肥西县河道整治中的洪水分析

肥西县水务局 赵军

一、绪论

一般情况下，因多种恶劣天气的影响，江河湖海水量迅速上涨，如此便形成了洪水。洪水和人类生产、生活有很大的关系，是最早与人类接触的自然现象之一。我国的洪水灾害也比较严重，国内约有三分之二的地区曾发生过洪水灾害。人类的发展史也可以看作是和自然灾害的斗争史，有大禹治水、李冰修建都江堰等治理洪水的故事流传，也形成了如堵不如疏这样的治理洪水的名词。作为预防洪水灾害工程之一的排洪渠，在我国得到了广泛运用。排洪渠的主要功能是当洪水发生时起到泄洪的作用，从而保护周围田地或施工建筑物的安全，并提高抵御洪水侵害的能力。

我国在20世纪50年代便开始对设计洪水进行研究。设计洪水的方法也逐渐发展。即由最初的利用历史洪水资料进行加成的方法变成频率分析计算方法。经历了实践的检验，我国的计算方法日趋成熟。数理统计方法和水文气象法在我国的设计洪水计算中都得到使用和发展。美国对设计洪水领域的研究起步比较早，并提出了可能最大降水（PMP）与可能最大洪水(PMF)并作为工程的设计标准而运用于工程设计中。而若是流量资料完整并可以直接用于计算的直接法往往运用于大中型工程的洪水设计中。同时也能利用间接法对设计成果进行验证，经过分析比较后，再来合理选定。假设在某一个流域内的系列雨量资料较短且设计洪水的频率有一定误差，那么用水文气象法来进行设计洪水，可以和补充频率分析法优势互补。

二、工程概况

（一）流域概况

肥西县地处安徽省中部，淝水之南、巢湖西岸。包河区处县域东部，整个区域的西边均与六安市区相临，从地理位置来看，该区域的坐标为东经116°40′52″-117°21′39″、北 纬31° 30′ 22″ -32° 00′ 21″。全县总面积1597km2，另有巢湖水面积113km2；现有耕地总面积149.40万亩，有效灌溉面积119.43万亩。整个区域内，西北部分最高，而江淮丘陵与之相关联，自东北方向横穿江淮分水岭，一系列低山分布于中西部，地势并不平坦，东南部则以平原为主，其中南端属于丰乐河流域，东侧属巢湖流域。

（二）水文气象资料

对于肥西县而言，其分布于亚热带与暖温带过渡性的副热带季风气候区，常年气候以湿润为主，年平均温度大多在15到16摄氏度，其中最低温度零下20.6摄氏度，最高温度39.2摄氏度。一般一年内有224到252天处于无霜期，一般一年内冻结深度大多为9到11厘米左右。主导风向夏季、冬季风向为东南风、东北风，风速最高可以达到一秒18米，平均风速为一秒4.1米。在一年内，风速超过18m/s的天数平均为20.8天，常年湿度维持在77%左右，最大时可以超过八成，三月为湿度最大的月份，最低月则出现于10月。平均气压稳定于1014.0hPa，最高则是1044.8hPa。

三、设计洪水计算方法概述

（一）由实测流量资料计算设计洪水

由实测流量资料来推求设计洪水，需要完成的内容有洪峰流量、时段洪量和洪水过程线的设计洪水三要素。一般有如下步骤：

1.历史洪水和古洪水调查考证

所使用的流量资料的代表性越好，那么用来进行频率计算的成果的可信度就越高，而资料系列长度与流量资料的代表性关系密切。在实际对设计洪水的计算中，通过研究历史洪水资料，从而提高设计洪水的准确度。例如，能够增加实测径流资料系列的长度使得样本总长度得到延长。

随着古洪水考证的重要性进一步呈现，科学的进步使之能够更为准确地发现古洪水的情况，在我国一些影响较大的水利水电工程中，对洪水进行设计时已经把古洪水的情况纳入分析范围内。

2.频率计算

先对资料的代表性进行分析，确保代表性较好再做频率分析能地保证洪水频率分析成果的质量，而洪水资料系列的代表性越好，其能够反映出的洪水的总体特征程度也越高，才能够尽量地减小设计结果所带来的误差。一般来说，计算洪水的经验频率可以利用数学的公式，根据n年实测的资料组成的连续系列计算出，即：

