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1、小 流 域 洪 水 计 算 及 防 洪 措 施叶凌云,曾小东(台州 市水文 站,浙江 台 州 318000)摘 要:小流域洪水具有汇流快、峰量大、预测难度大、破坏性强等特点.白溪小流域为典型的山溪性河流,一旦发生洪水,将对溪河周围的居民产生严重的威胁.对白溪小流域的设计洪水、设计洪水位,以及在不同险情下的临界雨强的分析,可以成为小流域防洪措施的实施的依据,并据此设计洪水位进行堤防等工程措施的建设,根据临界雨强确定流域内的预警范围,建立防灾减灾体系.关键词:小流域;山洪灾害;水文计算;防洪措施中图分类号:TV87 文献标识码:B 文章编号:1008-536X(2008)03-0039-04On
2、F lood Esti mation and F lood Control in Small WatershedYE L ing-yun,ZENG X iao-dong(Ta izhou H yd rolog ical S ta tion,Ta izhou 318000,C hina)Abstract:The floodin sm a ll w atershed specia lizes in quick a fflux ion,high peak value andserious destructive effect.The flood poses area l threattothe in
3、habitan t because of N a ixi W atershed,atyp ica l m ounta inriver.The des ignflood,the designfloodlevel andthe criti-cal ra in fall quantity of B aix i sm a ll w a tershedshuold betakenin to considera tioninflood control and dyke cons truction.P recautionsy stemshou ld be set upto g ive early wa rn
4、 inginthe certa in a rea accordingtothe critica l rainfa ll am ount.K ey w ord s:sm a ll w a tershed;flash flood;hydrolog ic ca lcu lation;m easures onflood control0 引 言近年来我国因山洪灾害造成的死亡人数占洪灾死亡人数的50%以上,由山洪诱发的泥石流、滑坡等对国民经济和人民生命财产造成的损失往往也是巨大的.要进行山洪灾害的防治,就要对产生山洪的小流域洪水进行分析和研究,提出较实用的有针对性的计算方法和具有指导性的防治小流域洪水的
5、方案、方法 1.小流域设计洪水的计算方法较多,目前应用较多的有:经验公式法、推理公式法、地区综合法、历史资料调查法、浙江省瞬时单位线法、成因法等 2.这些方法各有特点和一定的实用性,可适当选择采用.小流域具有变异性大、量大面广、防洪标准不一,又短缺实测暴雨洪水资料等问题,采用何种计算方法计算洪水,即保证计算成果的合理性,又满足安全和经济要求,是小流域洪水计算的主要问题.本文针对各?收稿日 期:2008-03-03作者简 介:叶凌云(1982-),女,江 苏 泰 州 人,助 理 工 程师,硕 士.主要从 事水情 防汛 工作.种方法的特点,结合白溪小流域情况,采用推理公式法和浙江省瞬时单位线法相结
6、合的方法,求出了流域内设计洪水指标并提出相应防洪措施 3.1 小流域洪水计算方法1.1 推理公式法推理公式法是把流域上产流、汇流条件均匀概化以后,利用等流时线原理,经推理得出推算洪峰流量的公式,引用的是实测暴雨资料,推理公式为:Q=0.278 C24n-1H24 PnF=坡+槽+坡+0.278LV式中:Q 为洪峰流量,m3/s;C 为洪峰径流系数;n为暴雨衰减指数;H24 p为设计频率为p 的24 h 暴雨总量,mm;F 为计算断面以上集水面积,km2;为集流时间,h;坡为水流经过山坡所需的时间,h;L 为计算断面以上河流长度,km;V 为河槽洪水平均流速,m/s.参数 C、V,应视不同河流特
