金寨县梅山镇山洪影响调查分析
2022-08-16孙方坤
丁 然 孙方坤
一、背景
安徽省金寨县处于大别山区腹地,平均海拔500m,地势自西南向东北倾斜,境内河流属淮河流域,有史河、西淠河两大干流,全县2km 以上的河流共119 条,总长度为2670km。
全县属亚热带湿润性季风气候区,季风明显、四季分明、气候温和、雨量充沛,春温多变、梅雨显著、夏雨集中。降水成因多为东南沿海暖湿气流内侵,四川盆地低压东移以及强台风的边缘影响。降水量随地形的抬升而递增的现象较明显,在大别山主体形成一个多雨中心,根据1951年以来的实测水文资料的统计,多年平均降雨量为1431mm。
二、调查布局、影响评价
本次调查居民宅基高程以小型飞机航测方式获取,覆盖了中心城区全境,后台依据航拍成果提取每一个建筑物的房屋基础高程,同时对企、事业单位,学校、医院等名录进行实地校验。洪水调查重点是“20160709”洪水,采集洪痕17 处,并对水面线的高程进行了实地测量。测量河道横断面48 处,纵断面156 处。
实测11 号断面与梅山水文站测流断面基本一致,取11 号断面作为指定断面。
(一)设计流量
根据梅山水文站历年实测洪峰流量资料,采用P-Ⅲ频率曲线,经适线分析,均值Q 为402.1m3/s,Cv为1.52,Cs为4.0。经计算得出5年、10年、20年、50年、100年一遇洪峰流量分别为540m3/s、1014m3/s、1576m3/s、2403m3/s、3072m3/s。
梅山水文站不同频率的设计洪峰流量成果见表1。
表1 梅山水库不同频率的设计洪峰流量成果表
(二)河道糙率选定
指定断面位于梅山水库大坝下游1560m,测验河段顺直长度约100m,宽150m,断面形态为单式断面,河床系砂卵石组成,断面较规整,水流较通畅,参照水利水电出版社《水力学》河槽的糙率n 值表,初选河道糙率。
历史洪水采用2016年洪水,指定断面年实测最大流量912m3/s,对应水位70.81m。该断面附近河段比降为0.27‰,糙率为初选值,利用曼宁公式,推算测流断面的过水流量,将推算出的流量与实测流量894m3/s 进行比较。反复选定河道糙率试算,使推算出的流量与设计流量大体吻合,这时选定的糙率值即是指定断面处的推算糙率。
计算公式为:
式中:Q—断面流量(m3/s);
ω—断面面积(m2);
C—谢才系数;
R—水力半径;
i—河道坡率;
n—河槽糙率。
经反复试算,河道糙率n=0.030 时,推算出的流量与实测流量相吻合。因此,指定断面附近河段河道糙率n=0.030 较为合理。
(三)设计水位
假定测区河段两岸堤防足够高,由河段比降、河道糙率、不同的重现期的设计流量,利用明渠均匀流计算公式,推算不同频率设计流量下的指定断面的设计水位,经计算,指定断面100年一遇设计水位为75.51m,50年一遇设计水位为74.46m,20年一遇设计水位为72.76m,10年一遇设计水位为71.11m,5年一遇设计水位为69.66m。指定断面设计洪水成果见表2。
表2 指定断面设计洪水成果表
(四)测区调查洪痕问题点分析
本次调查“20160709”洪水场次历史洪痕17 处,综合洪水比降0.273‰。
根据调查结果,10#和14#洪痕点为突出点据,分析原因如下:
(1)10#洪痕高程70.028m,上游9#洪痕高程69.938m,下游11#洪痕高程69.817m,10#洪痕高程分别比上下游9#、11#洪痕高程高0.09m、0.21m,该洪痕点高程不合理。
造成10#洪痕高程不合理的原因除调查测量带来的误差外,分析存在如下原因:10#洪痕下游180m 同侧岸边有一支流汇入,经DEM 地理信息系统分析软件分析计算,该支流区间流域面积为4.3km2,河道长4.5km,河道坡降44‰。经分析“20160709”洪水场次洪峰流量约为40m3/s(重现期10年一遇),支流汇入造成10#洪痕处水位偏高。
(2)14#洪痕高程69.639m,上游13#洪痕高程69.47m,下游15#洪痕高程69.44m,14#洪痕高程分别比上下游13#、15#洪痕高程高0.17m、0.20m。该洪痕点高程不合理。分析此原因:①测量误差;②14#洪痕下游200m 处为一座桥梁,该桥桥墩阻水较为严重,壅水导致14#洪痕高程偏高。
(五)成灾水位
基于房屋基础高程、沿河洪痕投影结果,综合考量典型洪水(“20160709”)水面线、河道纵断面、沿河堰坝因素,依照短板效应原则确定成灾水面线,并以水文站位代表断面确定成灾水位。
沿河无挡水构筑时,成灾水面线可以直接依据房屋基础高程与洪痕双投影后,依据最先淹没的点确定成灾水位,由指定代表断面上成灾水面线的值作为成灾水位。
鉴于梅山镇曾经有过不同阶段的防洪治理,大部分河段建设了防洪堤,非天然状态下确定成灾水位需要据实研判,由多要素综合投影成果图所示,有几个局部集群位于“20160709”洪水水面线以下,需对逐个特征点详细考证。
起点距3800m、5900m 附近,部分房屋基础高程位居水面线以下,平面布局显示,建筑物地处左岸,虽然地处低洼,但处于左提防洪保护范围,实质未受影响。
起点距3950m 附近,左侧堤顶高程相对高程最低,此位置堤顶高程70.62m 作为致灾水位,换算到指定断面致灾水位为71.5m。
综合考虑以上因素,以梅山水文站为代表断面,成灾水位为71.5m,比“20160709”洪水高0.69m,成灾流量为1160m3/s,重现期约15年一遇。
(六)洪水风险
金寨县老城区为一般城镇,规划其防洪标准为防御20年一遇洪水,测区段河段虽经过整治,但局部河段防洪标准不足20年一遇。经分析,当测区河段发生超15年一遇的洪水时,发生洪水灾害的风险很高。
三、结论与建议
根据以上分析,代表断面(梅山水文站测流断面)处成灾水位为71.5m,成灾流量为1160m3/s。结合河段的洪水特性和堤防的现状,代表断面处警戒水位取成灾水位以下0.50m 较为合适,即代表断面预警水位为71.00m,相应流量为980m3/s,约为10年一遇。
金寨县梅山镇防洪主要依赖于水库的削峰作用,依据现状工程体系,防洪标准约为15年一遇。代表断面(梅山水文站)致灾水位为71.50m,致灾流量为1160m3/s;警戒水位取为71.00m,相应流量为980m3/s,约为10年一遇。预警流量为980m3/s,约为10年一遇。当测区河段发生超15年一遇的洪水时,发生洪水灾害的风险很高。
建议基于现状的能力,推进工程治理措施,补齐短板,真正实现测区河段的防洪标准达到20年一遇,实现由降低灾害损失向降低灾害风险转变■