào)查洪水作為百年一遇的歷史洪水加入實(shí)測洪水系列中進(jìn)行頻率分析，頻率分析結(jié)果見表25。從表中可以看出，同頻率下是否加入歷史洪水的 結(jié)果僅差 1%，因紅山嘴站洪峰流量差積曲線圖1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2021年份∑(K i / k 1 )紅山嘴站洪峰流量逆累進(jìn)均值過程線01002003004005006001953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2021年份Q(m3/s) 20 此在本次工作中確定采用實(shí)測洪水系列的分析結(jié)果，即方法一的結(jié)果。 紅山嘴斷面洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果表 表 25單位： m3/s 項(xiàng)目 均值 Cv R P(%) 1 2 5 10 20 50 方法一 356 1521 1283 1054 892 769 574 408 268 方法二 360 1538 1297 1066 902 778 580 413 271 注：方法一為實(shí)測洪峰系列分析結(jié)果，方法二為加入 1940年歷史洪水的分析結(jié)果。 紅山嘴斷面實(shí)測系列洪峰流量頻率曲線圖 圖 28 泥沙 泥 沙成因及特性 XX 河屬于一條多沙河流。泥沙來源于降雨融雪匯流對流域面的侵蝕和水流對河道的沖刷。從河源至出山口，泥沙隨高程的遞減而逐漸增加。各段情況為：高山區(qū)為永久性積雪和冰川所覆蓋，水體含沙量極少，冰川下緣冰舌附近，由于冰磧物的存在，豐水期可隨水流而下，產(chǎn)生泥沙。海拔 1500m～ 3600m 地區(qū)，區(qū)域內(nèi)植被發(fā)育良好，覆蓋率高，雖本區(qū)降雨較豐沛，但對流域面的侵蝕不大，沙量主要來源于水流對匯流溝、河 21 的沖刷。流域山區(qū)中下游 范圍，覆蓋層松散破碎，植被稀少且多為草本，持水能力差，遇有降雨產(chǎn)流，大量泥沙就隨水體進(jìn)入河道。此段河床縱坡也較大，水流對河床的切割和兩岸的沖刷也十分嚴(yán)重。從各區(qū)域而言，泥沙主要來源于山區(qū)的中下部。 XX 河的泥沙有如下特征： ①泥沙的年季變化很大。降水是產(chǎn)沙多寡的主導(dǎo)因素，相應(yīng)氣溫作用不大。如果一年中降雨次數(shù)多、強(qiáng)度大，年輸沙量就大，反之則少。以肯斯瓦特站懸移質(zhì)測驗(yàn)為例，實(shí)測最大年輸沙量為 t(1999年 )，最小年輸沙量為 萬 t(1992 年 )，二者相差 35 倍之多，分別為均值的 倍和 。 ②泥沙的年內(nèi)分配集中。 6月 ～ 8 月輸沙量占到全年輸沙量的 %， 7月 ～ 8 月占 80%以上。在這三個月中，特別是 7 月和 8 月，氣溫較高，流域覆蓋層干燥松散，加之暴雨強(qiáng)度較大，河道水量大，易于泥沙的產(chǎn)生和輸送。冬季各月因水量小且平穩(wěn)而且主要是冰川融水和地下水補(bǔ)給，水體含沙量基本為零。 ③含沙量集中。與降雨有關(guān)，全年的沙量，主要集中在數(shù)日之內(nèi)。如1969年 7月 30日紅山嘴站日均懸移質(zhì)輸沙率為 11200kg/s，相當(dāng)于 萬 t，占到全年輸沙量的 %。肯斯瓦特站 1987年 7月 14 日 ～ 15 日二天的輸沙量 達(dá)到 t，占當(dāng)年總量的 %。 XX河泥沙的上述特征，與 XX天山北坡同類型河流的產(chǎn)沙情況基本一致。 懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計(jì) 紅山嘴站懸移質(zhì)泥沙測驗(yàn)自 1956年 ～ 1978 年共計(jì) 22 年資料，其中完整資料有 18 年，根據(jù)觀測資料分析紅山嘴站多年平均懸移質(zhì)輸沙量為 270 萬 t，輸沙率為 ，同期含沙量為 ，侵蝕模數(shù)524t/km2。多年平均逐月懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計(jì)表見表 27。 