7、性作不同取值,C=0.180 0.195;当河道比降i=0.105 0.11 时,V=1.125 第20 卷 第3 期浙江水利水电专科学校学报V ol.20 N o.3 2008 年9 月J.Zhejiang W at.C ons&H ydr.C ollegeS ep.20081.155 m/s;参数 坡一般在0.12 0.15 h 之间.此方法比较简便,能够反映一定的河流特性,与流域降雨资料系列直接相关,理论依据充分.缺点是各参数取值人为影响大,不同河流、流域的不同河段各参数有区别.此方法一般适用于流域面积在300 km2以下的小流域 2.2.2 浙江省瞬时单位线法浙江省瞬时单位线法是利用纳
8、希瞬时单位线法的模式,一般形式为:U(t)=1K(n)(t/k)n-1e-1/K式中:U(t)为 t 时刻的瞬时单位线纵高;K 为反映流域汇流时间的参数亦称调蓄系数;n 为调节次数或调节系数;(n)为 n 阶不完全伽码函数;t 为时间.按照这两参数的汇流模式,只要对流域求出 n 和 K两参数,即可求出瞬时单位线.两个汇流参数的乘积 M 1=nK 是单位线的一阶矩或称单位线滞时,是对流域的平均传播时间或平均速度的一个量度,具有明确的物理意义,这个参数的定量比较稳定,变化也比较有规律.瞬时单位线法计算结果具有较好的可靠度,但因所需资料较多、计算过程较复杂,在基层的小型工程中实际应用较少.2 白溪小
9、流域及洪水灾害2.1 白溪小流域洪水的特点(1)白溪小流域位于浙江省中部沿海,流域面积114.8 km2,长 18.5 km,蓄 滞洪 能 力 有 限,河 道 比 降3.5,汇流速度快,易产生陡涨陡落的现象,给防洪带来较大的难度.(2)每年8-9 月间台风或热带风暴从沿海登陆,袭击本流域,造成流域暴雨洪水,洪水灾害严重.洪水源近流急、峰高量大、来势猛、破坏性大,暴雨过后易发生洪涝灾害.(3)白溪小流域属沿海丘陵平原区.河流属山溪型河流,呈树状发育.中下游河谷呈“U”字型,河床为厚度变化较大的冲洪积沙砾石层,河漫滩及一级阶梯发育,极易诱发山地灾害,尤其丘陵山区发生洪水时极易诱发山地灾害,造成人员
10、伤亡.(4)根据历史调查,白溪小流域极易发生洪灾的村庄有12 个,村庄沿溪虽建有一定防洪堤防,但河道堤防建设相对落后,防洪能力不足5 年一遇.一旦发生洪水,对流域内村庄造成的灾害明显,经常引起大片房屋倒塌,基础设施损害严重,给灾害恢复带来严重困难.2.2 白溪小流域洪水灾害建国以来,流域内发生大水灾16 次,平均3 4 年一次.其中1997 年11 号台风在温岭县石塘镇登陆,台风暴雨形成流域大洪水,袭击白溪两岸村庄、农田、企业,低洼处淹没时间长达10 h,造成了巨大的损失.2004 年8 月12 日,台风“云娜”在温岭石塘登陆,平均降雨249 mm,流域遭受较大损失.2005 年5 号台风,流
11、域内受灾人数1 900 人,受灾面积168 hm2,直接经济损失241 万元.3 白溪小流域洪水计算思路及计算过程3.1 基本思路降雨是导致小流域洪水灾害的最主要因素,降雨量、临界降雨强度的控制指标是小流域洪水灾害预报预警中诊断洪水灾害是否可能发生、并采取相应预防措施的关键性指标 4.根据实测、实地调查资料及对比分析,深入研究降雨量、降雨历时、降雨强度与洪水灾害之间的成因关系,综合分析确定临界雨强指标.通过计算不同频率下白溪小流域各村庄和乡镇的洪水情况,从而预测了不同频率下各村庄和乡镇的淹没水深,确定可能发生的灾害情况,为防洪避洪提供依据.3.2 计算过程3.2.1 计算断面选取根据历史洪水调
12、查,白溪小流域选取了横渡镇等12 个村、镇作为防洪的重点,每个村选取上中下三个断面,分别在各村、镇的上游河段、中游河段和下游河段,综合考虑白溪的走向和断面的代表性,对各控制断面进行实地测量,获得测量断面数据和断面间距.3.2.2 设计洪水采取推理公式法、浙江省瞬时单位线法相结合的方法计算白溪小流域设计洪水,当断面以上流域面积 50 km2时采用浙江省瞬时单位线法,计算出各村庄的设计洪水,并采用面积配比方法和洪峰模数统计关系方法对计算结果进行合理性检验.然后绘出各个乡村的 P-Qm ax,p 图,确 定 Q一 般 险 情、Q较 大 险 情、Q重 大 险 情对 应 的 P一 般 险 情、P较 大