式中：M—历史洪水的序位；

N—历史洪水的重现期；

a—历史洪水的个数；

L—实测洪水系列中抽出作特大值处理的项数。

根据最优结果模拟原理，采用皮尔逊3号法对洪水频率曲线进行线性计算。通常，矩量法用于估计X的平均值、CV的偏差系数、CS的偏差系数和其他参数作为初始值。洪水值可以加载到水文频率修正程序中，以更好地绑定频率曲线和理论频率曲线，通常CS=2.5cv。将获得的相关回路法参数与车站洪峰数据和不同时期的洪水统计参数进行比较，确保其与车站和相邻流域的统计参数一致。如果不一致，则在计算过程中找出缺陷，然后修改和细化参数。

3.设计洪水过程线的拟定

因为洪水的过程十分复杂，而且随机性比较大，使得对设计洪水过程线的拟定比较复杂，一般用经验概化法处理不平稳随机的洪水过程，让实测洪水中对防洪不利的洪水过程线做典型，再用同倍比放大法来放大典型的过程线，即为设计洪水过程线。

（二）由实测暴雨资料计算水库设计洪水

由于暴雨有在地区连续分布的特性，因此设计暴雨特征值可以采用等值线图来表示。由暴雨资料计算设计洪水的方法和由实测径流资料来设计洪水的方法相比，属于一种间接法，其优势是当实测径流资料不足时也能够利用暴雨资料来进行设计洪水的计算。

1.设计暴雨分析计算

（1）暴雨特性分析

一般情况下，为了更深入地了解工程所在地的暴雨发生规律，就要对流域内的地理情况、气候因素、暴雨发生的因子、笼罩面积、主要位置等统计特征做全面的暴雨分析，为由暴雨设计洪水做铺垫。

（2）暴雨频率分析

确定设计暴雨的重要内容是对暴雨频率进行分析。根据不同的工程的要求不同，可分为设计点暴雨量（一个地点的设计暴雨量）和设计面暴雨量（多个地点的设计暴雨量），并且依据工程的需要来做出相应频率的分析和计算。

设计洪水的汇流历时作为设计暴雨历时的根据，在设计洪水计算中很重要，对点暴雨系列选样的方法一般是固定一个时段，可以是一天或六小时，用年最大值法选出需要的数值。还有一种情况是代表站的实测暴雨资料中的数据很平稳，则可以把该领域临近发生的并有实测记录的最大值移植过来并加以利用。P-III班型频率曲线是能够把暴雨频率曲线拟合得最好的线型，一般采取Cs=3.5Cv进行适线。

（3）设计暴雨时面雨型

确定了暴雨的时程分布雨型，才能够推求设计洪水过程线，由于暴雨的过程很复杂又具有随机性，导致对设计暴雨时程的分配不同，其计算出成果也不同。

时雨型的分析。同频率分时段孔子与典型放大法是最为常见的方法。后者必须从区域出发选择对应布局，而就分布雨型展开研究，最为常见的便是平均面分布法、典型暴雨图法。应该对暴雨在流域面以内的分布情况加以重视，其对产流和汇流具有一定的影响。

2.汇流分析计算

利用单位线法求出了汇流过程加上进行分析前去掉的基流就是设计洪水过程线。

通过瞬时单位线，从而对洪水的方法加以推求与设计，并借助特定的方式展开研究，整体差异性较小，仅仅需要将浅层地下径流新增至最后一步，这也类似于洪水分割法，这样的做法继承了经验单位线的优势，也是方法的更新。

（三）水位流量关系计算

1.稳定水位流量关系曲线定线方法

能够用一条单一曲线表示的水位流量关系便可认定为稳定水位流量关系。河流较多的区域大多数河流的水位流量关系属于稳定水位流量关系。要保证测站不受洪水涨落、变动回水、冲淤、水面比降I和糙率n的影响才能保持这种稳定的水位流量关系。

2.变动回水影响

该断面的比降与流量的变动均源于测流断面下游水体水位。在水位流量关系图中，落差比较大时，其关系以右为主，左边则是小的。对于变动回水影响而言，其指的是水位流量关系点受下游水体水位的变化带来的影响。

（四）设计洪水的合理性检查

在洪水分析与计算中，末端工序便是验证洪水设计的合理性。在综合比较多种方式方法的基础上，综合考量各个区域内的成果，并综合对比国内外流量记载的各项数据。

四、河道整治工程险情的处理方法及效果

（一）抢险采取的一般方法及效果

散抛块石。这种方法简单有效，但其应用仅限于抛石方法，不能抛石，尤其是在严重滑坡的情况下。因此，这种保护措施的应用具有相当大的局限性。它只能在洪水前固定常见的树根，也可以防止中、小洪水期树根完全坍塌。人工抛石和机械抛石适用于风险低、抛石量小、坝面储石罐、无事故、应急恢复水平低、设备进出受限的情况。机械卸料机由一台装载机与自动卸料机一起直接装载材料，将石块倾倒在坝面上，适合在短距离内进行。机械抛石适用于抛石量大、事故多、作业场地大、操作方便的机械车辆。