紅山嘴站多年平均逐月懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計(jì)表 表 27 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 22 輸沙率 (kg/s) 12 187 433 輸沙量 (104t) 比例 (%) 月份 8月 9月 10月 11月 12月 年 輸沙率 (kg/s) 317 輸沙量 (104t) 270 比例 (%) 100 1979 年電站引水渠的建成，減少了河道泥沙的量，因此只能采用1979 年以后的觀測資料 (1983年～ 1989 年，其中 1988 年資料不完整，詳見 28)進(jìn)行分析。從表中可以看出紅山嘴斷面的泥沙主要集中在洪水期，是符合肯斯瓦特站泥沙分布規(guī)律的。設(shè)計(jì)斷面由于人類活動的影響，而且河道較寬，因此該河段屬于淤積河段。 紅山嘴河道站逐月輸沙率表 表 28單位： kg/s；萬 t 項(xiàng)目 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 年輸沙量 1983年 0 0 280 494 0 0 0 228 1984年 0 0 144 131 371 0 0 0 1985年 0 0 148 254 158 0 0 0 189 1986年 0 0 761 577 0 0 0 379 1987年 0 0 269 1360 157 0 0 0 484 1988年 161 607 1989年 0 0 422 118 0 0 0 159 平均 0 0 0 0 0 249 推移質(zhì)泥沙的估算 XX 河上各測站均缺少推移質(zhì)泥沙測驗(yàn)資料。對于推移質(zhì)的量，可采用經(jīng)驗(yàn)公式 W 推 =β178。 W 懸 ，并選擇合適的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)β值推求。 巴音溝河屬 XX 河流域內(nèi)的一條較大河流，其黑山頭站控制集水 面積 1579km3(出山口控制站 )，與 XX 河比較，流域縱坡、下墊面及產(chǎn)流和氣象條件均類似，可參照這條河上的β值計(jì)算肯斯瓦特?cái)嗝娴耐埔瀑|(zhì)輸沙量。黑山頭站有 5年懸沙和推沙同期觀測資料，見表 29。 從上表中可以看出，推沙與懸沙之比最小為 ，最大為 ， 23 平均為 ，符合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)β值在山區(qū) ～ 的取值范圍。參照其值，在肯斯瓦特站斷面取β =，由此推算肯斯瓦特?cái)嗝娑嗄昶骄埔瀑|(zhì)輸沙量為 W 推 =179。 270= t。 巴音溝河黑山頭站推沙與懸沙比例值表 表 29 年份 項(xiàng)目 1964 1965 1966 1968 1969 平均 年推移質(zhì) (萬噸 ) 年懸移質(zhì) (萬噸 ) 198 148 203 112 262 β 從理論上分析，推移質(zhì)沙量在年際變化和年內(nèi)分配上，應(yīng)與懸移質(zhì)沙量一致。 設(shè)計(jì)洪水水面線 設(shè)計(jì)洪水水面線的計(jì)算是以紅山嘴站的洪水資料以及本次擬建防洪堤段實(shí)測的 4 條橫斷面 (見圖冊中河道橫斷面現(xiàn)狀圖 )資料為設(shè)計(jì)依據(jù)。 從該圖中可以看出該河段屬于寬淺式河道，部分河段已無法區(qū)分出主河道和河漫灘，而且主河道過流能力有限，絕大部分水量還是經(jīng)河漫灘流向下游，因此在本次工作中將主河槽和河漫灘的糙率確定為統(tǒng)一的數(shù)值。 由于擬建的防洪堤工程位于紅山嘴水文站附近，而且擬建的防洪堤僅 ，因此可以直接采用紅山嘴站的洪水分析結(jié)果。 根據(jù)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)以及施工組織安排，本次只計(jì)算 30年一遇洪水對應(yīng)的水位。計(jì)算采用斷面比降法，結(jié)果見表 210。河道水面線見圖29。 各斷面水位、流速及最大水深計(jì)算表 (P=%) 表 210 序號 樁號 水位 (m) 最大水深 (m) 過水?dāng)嗝? 面積 (m2) 濕周 n I 1 0+000 24 2 0+800 3 2+000 4 2+600 5 3+200 防洪堤段河道水面線圖 圖 29 其他 冰情 由于紅山嘴水文站斷面以上泉水的匯入，根據(jù)紅山嘴站