南靖县移民新村防洪堤工程洪水成果计算分析

2020-08-17戴彩丽

陕西水利 2020年6期

戴彩丽

（漳州市水利水电勘测设计有限公司，福建漳州 363000）

1 工程概况

南靖县龙山镇锦山村移民新村防洪堤工程位于西溪支流芗江锦山村河段，下距棠溪汇入口约1.9 km，项目区流域特征参数直接采用棠溪汇入前断面，控制流域面积630 km2，主河道长62.0 km，河道平均坡降4.50‰。

流域内有郑店站西溪以郑店、船场、龙山、柳溪等水文站，有平和、南靖、中山桥等水位站，郑店设立时间最早，其控制流域面积3419 km2，为西溪的主要控制站。上个世纪五六十年代期间在西上游支流陆续增设船场、龙山、柳溪等水文站，还有平和、南靖、中山桥等水位站，于20 世纪60 年代末初步形成水文站网，至今一般都具有较长观测资料。项目区所在流域为西溪支流芗江锦山村河段，项目区所在流域内水系图见图1。

图1 项目区所在流域内水系图

2 洪水特性及成因分析

西溪洪水主要由台风暴雨引起，出现在6 月～9 月居多，暴雨中心经常出现在高坑、下寨、高港等地，支流源短流急，洪水暴涨暴落。郑店站据调查推算，曾于1474 年、1570 年、1668年、1794 年和1908 年发生过特大洪水，洪峰流量达8500 m3/s～10000 m3/s，1960 年6 月9 日洪峰流量达6140 m3/s。

九龙江西溪流域洪水系由暴雨造成，流域暴雨主要是由于两类气象因素而产生的，一类为太平洋或南海一带热带风暴入侵，另一类为北方入侵的冷气流，前者多发生在每年的7 月～9月间，后者则发生在5 月、6 月。

由太平洋台风入侵所挟带的暴雨量较大，尤以从广东省汕头登陆，转向东北，风向为东南偏东的台风，所引起的暴雨更为严重，如1908 年10 月17 日，1959 年9 月10 日的台风暴雨均属此种类型。其它从汕头登陆后向西北或西方向移动的台风或福州、福鼎等地登陆的台风，对本流域影响较少，雨量亦弱。从北方入侵的冷空气与流域内不稳定气流相遇时亦将在流域内出现暴雨，但一次雨量一般不会很大，由于地形限制雨面分布范围不广。

3 设计洪水计算分析

项目区所在流域为西溪支流芗江锦山村河段，设计洪水采用水文比拟法和地区综合法分别进行计算，经比选后确定采用值[1]。

3.1 计算方法

（1）水文比拟法

项目区控制流域面积630 km2，上游设有龙山水文站，下游设有郑店水文站。经对本流域暴雨洪水特性的分析，选取洪水计算参证站为龙山水文站，该站控制流域面积484 km2，设立于1954 年4 月，观测水位、流量、雨量等资料至今。根据龙山站实测洪水资料进行频率计算及适线分析，得龙山站洪水统计参数成果为：Qm=480 m3/s，CV=0.72，CS/CV=3.5。根据龙山站洪水统计参数成果，按面积比的0.71 次方移用龙山站洪水统计参数成果，求得项目区洪水统计参数成果为：Qm=579 m3/s，CV=0.72，CS/CV=3.5，设计洪水成果见表1。

表1 项目区设计洪水成果比较表

（2）地区综合法

根据九龙江流域及邻近流域的柳溪、龙门、龙山、平和、麦园、船场、长泰、白沙、郑店、漳平、上杭、浦南共计13 个水文站点的洪水统计参数进行地区综合分析，点绘出九龙江流域及邻近流域年最大洪峰流量平均值Qm-F 以及CV-F 的关系线，得出年最大洪峰流量均值面积指数n=0.71。据此计算项目区流域洪水统计参数及设计洪水，成果见表1。

洪水合理性分析：由表1 可知，两种计算方法的成果相差较小，水文比拟法计算成果10 年一遇洪峰模数为1.75 m3/（s·km2），地区综合法计算成果10 年一遇洪峰模数为1.94 km2，根据现有《龙厦铁路漳州段南靖县境内和溪特大桥等十四座桥梁工程防洪评价报告》成果[2]，龙山溪特大桥集雨面积690 km2，10 年一遇洪峰流量为1300 m3/s，相应的10 年一遇洪峰模数为1.88 m3/（s·km2），根据同一流域洪峰模数自上游往下游递减的规律，地区综合法计算成果符合这一规律，因此，设计洪水成果采用地区综合法成果。

