萍乡城防工程洪水特征及参数研究

2022-02-10刘圣

水电站机电技术 2022年1期

关键词：洪峰流量水闸洪水

刘圣

（萍乡市山口岩水利枢纽管理中心，江西萍乡 337000）

1 引言

河道城市防洪工程建设可以改善城市防洪现状，保护当地居民的经济财产安全。设计洪水参数是城市河道防洪设计的重要参数。为了合理获取设计洪水参数，需要充分收集当地水文参数，利用相关经验分析获取[1-3]。

2 流域概况

渌水，从沧下进入萍乡境内，至老关陂头洲流入湖南醴陵，在株洲市的渌口汇入湘江。渌水流域面积1 423 km2，主河道长度94.1 km2，河道平均比降0.254‰。在江西境内（陂头洲以上）的流域面积1 380 km2，主河道长度84.0 km。在江西省萍乡市境内，流域面积大于100 km2的支流主要为南坑河、麻山水和荷尧水。

渌水流域江西境内无水文(位)测站，六十年代设立了8个雨量站，除萍乡市气象站外，其它雨量站实测资料都残缺不全，且可靠程度较低。湖南境内有潼塘水文站。邻近流域赣江支流（锦江）上游有危坊水文站，赣江支流（袁河）上游有芦溪水文站。

渌水流域径流由降水产生，且随降水的变化而变化。流域径流年际变化较大，年内分配极布均匀。本流域径流以相邻流域危坊站为参证站进行径流分析。据统计分析，危坊站多年平均流量为28.4 m3/s，年径流深904 mm，径流模数28.7 L/(s.km2)。

危坊站集水面积991 km2，渌水流域江西境内面积为1 380 km2，按面积比一次方推求出渌水流域江西境内的多年平均流量为39.5 m3/s，年径流深904 mm，径流模数28.7 L/(s.km2)。

3 洪水

3.1 洪水特性

渌水流域洪水为暴雨洪水，洪水季节与暴雨季节相一致，4～6月为洪水的主要发生季节，尤其是6月份，往往形成峰高量大的洪水，7月份以后，受台风影响也会发生短历时的洪水。年最大洪水一般发生在4～9月份，主要发生在4～6月份，而以6月份发生最多。由于流域内没有大的控制性水利枢纽工程，河槽调蓄能力也较小，一次暴雨即形成一个洪峰，在多雨季节往往形成连续洪峰。一次洪水过程，上游历时较短，中、下游历时较长，单峰过程较短，双峰及复峰过程较长。

3.2 测站设计洪水

渌水流域江西境内无水文观测站，本设计选取潼塘站、危坊站和芦溪站为参证站，采用水文比拟法进行设计洪水计算。

（1）历史洪水

根据《湖南省历史洪水汇编资料》和《江西省历史洪水汇编资料》以及我省规划设计工程资料，渌水流域自1914年来发生特大洪水的年份主要有1914年、1926年及1954年。锦江危坊河段调查历史上发生特大洪水的年份主要有1895年、1926年及1953年。袁河芦溪河段调查历史上发生特大洪水的年份主要有1895年和1926年。各参证站历史洪水成果见表1。

表1 各参证站历史洪水成果表

（2）潼塘站设计洪峰流量

本设计收集了潼塘站1968～2011年实测水文资料以及1914、1926、1954年历史洪水调查资料。其中1914年洪水洪峰流量2 290 m3/s，是1914年以来最大的洪水，按起讫年法确定重现期为98年，本设计取100年。

根据1968～2011年的年最大洪峰流量，加入1914、1926、1954调查历史洪水，组成一个不连序的洪水系列，按不连序洪水系列的经验频率计算公式确定洪水的经验频率，选用P－Ⅲ型曲线适线，推求出潼塘站设计洪峰流量。潼塘站年最大设计洪峰流量成果见表2。