13、险 情、P重 大 险 情1).?1)浙 江省水 利厅、浙 江省发 改委.浙水 计2005 69 号 关 于 开展 全省小 流域防 洪避 洪规划 编制 工作的 通知 S.杭州:2005.40 浙江水利水电专科学校学报第20 卷 白溪流域横渡镇设计洪水计算成果图见表1,横渡镇 P-Qm ax,p 关系见图1.表1 白溪小流域横渡镇设计洪水计算成果名称集雨 面积/km2不同 洪水频 率下 设计洪 峰流 量0.5%1%2%5%10%20%横 渡镇107.101 312.31 231.51 078.2876.1520.7401.6图1 白溪小流域横渡镇 P Qmax,p 关系图3.2.3 设计面雨量及雨
14、强的计算白溪小流域面积为114.8 km2,在流域内选取了5个暴雨特征值点,由浙江省短历时暴雨(2003 年2月)图集查得各历时(10 m in,60 m in,3 h、6 h,24 h)的点面系数 值;各历时平均点雨量均值分别乘以相应历时的点面系数即为各历时面雨量均值;根据各历时面雨量均值、CV值和CS/CV=3.5 查 p值表或Kp值表,按下列公式计算出 Hp值,见表2.Hp=Kp珚H 或 Hp=(1+pCv)珚H根据设计面雨量成果,在对数纸上绘制降雨量和频率的关系曲线,也就是暴雨频率曲线,得出白溪最大3 h 暴雨频率曲线,见图2.然后根据各个村庄的P 一般险情、P 较大险情、P 重大险情
15、的值查出各个雨强值,从而确定临界雨强值,见表3.表2 白溪小流域设计面雨量计算表点 号暴 雨历时10 m in60 m in3 h6 h24 h平均 点雨 量均值 18.3 51.3 55.4 103.2 177.3Cv0.3090.4380.4660.4950.545面 雨量0.5800.7820.8830.9360.978均值10.640.148.996.6173.4Cv0.3090.4380.4660.4950.545设 计 Hp0.5%22.4109.2140.5292.5574.31%20.899.2126.7262.4509.22%19.188.5112.7232.0445.05%
16、16.974.593.7191.2361.710%15.063.753.6117.1297.520%13.152.243.693.1232.4 第3 期叶凌云等:小流域洪水计算及防洪措施41 图2 白溪小流域最大3 h 暴雨频率曲线图表3 白溪小流域横渡镇临界雨强表时 段/h不 同险 情下的 临界 雨强/mm重大险 情较大 险情一般 险情175645239454446191117933.2.4 设计洪水位根据实地测量的控制断面形状和相应参数,利用水力学法,计算每个村的3 个控制断面水深和水位,从而确定上、中、下三个控制断面水位 H 与过流流量 Q的关系.并由相应设计洪水推求设计洪水位.4 计算
17、结果分析及相应措施4.1 计算结果分析通过计算,主要确定了白溪小流域各频率下各个村庄的洪水位、淹没水深以及临界雨强.结合洪水调查成果,确定各村庄可能遭遇不同频率的洪水情况.为小流域防洪采取的工程措施和非工程措施提供科学依据.4.2 防洪措施小流域水文分析计算目的是为防洪决策提出依据,为防洪减灾提供科学、可行的措施.(1)加大小流域除险加固力度.根据规划要求和小流域水文计算成果,通过设计洪水位可以确定堤防高度,对堤防进行除险加固,消除工程隐患,提高流域内堤防防洪抗灾能力.当堤防不能满足防洪要求时,可建设防洪控制性枢纽工程和调蓄水库工程,保障防御洪安全.(2)建立监测和预警系统.建立监测和预警系统
18、是防治小流域灾害的一项重要的非工程措施,临界雨强可以确定流域内险情情况,通过监测雨情,分析确定流域内洪水情况.(3)制作洪水风险图.根据设计洪水位和流域内堤防高度确定淹没水深,划分淹没范围,再和资料调查相结合,以图表形式直观反映当洪水威胁区域发生某一频率洪水时,可能淹没的范围、水深等洪水要素,以及不同量级洪水可能造成的灾害风险及其对社会经济的损害程度.洪水风险图不但能有效地减轻洪灾损失,而且能为及时掌握灾情提供科学的预测方法,为抗洪指挥提供科学的决策依据 5.5 结 语通过采用推理公式法和瞬时单位线法相结合的洪水计算方法,确定了白溪小流域的设计洪水、设计洪水位,以及在不同险情下的临界雨强.计算