3.2 分期设计洪水分析

本芗江锦山河段上下游流域有龙山水文站和郑店水文站。郑店站控制流域面积3419 km2，本项目工程流域特征参数直接采用棠溪汇入前断面，控制流域面积630 km2，两者面积相差较大。龙山站控制流域面积484 km2，故龙山站较适宜。

芗江主流龙山溪下游设有龙山水文站，根据该站1954年～1979 年共25 年实测分期10 月～4 月、11 月～3 月洪水系列进行频率计算及适线分析，求得该站分期洪水成果。

锦山段（芗江支流棠溪汇入前代表断面）分期洪水根据龙山站分期洪水统计成果按水文比拟法进行计算，计算成果见表2。

表2 锦山段分期设计洪水成果表

3.3 设计涝水计算分析

（1）流域特征参数

按照工程设计的需要，需要对本工程区分片，各涝片流域特征参数根据最新版1∶10000 地形图量测而得，各片集雨面积均较小，流域参数见表3，涝片水系示意图见图2。

图2 涝片水系示意图

表3 各控制断面流域特征参数表

（2）设计暴雨

设计暴雨参数采用龙山水文站图集成果，暴雨参数成果及短历时各频率暴雨量见表4。

表4 涝片暴雨量成果表

（3）设计涝水计算

根据治涝原则、标准以及治涝措施，采用福建推理公式和华东地区特小流域推理公式推算涝片设计洪峰流量，福建推理公式和华东特小流域法的计算原理相同，只是参数取值不同，汇流计算公式如下：

当tc≥τ 时，即全流域汇流情况下：

当tc＜τ 时，即局部汇流情况下：

式中：Qm为地表洪峰流量，m3/s；F 为流域面积，km2；τ 为汇流时间，h；tc为产流历时，h；L 为河长，km；J 为坡降；推理公式以千分比表示，华东法以小数表示；m 为汇流参数。

推理公式法m 采用“福建暴雨径流查算图表”中推荐沿海公式，θ≥1.5 时，m=0.053θ0.809；θ＜1.5 时，m=0.063θ0.384；华东特小流域公式法采用Ⅱ-3 类地区m 角计算公式：

表5 锦山段各涝片设计涝水成果表

经分析，推理公式法与华东地区特小流域推理公式法为水利部门推荐的小流域设计洪水计算方法，两种计算方法计算成果较为接近。芗江锦山段涝片面积小于10 km2，属特小流域，一般华东地区特小流域公式法更适合于特小流域特别是10 km2以下流域设计洪水计算，本设计洪水采用华东地区特小流域公式法的计算成果。

3.4 排涝计算分析

（1）排涝标准

本次排涝计算的任务是针对实施封闭建设后堤防工程，根据地形条件分析排水涵闸的排涝范围，计算设计洪涝水过程，并以此复核涵闸的规模。

本工程排涝保护对象为南靖县龙山镇锦山村属于郊区，按照闽水[2005}水建3 号文“福建省水利厅关于印发《福建省县市级城区排涝工程实施方案报告编制技术大纲的通知》”以及《福建省城市排水排涝设计暂行规定》，本次排涝标准采用10 年24 小时暴雨涝水量24 小时排出[3]。

本次工程堤段范围内分为2 个排涝涵闸，涵闸均位于各涝片分片下游出口，用于排泄涝片来水。

（2）洪涝组合方式

芗江流域为暴雨频发区，暴雨强度大，洪水来势凶猛。在台风出现时常带来暴雨或大暴雨，是造成本流域洪涝灾害的主要原因。东溪上游大溪流域涝区遭遇外江同频率洪水的可能性较大。本次设计洪涝组合采用10 年一遇内涝水遭遇外江10 年一遇的同频率设计洪水组合。

（3）涝区排水方式

涝片排涝设施按其作用不同：①内河汇集涝水并输送到低洼处，同时还起到滞蓄涝水的作用。②排涝涵闸，当外江水位低于内港水位时，涵洞水闸可将涝水自排到外江；当外江水位高于内港水位时，可将闸门关闭避免倒灌。涝片现有的排水闸及涵管排水系统较为不完整的，但水闸、涵管排水量及蓄洪量仍达不到排涝标准，涝片需增设或改建排水闸。

经分析，锦山项目区各涝片采用自排方式进行水闸规模计算。

（4）水闸规模计算

堤段内排涝根据流域内水系分布情况，排涝区地形地貌条件，充分利用原有的排水系统和排涝设施，进行治涝分析。

根据涝区排水方式的分析，2 个涝片允许内涝水位均高于芗江多年平均最高洪水位，考虑到外江水位高水位维持时间较短，上述2 个涝片排涝方式拟采用闸排方式，闸门尺寸以减少淹没、适当留有余地为原则控制内外江水位差0.10 m 情况下通过设计涝水最大流量确定水闸规模。成果见表6。

水闸泄流公式按：