（3）危坊站设计洪峰流量

本设计收集了危坊站1957～2010年实测水文资料以及1942、1945、1949、1952年历史洪水调查资料。其中1942年洪水洪峰流量2 090 m3/s，是1942年以来最大的洪水，按起讫年法确定重现期为69年，本设计取70年；1945年洪水洪峰流量1 980 m3/s，是1942年以来次大洪水；1949年洪水洪峰流量1 870 m3/s，居1942年以来的第三位；1952年洪水洪峰流量1 660 m3/s，居1895年以来的第四位。

根据1957～2010年的年最大洪峰流量，加入1942、1945、1949、1952调查历史洪水，组成一个不连序的洪水系列，按不连序洪水系列的经验频率计算公式确定洪水的经验频率，选用P－Ⅲ型曲线适线，推求出危坊站设计洪峰流量。其中实测系列中的1969年洪峰流量1 550 m3/s提取作特大值处理。危坊站年最大设计洪峰流量成果见表2。

（4）芦溪站设计洪峰流量

本设计收集了芦溪站1958～2013年实测水文资料以及1895和1926年历史洪水调查资料。其中1895年洪水洪峰流量1 130 m3/s，是1895年以来最大的洪水，按起讫年法确定重现期为119年，本设计取120年。

根据1958～2013年的年最大洪峰流量，加入1895、1926年调查历史洪水，组成一个不连序的洪水系列，按不连序洪水系列的经验频率计算公式确定洪水的经验频率，选用P－Ⅲ型曲线适线，推求出芦溪站设计洪峰流量。年最大设计洪峰流量成果见表2。

表2 测站设计频率年最大洪峰流量成果表

江西省水利规划设计院2013年编制完成的《江西省五河治理防洪工程(赣江干支流及渌水)可行性研究报告》（以下简称《五河可研报告》，已通过水利部的技术审查）对潼塘站和芦溪站设计洪水进行了频率分析计算。本次分析计算的潼塘站设计洪水成果与原设计采用成果一致；芦溪站分析计算的设计洪水比原设计采用成果偏小，从安全角度考虑，并与原成果衔接，采用原设计采用成果。

3.3 东源水库设计洪水

本设计阶段，对拟建的东源水库设计洪水分析计算。东源水库坝址流域内无测站资料，采用芦溪站为参证站，通过水文比拟法（面积比2/3次方）计算，坝址P=2%和P=5%设计洪峰流量分别为575 m3/s和456 m3/s。

东源水库坝址设计洪水计算成果见表3。

表3 东源水库坝址设计洪水计算成果表

3.4 工程河段设计洪水

2011年7月，江西省水利规划设计院编制完成了《江西省萍乡市湘东区谷皮冲水闸除险加固工程初步设计报告》（以下简称《谷皮冲除险加固工程》），并于2012年通过由江西省水利厅、江西省发改委组织的技术审查，2013年1月通过长江水利委员会审查。在谷皮冲水闸除险加固初步设计中，由于谷皮冲水闸集水面积1 015 km2，其集水面积与潼塘站(集水面积1 162 km2)、危坊站(集水面积991 km2)均接近，因此，分别选用了潼塘站、危坊站为参证站进行设计流量计算。采用潼塘站为参证站，谷皮冲水闸P=2%设计流量1 900 m3/s；采用危坊站为参证站，谷皮冲水闸P=2%设计流量2 060 m3/s。通过比较，并考虑安全性，《谷皮冲除险加固工程》的洪水设计成果采用危坊站为参证站的计算成果。

麻山新区的治理河段为江口村（麻山水汇入口以上）至双河口村（南坑水汇入口以下，流域集水面积737 km2），水文分析计算中以谷皮冲水闸为起推断面，采用危坊站为参证站分析计算各断面设计洪峰流量，从而推求工程河段50年一遇设计洪水水面线，谷皮冲水闸设计水位和洪峰流量采用《谷皮冲除险加固工程》设计成果。

