洪水影响评价（共9篇）
洪水影响评价 篇1
摘要：在对河道现状情况及有关流域规划调查分析的基础上, 根据城区各地段流域面积控制性地面标高及有关规范、文件, 对邯武快速路工程建设进行洪水影响评价, 从而得出正确的结论, 为该路线的建设提供了科学依据。
关键词：洪水评价,桥梁,防洪影响,桥孔长度
对桥梁的洪水影响考虑不周将加重城市洪涝灾害, 给国民经济建设及人民群众生命财产造成影响与危害。2007年对拟施工的邯郸市邯武快速路6座桥梁进行洪水影响评价。在对河道现状情况及有关流域规划调查分析的基础上, 根据城区各地段流域面积控制性地面标高及有关规划成果、规范、文件, 评价本次所建桥梁的桥孔长度、桥梁梁底标高是否满足河道泄洪要求, 是否能保证河道的设计洪水及其所夹泥砂从桥下安全通过, 新建桥梁对河道产生的影响等。
1 基本情况
1.1 建设项目概况
邯武快速路工程路线东端起自河北省邯郸市人民路西延和西环路交叉口, 西行至武安市南环路与东环交叉口结束。路线全长19.553 km, 道路设计等级为一级公路。拟建项目位于邯郸市京广铁路以西, 属中低丘陵地貌, 共6处跨过河流, 需相应新建桥梁或涵洞。
1.2 流域和河流基本情况
邯武快速路跨越沁河和南氵名河。南氵名河发源于武安市管陶乡摩天岭, 经车谷、阳邑、磁山、大氵名远在永和村与北氵名河相汇, 河道长94.82 km, 流域面积1 215 km2, 武安市境内流域面积932.1 km2, 流经武安市管陶、阳邑、石洞、冶陶、徘徊、磁山、伯延、安庄、午汲、城关、康二城11个乡 (镇) 。有9条主要支流汇入, 河道上建有3座中型水库, 分别是上游武安市境内的车谷水库、涉县境内木井河支流上的青塔水库以及中游的大氵名远水库。各支流上建有小型水库29座。
沁河发源于武安市野河镇 (林之山) , 向东流经邯郸县, 于邯郸市区入滏阳河, 河道全长43.8 km。总流域面积186.46 km2, 其中齐村大坝以上124.46 km2 (已改道入输元河) , 以下62 km2的流域面积由原沁河河道经邯郸市区直接入滏阳河。
2 工作内容
防洪影响分析采用定性与定量相结合的方法进行评价, 在定性分析的基础上, 结合有关规范对有关宏观数据进行定量计算, 综合进行防洪影响分析评价。
公路的兴建将截断沁河、南氵名河数条天然支流河道, 需重点对公路路线的布置是否满足现状或规划的防洪标准要求, 拟建交叉建筑物对河流的河势及河道行洪有无显著影响进行分析评价;另一方面就河道洪水对该段公路建筑物的安全进行分析评价。此外, 建筑物修建后对上下游村庄的淹没和下游区域的防洪影响进行分析评价。
3 设计洪水分析
依据中华人民共和国行业标准SL 44-2006水利水电工程设计洪水计算规范, 洪水分析采用暴雨途径间接推求。计算方法按《图集》进行计算, 结果见表1。
4 防洪影响分析
4.1 建设项目位置、布置分析
拟改建邯武快速路位于邯郸市—武安市之间, 路线基本为现状路线, 与各河流交叉角度90°～130°。
改建路线与沁河、南氵名河支流河道绝大多数基本呈正交, 交叉建筑物断面水流较为平顺, 因此公路路线布置基本满足要求, 但少数交叉建筑物与支流河沟交角不满足要求者应进行适当调整。
4.2 冲刷和淤积分析
项目区因河道纵坡较陡, 水流急, 旁蚀力大, 许多河段沟底冲刷较为严重。为了研究修建公路后公路跨越河道的公路桥及附近河道的防护问题, 本次计算了沁河、南氵名河河道与公路交叉断面位置处的一般冲刷, 包括了公路大桥压缩河道引起的冲刷, 也包括了河槽在天然演变中深洪线摆动形成的集中冲刷。
公路与支流河道交叉断面的冲刷计算, 采用《公路工程水文勘测设计规范》中推荐的计算公式, 包括主槽、滩地的冲刷, 结果见表2。