抛铅丝笼。如果避免纵深俯仰并不能阻止根部俯仰或部分俯仰，则可以使用它移除铅芯。这种保护方法增加了块体的重量，不易冲刷，并在一定程度上更好地控制了根岩体的移动。然而，在埋藏过程中很容易暂停，精度达到较低水平。它还可能导致边缘剪切、岩石渗流等现象，往往达不到预期效果。

抛柳石枕。当洗涤变得更困难并且对地基造成更大的损坏时，将枕头绑起来以提供保护。这种方法是防止大型岩体渗漏的更有效手段，尤其是当坝底土壤流过时。然而，由于根岩的陡度不同，当勺子垫下的垫块不能平稳沉降，容易落入所需位置时，这种保护方法对地基表层有较大影响，而较深的坝体相对较低。此外，这种方法对来源也有很大限制，很容易因原料供应不及时而延误。

（二）目前正在探索的抢险方法及效果

目前，正在探索抢险方法主要是用新技术取代传统技术，降低劳动强度，提高保护效率。例如，使用石头或铅块代替黏土块可以提高抗冲击性。固定：采用便携式防洪挤压信号进行防洪，取代以前的手动夯实方法。如果与挖掘机结合使用，在实际应用中会效果倍增。应急移动照明器可以适应各种不利的气候条件和环境，大型防洪车辆可以在公路上长距离移动，也可以垂直移动和短距离俯仰，并根据坡度和长度及时调整排土场的坡度和长度，比人工抛石生产率提高200-250倍。

五、对策与措施

（一）工程措施

工程布置选择合理的工程导线、坡度和连接管道，形成科学、合理、完整的河床整治体系。进一步改善施工中不合理的分部工程，将大坝最重要的部位分开，建立一个平稳、协调、高效的控制工程：修建大型大坝，管理不善的地下路堤或坝裆，防止大坝支流坍塌；由于进料不足，长度控制不足，工程不完善，河床工程全面实施。

大坝结构：改善大坝的物理结构，以满足洪水引起的河床建设要求。导引和调整工作应着重于石踵，加强石材边缘的压力，提高保护工作的管理效率：根部材料应考虑采取防护措施，如网石，以减少射流根部渗漏的可能性。

工程建设“三个新方面”：未来河道建设要积极改进、开发和推广，应用新材料、新技术、新工艺，提高河道建设的强度和稳定性，充分发挥河道建设的优势，降低风险。

设计领域：平衡上下游、近岸和河流流域的综合治理，遵循河流发展规律，根据河流两岸当前和未来的发展趋势，确定每段河流的河道整治路径，充分利用现有工程，加强河道、海湾和区域产业，按重点合理组织有序建设，因势利导，及时施工。

施工方：加强施工管理，确保施工质量降低施工风险的关键是严格按照施工工艺和设计要求，加强施工管理，确保施工质量，确保施工能力不受洪水影响。

（二）非工程措施

项目监督管理：项目经理部应严格按照大坝置换责任制的要求，落实工作责任制，加强工程检查监督，发现问题及时报告处理，及时进行工程维护，以确保项目的完整性，同时不增加其抗洪能力。

管道系统改革后，明确因洪涝灾害和重大险情引起的抢修和工程抢险属于防洪工程，并承担相应的防洪责任和防洪费用。在没有发生紧急洪水和重大险情的情况下，工程抢险抢修，统称“抢险固岩”或“工程抢险”，属于抢险维修工作的范围，并承担抢险维修费用。

六、结语

本文通过对肥西县河道整治工程设计洪水的分析，阐述了利用暴雨资料设计洪水的方法，并通过本次分析得出了如下结论：进行河道工程整治的目的是通过河道工程如排洪渠、堤防等来预防可能发生在河道上的自然灾害，如洪水。即当洪水来临时能够有效阻止其对河道附近的建筑或农田带来破坏。对河道进行洪水分析在河道整治工程中是必不可少的，通过实测流量直接来进行洪水分析或通过暴雨资料来进行洪水分析计算出洪峰总量和不同时段的洪量，再根据工程标准来设计不同频率下对应的洪量关系，是用来确定工程规模的依据。对测站资料进行可靠性、一致性和代表性分析应该在设计工作首位，资料准确性高，设计的结果才更可靠。