九寨沟县罗依坝沟防洪治理的设计与研究

2022-05-15何彪

陕西水利 2022年4期

何彪

（四川省阿坝藏族羌族自治州水务局,四川阿坝 624000）

罗依坝沟为汤珠河左岸一级支流,发源于九寨沟县西南方山岭,向东流经九寨沟乡罗依乡后向东汇入汤珠河。罗依坝沟全长12.57 km,流域面积57.5 km2,平均比降为93.04‰。

2015 年6 月,双河镇大寨村连续下雨导致水面上涨,因沟道狭窄导致水位抬高,淹没部分庄稼,导致农业粮食大量减产,严重损坏公路。2020 年8 月,九寨沟县境内普降大雨,局部地方暴雨,此次强降雨使全县出现不同程度受灾,其中双河镇罗依坝沟沿线受灾最为严重。为了完善防洪体系,提高岸坡抗洪能力,保障行洪通畅,实现防洪减灾、稳定河势、减少水土流失,促进当地社会经济的发展[1-4]。根据罗依坝沟现状及当地居民点、耕地等分布情况,对罗依坝沟进行防洪整治。因此,对罗依坝沟进行防洪治理是十分必要的。

1 河道治理现状及存在的问题

治理段罗依坝沟属典型山区河道,河流比降较大,汛期洪水湍急,根据现场踏勘,工程治理段仅临河而建的部分房屋、道路以及桥墩处建有岸坡护防,局部河段挡墙破损严重,且砌筑高度较低；其余河段均为自然河岸,岸边冲刷痕迹明显,水土流失较严重,局部顶冲段基础悬空,坡脚掏空后将导致上部边坡垮塌,存在较大安全隐患；另外,有些地理位置海拔较低,当遇到强降水时,雨水会淹没两岸,对两岸的居民造成安全问题。

1.1 罗依坝段桩号K0+000~K0+730段（治理起点1#公路桥~2#公路桥）

左岸堤后主要为草地及耕地,局部河段沿河有少量灌木,地势较高；其中K0+008~K0+240 河段左岸堤后为松散土质边坡,岸边冲刷痕迹明显,坡脚掏空后将导致上部边坡垮塌,存在较大安全隐患,其余河段仅坡脚冲刷严重,水土流失严重。K0+008~K0+150 河段右岸堤后为耕地,汛期洪水冲刷坡脚,导致上部边坡失稳,致使耕地冲毁严重,其余河段堤后靠近道路,坡脚有大量孤石护脚,边坡总体较稳定。

1.2 罗依坝段桩号K0+745~K1+429段（2#公路桥~4#公路桥）

K0+750~K0+795 段左岸为村民自发建设浆砌块石挡墙,长度约21 m,挡墙外观质量较好,总体较稳定；K0+750~K0+980 段左岸堤后植被较好,坡脚冲刷较小,现状土质边坡稳定性较好；K0+980~K1+150 段左岸堤后有木制结构房屋,2020 年8 月较大洪水导致木制房屋基础损坏,堤后有道路砼路肩墙,长度约185 m,根据现场踏勘,除K1+100~K1+150 段道路砼路肩墙破损严重外,其余道路砼路肩墙结构总体较稳定；其余段均为土质边坡,堤后为耕地和房屋,局部河段沿河有少量灌木,岸边冲刷较明显,水土流失现象较严重。右岸堤后主要为耕地及灌木林地,均为土质边坡,仅局部坡脚冲刷严重,水土流失现象较严重。

2 设计洪水

该流域经实地现场勘查,设计洪水计算采用推理公式法和水文比拟法。上游罗依湖集水面积较小,为安全考虑,不考虑其对设计洪水的影响。

2.1 水文比拟法

通过对工程河段邻近各水文站资料的分析,以南坪水文站作为本设计洪水计算的依据站。

（1）南坪水文站资料插补延长

鹄衣坝站具有1966 年~1990 年的洪水系列,由于鹄衣坝站与文县站相距不远,区间面积不大（鸪衣坝站占文县站的95%）,故1991 年~2005 年最大流量由文县站按面积比的2/3 次方搬至鹄衣坝站,加上实测系列组成鹄衣坝站1966 年~2005 年的洪水系列。