4.3 冲刷和淤积分析
邯武快速路设计路线基本为现状路线, 路线与南氵名河、沁河数条支流河道交叉, 经复核以上交叉位置拟建各桥大多并未明显挤占行洪断面, 桥下有效行洪宽度满足要求。因此, 改建公路与沁河、南氵名河交叉建筑物按本次评价要求留足排洪断面, 限制设计河底及梁底高程, 并在各交叉建筑物进、出口设必要的防护工程, 如此便可保证公路改建后对各交叉支流河道的正常排洪不会产生不利影响。
5 河道建桥方案论证
5.1 桥孔长度
非峡谷性、稳定河段上的桥梁, 其桥孔净长根据《公路工程水文勘测设计规范》中的河槽宽度公式计算:
Lj=K (Qp/Qc) nBc。
其中, Lj为桥梁最小净孔长度, m;Qp为设计流量, m3/s;Qc为河槽流量, m3/s;Bc为河槽宽度, m;K, n分别为系数、指数, 稳定河段上的桥梁, K=0.84, n=0.90。
5.2 桥梁底高程
依据《公路桥涵设计通用规范》及《公路桥位勘测设计规范》中的有关方法分析确定。根据以上规范之规定, 本桥梁底板高程不考虑通航情况。公式基本形式如下:
Hmin=Hp+∑Δh+Δhj。
其中, Hmin为桥梁底板最低高程, m;Hp为设计最高洪水位;∑Δh为根据河流的具体情况, 酌情考虑壅水、浪高、河湾两岸高差诸因素的总和;Δhj为桥下净空。
5.3 论证结果
根据上述对建桥梁的桥孔长度及梁底高程进行复核, 该方案建桥主要技术指标分析对比情况见表3。
6 防洪影响评价
6.1 建设项目工程布置评价
邯武快速路基本沿现状路线布置, 局部改线, 桥梁的建设不会影响已建的河道建筑物, 且所在河段河势稳定, 满足要求。但设计路线与支流河道的交叉角度为90°～130°, 其中有些桥涵布置不满足要求, 根据《河北省河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制技术大纲》 (试行) , 跨河建筑物中心线与河道应尽量正交, 确实难以做到时, 与一般河道交角原则上在70°～110°之间, 同组墩台中心线应尽量与水流方向平行, 因此公路设计部门应适当调整拟改建排洪桥涵与河道的交角。
6.2 建设项目对防洪影响评价
拟改建邯武快速路路线布置较为合理, 与各河流交叉位置处大多与沁河、南氵名河河道洪水主流流势所夹角度较小, 基本满足要求, 水流顺畅。经计算, 现状及建桥后情况均不会影响河道的正常行洪;推荐方案拟定的建桥规模指标部分不能满足排洪需要, 对部分支流河道的洪水产生阻水影响。
6.3 建设项目防洪安全评价
邯武快速路沿线与沁河、南氵名河支流河道交叉建筑物按本次评价提出的拟建梁底高程、行洪断面净宽等要求修建, 可以满足行洪要求;同时设必要的防护工程, 可保证建设项目防洪安全。
7 结语
1) 桥梁的洪水影响不仅关系工程本身安全, 还关系到行洪与排涝、河势水质、冲淤平衡、防汛抢险、第三者水权益、堤防及护岸安全等方面。所以在河道上新建桥梁, 建议先进行桥梁的洪水影响评价, 以减少桥梁及连接段道路的设计更改工作量, 加快工程项目建设进度, 节省投资, 具有现实意义。2) 桥梁的设计一定要符合《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》及其他相关法律规范和规定的要求。3) 在河网化地区的桥孔设计, 选择多大频率的设计洪水标准作为归槽流量设计桥梁, 这不仅关系到桥梁及公路的投资, 也关系到是否符合当地情况的指标。
参考文献
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[4]水利部河北省水利水电勘测设计研究院.氵名河流域防洪规划报告[R].2001.