19、成果为小流域防洪措施的实施提供了强有力的依据.可根据设计洪水位来进行堤防等工程措施的建设;并根据临界雨强确定流域内的预警范围.因此,计算成果对小流域水文计算和洪水分析具有一定的价值;对实施小流域综合治理、最大限度地减(下转第46 页)42 浙江水利水电专科学校学报第20 卷特兰水泥、经过处理的极细硅砂及多种活性化学物质组成的灰色粉末状无机防水材料.20 世纪60 年代起在欧洲、北美地区作为混凝土的修补材料得到广泛的应用.使用时,只需将一定比例的XYPEX 与水混合,以灰浆的形式涂刷到混凝土表面即可,操作简便.当混凝土裂缝中无水时,XYPEX 中的活性成分处于休眠状态,一旦有水侵入,其中的活性成
20、分即被激活,利用混凝土的化学特征和多孔性,以水为载体,借助渗透作用,在混凝土微孔及毛细管中传输、充盈、催化混凝土中的未完全水化成分再次发生水化反应,生成不溶的树枝状纤维晶体结构,与原混凝土结合为整体,从而使混凝土裂缝自行封闭,达到永久防渗、提高混凝土结构强度的效果.研究表明,在混凝土表面涂刷 XYPEX 后,在室内养护12 个月,XYPEX 结晶体可深入混凝土裂缝的深度约为30 cm.同时,XYPEX 有很好的耐温、耐湿、耐碳化效果,在提高混凝土强度,防止冻融破坏,保护钢筋方面作用明显.5 结 语经业主、监理方、施工方等单位密切合作合共同努力,面板裂缝处理达到设计要求.面板分部工程验收时,业主
21、、监理单位对0.2 mm 每条裂缝逐条进行压水试验检查,试验全部合格.而抽查取芯3 条裂缝,化灌区域充填了饱满的浆液.黄龙水库自2008 年3 月10日下闸蓄水后,经检查无一条裂缝表面出现涂料脱落和裂缝表面湿润渗水现象.经水库水位接近正常蓄水位时观测,水库下游渗流量同初始值相同.综上所述,面板裂缝防渗处理总体达到工程处理预期的效果.通过混凝土面板裂缝化学灌浆处理及表面涂刷补强加固的施工实践,得到以下几点经验.(1)化学灌浆实现原材料、施工设备、施工工艺有机的结合才能达到预期的灌浆质量、补强要求与技术目标.(2)刚开始采用手动泵灌浆法效率低,灌浆液在小裂缝扩散不够充分,后来采用电动泵灌浆压力大,
22、材料扩散半径相对也较大,灌浆质量相对较好,工作效率比手压泵提高5 6 倍.(3)通过黄龙水库面板裂缝的施工方案及工艺可借鉴到混凝土趾板裂缝及类似工程的混凝土面处理.参考文献:1 中 华 人民 共 和国 经 贸委.DL/T 5128-2001 混凝 土 面板 堆 石坝 施工 规范S.北京:中 国电 力出版 社,2001.2 王柏 乐.中国 当代土 石坝 工程 M .北京:中 国水 利水电 出版 社,2004.3 易英 仲,吴成源,韦孟康.堆 石坝 混 凝土 面 板裂 缝 成 因及 防 治 J.广西 水利水 电,2006(3):72-75.4 李旨强,白 建君.混凝 土 面 板 裂缝 化 学 灌
23、浆 处 理 工艺 实 践 及 研 究J.水利水 电技术,2006(11):49-51.5 林荣 强,吴跃伟,徐汝霖,等.水 布 垭水 电 站 混 凝土 面 板 堆 石坝 面板混凝 土裂 缝 处 理 技 术 综 述J.水 利 水 电 技 术,2007(11):71-74.(上接第42 页)轻小流域暴雨洪水灾害将起到重大的作用.参考文献:1 郑 春明,张 映辉,李旭 杭,等.丽 水市 小 流 域 特征 及 治 理 对 策J.浙 江省水 利科 技,2001(4):18-19.2 张惠 平.浙西小 流 域 洪 水推 求 方 法 浅析 J.浙 江 水利 科 技,2004(1):41-43.3 赵映东.浅 析甘 肃 小流 域 分 布 特征 及 山 洪 灾 害成 灾 特 点 J.水文,2007,27(2):82-85.4 董 浩.关 于 山 区 小 流 域 灾害 危 机 管 理 的 思 考 J.中 国 水 土 保持,2004(1):27-29.5 甘小荣.小 流域防 洪对 策 研究 J.人 民 长 江,2007,38(11):18-19.46 浙江水利水电专科学校学报第20 卷