南坪站仅有1981 年~1990 年10 年年最大流量系列,采用同期南坪~鹄衣坝站年最大流量相关插补南坪站缺测的1966 年~1980 年、1991 年~2003 年的年最大流量并加上九寨沟站2004 年~2018 年资料共同组成南坪站1966 年~2018 年共53 年洪水系列。

上述南坪~鹄衣坝站年最大流量相关点据呈带状分布,相关趋势明显,插补的南坪洪水系列具有较高的精度,并在白水江梯级电站设计中多次使用,能够满足工程设计的需要。南坪站与鹄衣坝站年最大流量相关关系见图1。

图1 南坪站与鹄衣坝站年最大流量相关关系图

（2）洪峰流量系列的一致性和代表性

一致性：鹄衣坝位于南坪站下游的鹄衣坝水文站具有1966 年5 月~1990 年的洪峰流量资料系列,迁站后的文县站有1990 年至今的洪峰流量资料系列。迁站前后断面控制集水面积相差不大（鹄衣坝站占文县站集水面积的95%）,通过面积比的2/3次方将文县站的洪峰流量资料系列移至鹄衣坝站是合理的。通过同期南坪~鹄衣坝站相应年最大流量相关法插补南坪站缺测的1966 年~1980 年、1991 年~2003 年洪峰流量资料系列,该插补方法也符合水文计算的要求。

代表性：插补延长后的南坪水文站的洪峰流量系列长达53 年,系列中包括了大、中、小洪水,满足设计洪水分析计算的要求。同时白水江上游流域地处山地,下垫面情况较为类似,暴雨分布较为均匀。因此认为经插补延长后的洪峰流量系列具有一定的代表性。

（3）南坪（九寨沟）水文站最大洪峰流量频次计算

经过数据分析可知,经插补延长后南坪（九寨沟）站具有1966年~2018年最大流量系列,可以组成连序系列。依据数学知识可以计算出历史洪水和实测洪水的经验频率,以P-Ⅲ型曲线模型来确定统计参数和各频率设计值,南坪（九寨沟）水文站年最大流量频率曲线见图2,频率计算表见表1。

图2 南坪（九寨沟）水文站年最大洪峰流量频率曲线图

表1 南坪（九寨沟）水文站年最大流量频率计算成果表

（4）水文比拟法计算工程河段设计洪水

工程河段设计洪水采用流域面积比的2/3次方将南坪水文站设计洪水移至工程位置。计算成果见表2。

2.2 推理公式法

（1）流域特征值

本工程流域特征值的来源,是依据航测图片上进行粗略测算。流域特征值成果表见表3。

（2）设计暴雨

根据《四川省暴雨统计参数图集》（2010）中查出本工程控制断面以上流域中心位置处1/6 h、1 h、6 h、24 h年最大暴雨均值及变差系数CV值见表4。

根据流域设计暴雨成果表,采用推理公式法设计洪水。基本公式：

式中：为洪峰径流系数；n为暴雨公式指数；Q为最大流量,m3/s；τ为流域汇流时间；hS为暴雨雨力,mm/h；F为流域面积,km2。

产流参数：选用Ⅲ（盆缘山区、川西南山地）公式计算产流参数,即： =3.6 F-0.19,CV=0.23,CS/CV=3.5。

为流域特征指数,汇流参数m：根据断面上流域暴雨洪水特性,采用Ⅲ（川西南山地）计算公式,即：m=0.2210.204,=1~30；m=0.0250.845,=30~300。

本工程河段设计洪水成果见表5。

3 洪水成果合理性分析

根据计算结果,设计洪水为10 年一遇标准下,水文比拟法相对于推理公式法偏小约66%,由于工程河段集水面积最大仅57.5 km2,仅占南坪站集水面积的1.21%,相差过大,流域暴雨分布和下垫面情况相差过大,因此不适用水文比拟法。同时,推理公式法在四川省无资料小流域地区运用较为成熟,考虑了流域的产汇流特性,可靠性较高,对于小流域来说更为安全。

将本工程与位于本工程河段下游的《九寨沟县罗依乡河道改造工程实施方案》进行对比,该工程设计洪水见表6。