洪水影响评价 篇2
审
查
申
请
书
申请单位：（必填）
（盖章）
申请日期：（必填）
建设单位
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****年**月**日
法人代表
联系人
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单位地址
邮编
设计单位
报告编制单位
联系人
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建设项目
名称
性质
□新建
□改建
□扩建
建设规模等级
规模
□大型
□中型
□小型
等级指标
涉及蓄滞洪区情况
蓄滞洪区
涉及县（市、区）
项目主管单位意见
（盖章）
****年**月**日
同
时
上
报的材
料
编
号
及
名
称
编号
材料名称
份数
审
查
意
见
洪水影响评价 篇3
关键词：非防洪建设项目,洪水影响,水位,评价
1 研究背景
随着时代的进步, 人类活动对地球的影响越来越明显, 许多非防洪建设项目徬水修建, 可能对洪泛区、蓄滞洪区内水位产生一定影响, 堤防一旦决口, 对人民生命财产和国民经济即会遭受重大损失。
为此必须加强河道管理, 确保防洪安全和水工程安全, 避免危害防洪安全和水工程安全的事件发生。同时, 如果不采取有力措施, 水生态水环境将有持续恶化的趋势。为了满足新形势的需要, 河道管理要实现从工程管理向功能管理的转变, 保障河流的水环境、河流生态各项功能的实现, 维护河流的健康。《防洪法》[1]第三十三条规定:“在洪泛区、蓄滞洪区内建设非防洪建设项目, 应当就建设项目对防洪可能产生的影响和洪水对建设项目可能产生的影响作出评价, 编制洪水影响评价报告, 提出防御措施。建设项目可行性研究报告按照国家规定的基本建设程序报请批准时, 应当附具有关水行政主管部门审查批准的洪水影响评价报告。”
华能克拉玛依热电厂的工程场址所在区域为克拉玛依市中心城区防洪系统的天然洼地蓄洪区边缘, 根据《中华人民共和国水法》[2]、《中华人民共和国河道管理条例》[3]以及水利部、国家计委关于《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》[4]及《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》 (试行) 等国家有关法规要求, 2009年8月15日华能新疆能源开发有限公司委托新疆水利水电勘测设计研究院开展华能克拉玛依热电联产工程洪水影响评价。
2 研究区域及数据收集
2.1 研究区域
根据《华能克拉玛依热电一期 (2×350 MW级) 工程可行性研究报告》[5]可知, 初选厂址为克拉玛依市油田五一区厂址和化工园厂址, 其中油田五一区厂址为推荐厂址。
本文涉洪区域为华能克拉玛依热电厂的油田五一区厂址, 仅针对油田五一区厂址进行洪水影响评价, 厂址位于克拉玛依市 (中心城区) 南郊, 其目的是实现热电联产, 满足区域供热需要, 满足电网供电可靠性以及新增负荷用电的需要。
华能克拉玛依热电联产工程位于新疆维吾尔自治区西北部的克拉玛依市。电站厂址位于克市南郊, 地处N45°32′55″、E84°57′50″, 厂址东距克北站约9.0 km, 奎北铁路从厂址西南角东西向穿过, 南侧为化工园区至呼克公路联接道路, 西侧为克市胜利路南延段, 北距克市南端发展边界217国道1.0 km。
2.2 数据收集
工程区域内的山前冲洪沟主要是由暴雨形成, 各洪沟无实测水文资料, 本次工作收集了1957-2008年克拉玛依市最大一日实测降雨资料, 以此作为设计依据;为了满足设计需要, 新疆水电设计院本项目组成员于2009年9月1-4日对工程场址进行野外踏勘调查工作, 结合现场踏勘, 对工程附近洪水通道、工程场址周围的天然泄洪范围情况及区域地形地貌进行调查分析, 以此作为为评价依据。
3 洪水影响评价计算
3.1 水文分析计算
本次工作的目的是就华能热电厂对防洪可能产生的影响和洪水对建设项目可能产生的影响作出评价。
根据克拉玛依市的地形、地貌特征分析, 中心城区的西北面和东北面的漫坡上, 由于受到暴雨洪水、风蚀的作用, 形成了很多小流域山洪沟, 其中1～8号沟共8条沟的洪水对建设项目的防洪安全可能产生影响。因此, 本报告针对1～8号沟洪水进行分析计算。克拉玛依市中心城区沿线山洪沟及中心城区防洪规划总体布置详见图1。