设计萍乡市主城区治理范围河段下游至萍麻新桥，上游至昭萍桥，河段长约5.5 km，本阶段选取萍麻新桥为代表断面。萍麻新桥上游控制面积为441 km2，与芦溪站（331 km2）接近，且流域特征相似等因素，采用水文比拟法推求出的设计频率（P=2%和P=5%）洪峰流量成果分别为1 260 m3/s和999 m3/s，比采用危坊站为参证站的设计频率设计成果1 180 m3/s和944 m3/s略大约6.0%，本设计出于安全考虑，主要工程河段采用芦溪站为参证站的设计洪水成果。各控制断面或河段设计洪峰流量成果见表4。

表4 各控制断面或河段设计洪峰流量成果见表

3.5 施工洪水

鹅湖公园电排站施工期设计洪水标准采用10年一遇，依据施工设计要求，不同阶段不同建筑物的施工期分为两个时段，分别为11～12月和11月～次年2月。其他施工期设计洪水标准采用5年一遇，施工期为11月～次年2月。

本阶段施工洪水参证站为芦溪站。芦溪站施工期设计洪水频率计算方法和采用的频率曲线线型同年最大洪水，其设计值按面积比2/3次方推算到本工程河段。经分析计算，芦溪站施工期（9月～次年2月）P=10%的设计洪峰流量为221 m3/s，施工期（11月～次年2月）P=20%的设计洪峰流量为98.9 m3/s。其中，芦溪站施工期（9月～次年2月）10年一遇设计洪峰流量成果与山口岩水利枢纽工程初步设计采用成果一致。

本工程各控制断面施工期设计洪水按面积比的2/3次方推算，各控制断面施工期（9～2月）设计洪峰流量成果见表5。

表5 各控制断面施工期设计洪峰流量成果表

3.6 设计枯水

设计枯水位是堤防迎流顶冲段护岸固脚及建筑物新建改造主要基础资料。设计枯水位采用12月～次年2月多年平均枯水位。由于渌水为山区性河流，集水面积不大，枯水期流量很小，参证站芦溪站12月～次年2月多年平均枯水流量为12.6 m3/s，按面积比一次方推算到萍麻新桥断面枯水流量为16.8 m3/s。

4 水位流量关系

（1）谷皮冲水闸水位流量关系

萍乡市主城区(安源区)防洪工程下游控制断面为谷皮冲水闸。该闸建于1966年，1969年10月完工。工程已投入运行40多年，目前安全隐患严重。2008年12月，由萍乡市水务局组织成立的湘东区谷皮冲水闸工程安全鉴定专家组，对该工程进行了安全鉴定。受萍乡市湘东区水利局委托，江西省水利规划设计院于2011年7月编制完成了《江西省萍乡市湘东区谷皮冲水闸除险加固工程初步设计报告》。在谷皮冲水闸除险加固初步设计报告中，推荐平板钢闸门水闸布置方案(垂直起闭方式)。水闸采用开敞式水闸布置，共5孔，每孔净宽14 m，中墩厚2.0 m，边墩厚1.5 m，闸室总宽度81.0 m。闸室堰体采用有坎宽顶堰，堰顶高程73.50 m。工作闸门采用平板钢闸门垂直起吊(门顶允许过水方式)，闸门顶高程78.4 m。洪水时闸门全开，泄流能力采用《水力计算手册》第二版有坎宽顶堰流公式进行计算，水位流量关系曲线见图1。

图1 谷皮冲水闸水位流量关系曲线图

（2）起推断面水位流量关系

选取双河口汇入口下断面为本次设计洪水水面线的起推端面，根据实测的大断面资料，采用水力学公式计算该端面水位流量关系。水面比降根据五河可研和近期萍乡市相关工程中实测同时水位和调查的洪痕综合分析确定，麻山区河段水面比降约为0.8‰。糙率根据断面所在河段河床质和岸壁情况，糙率系数选取为0.025。通过查水位流量关系，其50年一遇设计洪水1 660m3/s对应的设计洪水位为87.77 m，与《2013实施方案》设计洪水位成果一致。水位流量关系曲线见图2。