3.1.1 暴雨洪水计算
鉴于工程区洪水计算属于小流域洪水计算范畴, 由于缺乏实测洪水资料, 采用推理公式法[6]推求小流域设计洪水, 具体的公式推导详见[7], 计算结果见表1。
续表1 山洪沟设计洪水计算成果
3.1.2 融雪洪水计算
根据该地区实测积雪密度0.2 g/cm, 将积雪量折合为水量。从水库管理部门了解到, 融雪时期的水量损失 (含蒸发、渗漏) 为50%, 洪水历时一般为5 d, 每天水量相差不大。洪量由冲洪沟集水面积、积雪厚度、积雪密度的乘积, 并扣除损失而得。100年一遇设计积雪厚度为24.6 cm。1～8号沟集水面积为89.3 km2, 从而计算得到现状冲沟100年一遇的融雪洪水汇流后的总量为219.2万m3, 其中东防洪系统4条洪沟融雪洪量为88.7万m3。
3.2 洪水位计算
3.2.1 工程建成前后蓄洪区水位库容曲线
经现场踏勘及结合1∶5万和1∶1万地形图分析可知, 克拉玛依市中心城区防洪规划实施前, 洪水将蓄泄于9 km东北侧洼地, 并且洪水无出路, 因此可将低洼地带概化成一小水库, 如图2。
本工程位于蓄洪区边缘, 工程占地800 m×800 m, 天然情况下厂区平均自然地面高程为272.5 m, 根据工程建设的占地情况, 可计算出工程建成前后蓄洪区的水位库容关系曲线, 见图3。
3.2.2 设计洪水位计算
3.2.2.1 入库洪量
从克拉玛依市水务局及流域相关部门了解到, 克市中心城区防洪规划工程在实施排洪涵管之前, 洪水不能到达拟建五一区厂址所处的低洼地带。 防洪规划实施后, 东郊滞洪库外接有3.17 km的区外排洪管道, 其防洪标准为50年, 可将东郊滞洪区内的洪水导向9 km东北侧低洼蓄洪区。
克拉玛依市中心城区防洪规划体系中东北、西北、西防洪堤防洪标准为50年一遇, 可抵御50年一遇标准的洪水。根据表1计算结果, 融雪洪水设计洪峰流量较小, 最大一条沟融雪洪水100年一遇洪峰流量仅为4.86 m3/s, 远小于暴雨洪水50年一遇洪峰流量52.0 m3/s, 由计算数据可以看出, 规划的防洪堤可抵御100年一遇融雪洪水, 但不能够抵御100年一遇的暴雨洪水。华能克拉玛依热电厂的防洪标准是100年, 需确定100年一遇入库洪量。防洪规划实施后, 当发生100年一遇的融雪洪水时, 最终汇入9 km东北侧低洼地带的洪水为5～8号沟的融雪洪水, 相应的融雪洪水总量为88.7万m3;发生100年一遇暴雨洪水时, 结合地形条件, 分析可知1～4号沟暴雨洪水不能到达拟建油田五一区厂址所处的低洼地带, 5～8号沟的暴雨洪水均有可能汇入9 km东北侧低洼蓄洪区, 相应的暴雨洪水总量为91.1万m3, 并且洪水无出路。
另外, 从克拉玛依市水务局及克拉玛依市建设管理部门了解到, 在低洼蓄洪区西北方向约1.2 km左右处, 有一东沟污水库, 目前此污水库最大年排放量为120万m3, 这部分水量最终也有可能汇入到9 km东北侧低洼地带。
因此, 发生100年一遇洪水时, 最终汇入9 km东北侧低洼地带的入库洪量为:5～8号沟的融雪洪水、暴雨洪水和120万m3的东沟污水库污水排放量, 相应的融雪洪水总量为88.7万m3, 暴雨洪水总量为91.1万m3。考虑不利情况, 按极大化处理, 前期融雪洪水与暴雨洪水、污水排放量叠加后100年一遇设计洪量总和为88.7+91.1+120=299.8万m3。
3.2.2.2 基本方程
以9 km东北侧低洼地形成一天然低洼地蓄洪区为研究对象, 计算依据是水量平衡原理。由于洪水无出路, 电厂建成前后, 泄入低洼地蓄洪区的入库洪量不变, 电厂修建后占用了天然低洼地蓄洪区范围内的部分库容, 以至于天然泄洪范围内洪水位抬高, 据此可写出方程式:
式中:Z0为厂区自然地面标高;Z1为建厂前100年一遇洪水对应的库水位;Z2为建厂后100年一遇洪水对应的库水位;F电为厂区占地面积;VZ1为Z1水位以下对应的库容;VZ2为Z2水位以下对应的库容。
3.2.2.3 计算方法
上述基本方程中, Z0、F电、VZ1各值为已知, 由以上库容曲线可求得Z1=273.02 m, 公式中Z2、VZ2各值为未知, 需试算确定。先假定Z2 (且要求Z2>Z1) , 由库容曲线可求得VZ2, 将其代入上式。如左右两端相符, 满足已定精度 (0.001) 要求, 则所假定的Z2值即为所求值, 否则另行假定, 重新计算, 直到基本相符为止。按入库总量299.8万m3计算, 最后求得Z2=273.06 m, Z2-Z1=0.04 m为建厂后引起的洪水位壅高值。
4 洪水影响综合评价
根据《华能克拉玛依热电一期 (2×350 MW级) 工程可行性研究报告》, 推荐五一区厂址位于9 km东北侧地势低洼处, 处于克市中心城区东防洪系统的天然泄洪范围内。
电厂的防洪标准基本高于克拉玛依市中心城区防洪对象的防洪标准, 与《防洪标准》 (GB50201-94) 、《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252-2000) 的有关规定相适应, 所以华能热电厂的兴建与河道防洪标准是相适应的。
厂址北距217国道1.0 km, 西侧为克市胜利路南延段, 南距奎北铁路约1.5 km, 南侧大多为开阔荒漠, 低洼地带位于厂址与217国道之间, 国道、胜利路南延段及奎北铁路均布设有过水涵洞, 涵洞洞顶高程分别为276.1、275.5、277.1 m。电厂修建前后, 泄入低洼地的入库洪量不变, 建厂后占用了天然泄洪范围内的部分库容, 必然引起天然泄洪范围内洪水位抬高, 但对水流导向作用很弱, 不会对主河槽的流势产生大的影响。
从克拉玛依市水务局及流域相关部门了解到, 防洪规划工程在实施排洪涵管之前, 洪水不能到达拟建油田五一区厂址所处的低洼地带, 洪水蓄泄于金龙镇段北侧的洼地处, 洪水对拟建电厂油田五一区厂址不构成威胁。
4.1 电厂建设对行洪安全的影响
因电厂建设占用了蓄洪库容, 使天然低洼地带洪水位抬高。经分析计算可知, 发生100年一遇洪水时, 建厂前低洼地带洪水位为273.02 m, 建厂后低洼地带洪水位为273.06 m, 洪水位壅高了0.04 m, 洪水位远小于国道、胜利路南延段及奎北铁路过水涵洞顶高程 (276.1、275.5、277.1 m) 。因此, 建厂后, 行洪通道仍然畅通, 对其泄洪能力基本不产生影响。
4.2 洪水对电厂安全的影响
根据《华能克拉玛依热电一期 (2×350 MW级) 工程可行性研究报告》, 厂区自然地面平均海拔在272～273 m范围内, 厂址设计标高为274 m, 高于防洪规划实施后100年一遇洪水位273.06 m。因此, 防洪规划的实施对电厂的防洪安全基本不构成威胁。
新建电厂厂址周围地势平坦开阔, 建厂后基本不改变天然情况下的水流流向, 不会产生侧向冲刷, 也不会改变主流位置。工程只是改变泄洪范围内的周界条件, 对来水没有改变, 泄入低洼地的入库洪量不变, 建厂后仅占用了天然泄洪范围内的部分库容, 必然使洪水位抬高, 计算结果表明, 建厂后天然泄洪范围内的最大壅水高度仅为0.04 m。因此, 建厂后对泄洪能力及河势的影响很小。
5 防治与补救措施
5.1 电厂施工期
考虑到工程施工期, 100年一遇洪水水位高于施工场址平均地面标高 (272.5 m) , 给工程施工带来较大的威胁;另一方面, 施工期由于对地表的扰动, 可能会造成蓄滞洪区形态发生变化, 施工用料等可能占用天然泄洪库容, 改变了天然蓄洪格局状态, 可能导致水土流失。工程地表面的防洪措施, 若处理不当, 易造成冲刷动能的聚集, 危及本工程的自身安全。因此, 针对本工程的防洪现状而言, 需要采取相应的措施尽量避免不利影响。
从现场调查来看, 工程场址北侧与217国道之间是一片低洼地, 而厂址则位于洼地环绕的“月牙状”滩地之上, 一旦发生洪水, 北侧洼地必蓄滞一定量的洪水。因此, 建议在工程施工时, 首先围绕工程外围周边填筑土石料, 逐步抬高地基, 避免施工期发生大的洪水进入施工区。
5.2 电厂运行期
厂区设计标高为274 m, 建厂后低洼地100年一遇洪水位273.06 m, 未达到厂址设计标高;中心城区防洪规划实施后, 由于东郊防洪系统蓄滞洪区分担了部分洪量, 建厂前后低洼地100年一遇洪水位更不会超过厂址的设计标高。因此电厂运行期, 洪水对电厂影响不大。
考虑到风浪爬高等因素对电厂的影响, 需在滩地与洼地交界处、围绕工程场址修筑防浪防渗墙。根据相关规范[8], 当坝顶上游侧设有稳定坚固不透水且与坝的防渗体紧密结合的防浪防渗墙时, 可利用防浪防渗墙抵御风浪, 坝顶超高可以是静水位到防浪防渗墙顶的高差。防浪防渗墙高度可采用1.0～1.2 m, 本次防浪防渗墙高度采用1.2 m。从对工程安全的角度出发, 取坝顶超高为1.2 m, 相应的防浪防渗墙顶高程为274.26 m。
综上所述, 工程施工期, 建议在厂址外围首先填筑土石料, 逐步抬高地基, 避免大洪水漫溢施工区;运行期, 为减小洪水期风浪的威胁, 建议在厂址外围修筑防浪防渗墙, 工程管理部门应与有关部门协调, 共享当地防洪、气象数据, 制定相应的防洪预案。
6 结语与建议
6.1 评价结论
①华能克拉玛依热电一期工程的建设对现有防洪规划无影响。②华能克拉玛依热电一期工程的建设与区域的防洪标准和河道管理要求是相适应的。③华能克拉玛依热电一期工程的建设对河道行洪安全影响较小, 不会导致现有河势发生大的变化。
综上所述, 华能克拉玛依热电一期工程的建设, 行洪论证与河势稳定评价结论为可行。
6.2 有关建议
①建议在施工期间要加强行洪区域的保护, 减少弃土、弃渣, 确保行洪畅通。②施工取土和废弃料应和当地河管部门协议, 严格按照有关河道管理条例执行, 不应对行洪、河势稳定和防洪工程的有负面影响。③建议在电厂与低洼地带之间修建防浪防渗墙, 确保施工安全。
参考文献
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洪水影响评价 篇4
我以为用洪水来比新思潮，很有几分相像。它的来势很勇猛，把旧日的习惯冲破了，总有一部分的人感受苦痛；仿佛水源太旺，旧有的河道里，不能容受他，就泛滥岸上，把田庐都扫荡了。对付洪水，要是如鲧的用湮法，便愈湮愈决，不可收拾。所以禹改用导法，这些水归了江河，不但无害，反有灌溉之利了。对付新思潮，也要舍湮法用导法，让它自由发展，定是有利无害的。孟氏称“禹之治水，行其所无事”，这正是旧派对付新派的好方法。
至于猛兽，恰好作军阀的写照。孟氏引公明仪的话：“庖有肥肉，厩有肥马，民有饥色，野有饿莩，此率兽而食人也。”现在的军阀要人，都有几百万几千所以中国现在的状况，可算是洪水与猛兽竞争。要是有人能把猛兽驯伏了，来帮同疏导洪水，那中国就立刻太平了。
万的家产，奢侈得了不得，别种好好作工的人，穷得饿死；这不是率兽食人的样子么？现在天津、北京的军人，受了要人的指使，乱打爱国的青年，岂不明明是猛兽的派头么？
所以中国现在的状况，可算是洪水与猛兽竞争。
洪水影响评价 篇5
1 1968年洪水重现期分析
淮河干流发源于桐柏山主峰太白顶, 向东流经桐柏, 信阳、正阳、罗山、息县、潢川、淮滨、固始, 在固始县三河尖以东的陈村入安徽省。出山店水库是淮河干流上游以防洪为主、综合利用的大型水利枢纽工程, 水库坝址位于淮河上游的出山店村附近, 距淮滨站218km, 距信阳市约15km, 坝址以上河长约100km, 流域面积2900km2, 多年平均天然径流量11.26亿m3。
根据刊印淮河流域水文资料, 1968年洪水淮滨站实测洪峰16555m3/s, 将南湾水库洪水还原以后为18000m3/s, 根据《河南省历代旱涝等水文气候史料》记载, 淮滨站平地水深一丈二尺, 即漫溢水深4m。息县实测洪峰15000m3/s, 将南湾水库洪水还原以后为16500m3/s, 水位45.5m, 固始段舟行树梢。
淮滨1968年洪水是1954~2007年系列首大项, 洪峰流量、24小时、3日洪量与均值的比值Kmax均大于5, 7日洪量、15日洪量、30日洪量与均值的比值Kmax分别为4.87、3.95和2.99, 见下表1。
(1) 从地区综合来看, 淮滨洪峰Cv≤1。在未作特大值处理的情况下, 淮滨1968年洪峰与均值的比值Kmax=5.23, 相应重现期约150年一遇。24小时、3日、7日洪量的Kmax相应重现期在120年~150年一遇之间, 应该作为特大值处理, 1968年15日洪量、30日洪量在频率曲线图上与其他点群协调, 不作特大值处理。
(2) 70年代初由河南省水利设计院进行了初步设计工作, 1974年编写了《出山店水库水文水利计算报告》。当时作为50年一遇处理。据此推论, 1968年淮滨洪水是1921年以来最大的, 随着系列延长到2007年, N=87年。
(3) 根据公元802~2007年分级洪水次数1968年洪水重现期在120年~150年之间。
(4) 根据公元1320~2007年分级洪水次数1968年洪水重现期在98年~114年之间。
本次用《河南省历代旱涝等水文气候史料》有关资料, 通过综合分析认为, 淮河淮滨站1968年洪水的重现期100~150年之间。计算均值时N取100年, 适线时1968年洪水重现期的范围为100~150年之间。
2 淮滨设计洪水
2.1 基本资料
淮滨站控制流域面积16005km2, 1952年由治淮委员会设为淮滨二等水文站, 观测至今。1954年、1956年、1960年、1968年洪水较大, 测站上游有漫溢决口现象, 1973年河南省水利设计院对这4年的实测洪水进行了还原计算, 本次计算直接采用此次还原的洪水过程线。淮滨站1957年、1958年只有水位过程, 为此, 采用1956年的实测洪水, 点绘水位~流量关系线, 通过点群中心定线, 由水位~流量关系线查算出这两年的流量过程线。
2.2 洪水系列统计
1954、1956、1957、1958、1960、1968年按上述还原或查算的洪水过程线计算洪峰和时段洪量, 其余年份根据实测资料统计。计算系列统一还原为有南湾水库的情况。洪水计算系列由1954年到2007年, 共54年。
2.3 1968年洪水做特大值处理
频率曲线统计参数首先用参数估算法的矩法计算初值, 均值采用计算值, Cs=2.5Cv, 用皮尔逊Ⅲ型频率曲线通过目估适线选定Cv。洪峰、1日、3日、7日洪量采用不连序系列均值与变差系数计算公式, 15日、30日洪量用矩法计算参数初值。确定参数以后计算出各设计频率的洪峰及时段洪量。
2.4 设计洪水比较
(1) 各频率设计值比较
1998年淮委组织完成的《淮河流域防洪规划报告》对淮滨站现状工程条件下的设计洪水进行了分析, 洪水资料系列采用1954~1997年。报告中淮滨洪峰、时段洪量频率曲线均未对1968年洪水作特大值处理, 通过频率曲线可见, 1968年洪水的洪峰、24小时、3日洪量、7日洪量、均明显“挂灯笼”, 15日洪量、30日洪量与点群配合较好。
将延长洪水系列且把1968年洪水做特大值处理后, 淮滨站设计洪水成果与1998年成果的对应项目分别做比值。洪峰、24小时洪量设计值比0.939~0.948, 减小5.7%~5.2%;3、7日设计洪量比0.907~0.95, 减小5%~9.3%, 包括Cv减小的影响;15日设计洪量比1.017~0.967, 变化最小, 因均值增加2.2%和Cv减小的结果。30日设计洪量比0.973~0.925, 因均值增加2.6%和Cv减小的结果。
(2) 均值比较
原1954~1997年44年系列为短系列, 延长以后到2007年为长系列。将长短系列以及1968年做不做特大值处理分解成三种情况, 再分别计算均值比。比较情况见表2。
(1) 长短系列均未处理均值比。洪峰、1、3、7日洪量均值比从0.98~0.989, 减小2%~1.1%;15、30日洪量均值比1.022~1.026, 增加2.2%~2.6%。
(2) 长系列处理与未处理均值比。洪峰、1、3、7日洪量均值比从0.963~0.967, 减小3.7%~3.3%;15、30日洪量不处理, 均值比1, 均值不变。
(3) 长系列处理与短系列未处理均值比。洪峰、1、3、7日洪量均值比0.944~0.956, 减小5.6%~4.4%;15、30日洪量均值比1.022~1.026, 增加2.2%~2.6%。
3 淮滨~出山店区间相应洪水
3.1 1998年报告中区间相应洪水计算方法
(1) 区间相应时段洪量
区间相应洪水, 通常在上游水库与下游控制断面同频率洪水组合时需要计算。当水库断面与控制断面比较接近的时候, 与相应暴雨计算方法类似, 采用上、下游控制断面设计洪水直接相减。区间相应时段洪量的计算公式为:
式中:W区间相应T—区间相应时段洪量 (104m3) ;W下游设计T—下游控制断面时段洪量 (104m3) ;W上游同频率设计T—上游控制断面时段洪量 (104m3) 。
(2) 区间相应洪峰
计算区间相应洪水时, 采用马斯京根分段连续演进法, 忽略支流下段受干流高水位顶托, 干支流洪水相互影响, 过程线相减会出现倒三角豁口, 计算的区间相应洪峰偏大。要模拟这种影响, 不仅需要详细的地形资料, 加上洪水时空分布的不确定性, 工作难度极大。目前实际工作中, 用实测24小时洪量与洪峰相关关系曲线查算得到洪峰更加接近实际。根据出山店、淮滨区间设计洪峰、24小时洪量绘制相关关系曲线图, 拟合出二者相关关系式为:
式中:W24h—区间相应时段洪量 (104m3) ;Qmax—区间相应洪峰 (m3/s) 。
我省昭平台、白龟山、盘石头水库区间相应洪水均是采用此方法计算。1998年报告中淮滨~出山店区间相应洪水也是根据上述方法计算, 但其计算结果的24小时洪量不足3日洪量的三分之一, 此计算方法存在着不合理。
经过分析, 这种区间相应洪水计算方法只能用于两个断面之间洪水传播时间小于计算时段 (24小时) 的情况。当两个断面之间洪水传播时间超过计算时段, 应该计入过程线演进变形, 再过程线相减, 重新计算各种时段洪量。
3.2 计算方法修正
出山店~淮滨两个断面之间洪水传播时间39小时, 计入过程线演进变形。用马斯京根法将出山店水库设计洪水过程线演算至淮滨站, 用淮滨站的设计洪水过程减去出山店水库演算至该站的洪水过程, 得到出山店~淮滨区间相应洪水过程, 由此过程线统计出洪峰、24小时时段洪量、3天时段洪量等。
3.3 结果比较
淮滨采用1998年成果时, 用此经验公式计算洪峰为6444m3/s, 比过程线相减得到的6861m3/s相差417m3/s;淮滨采用本次成果时, 用此经验公式计算洪峰为5691m3/s, 比过程线相减得到的5987m3/s相差296m3/s。考虑过程线演进变形, 淮滨~出山店区间相应洪峰减少753m3/s, 二者比值0.883。见表3。
4 结语
通过以上分析计算, 得出以下结论:
(1) 对1968年实测大洪水进行分析, 认为其作特大值处理是必要的, 其重现期分析为100年一遇。
(2) 作为特大值处理后, 设计洪水计算成果更趋于合理性和稳定性, 计算结果表明:淮滨20年一遇设计洪水减小约5.6%。
(3) 对淮滨~出山店区间相应洪水计算方法做了修正。当两个断面之间洪水传播时间超过计算时段, 考虑过程线演进变形, 再过程线相减, 重新计算各种时段洪量。计算结果表明:20年一遇区间相应洪水减小约8%。
参考文献
[1]詹道江, 叶守泽.工程水文学[M].北京:中国水利水电出版社, 2000
[2]SL44—2006, 水利水电工程设计洪水计算规范[S]. (SL44—2006.
[3]郭海晋.洪水特大值检测方法应用的初步研究[J].水利水电快报, 2000, 20 (2) :5-9
[4]金光炎.频率分析中特大洪水处理的新思考[J].水文, 2006, 26 (3) :27-32
洪水影响评价 篇6
在洪水管理过程中,当水库遭遇重现期较长的洪水,无法实现预见期长、精度高的洪水预报,工程管理者往往被动应对入库洪水,大量弃水,甚至呈现失控、误判状态。为了既能确保汛期水库防洪调度安全,又能充分利用洪水资源,本文提出最快下泄时间、最高调洪水位概念,通过量化洪水特征,计算研究各参数对水库最高调洪水位及最快下泄时间的影响,为有效充分的利用洪水资源提供必要的基础条件,实现遭遇不可控大洪水情况下安全度汛,遭遇中、小洪水时在确保安全前提下充分利用洪水资源。
1基本概念
(1)洪水特征参数。为寻求最快下泄时间的影响因素,本文对洪水特征参数 进行量化,将洪水过 程分为涨 水段和退 水段,其中涨水段历时0~t1为峰现时间,退水段历时t1~t2为退水时间,入库洪水最大瞬时流量Qmax为洪峰流量(见图1)。
(2)最高调洪水位。如图1所示,水库遭遇洪水时,当入库流量大于水库最大下泄能力时,随着入库流量的增大,库水位不断上升,并达到一个最 高值Z1。此时入库 流量等于 该水位Z1的最大下泄能力时,随后入库流量不断减小,库水位开始下降,直至恢复至起调水位Z0,库水位最 高值Z1定义为水 库最高调洪水位。
(3)最快下泄时间。水库防洪调度中,洪水达到最高调洪水位后,需尽快将滞蓄在库中的洪水下泄至汛限水位。其原因是基于后续洪水随时会发生,而只有执行敞泄调度,才能实现最快下泄滞蓄的洪水。故定义库水位由最高水位Z1敞泄,水位回落至起调水位Z0时间为最快下泄时间,并记为T0(见图1)。影响最快下泄时间有两个因素,分别是滞留在库中超蓄的水量以及退水段的洪水总量。
2实例分析
本文以西南某大型水库为例,分别研究峰现时间、退水时间、洪水历时以及洪峰流量对水库最高调洪水位、最快下泄时间的影响。为简化计算,采用某次 三角形洪 水过程为 研究对象。计算水库的水位-库容-最大下泄能力关系见表1,起调水位和汛限水位均为435m。
2.1峰现时间对最高调洪水位及最快下泄时间的影响
控制洪峰流量、退水时间两个参数不变,改变洪水峰现时间和洪水总量,如图2所示,T1、T2、T3为不同的峰现时间,计算最高调洪水位以及最快下泄时间。设退水时间60h,洪峰流量17 000m3/s,计算结果见表2。从表2中结果可见,当洪峰流量、退水时间一定时,推迟峰现时间,将直接导致最高调洪水位增高以及最快下泄时间延长。其主要原因在于延迟峰现时间造成了滞蓄的水量增加,进而引起水位上升,且造成最快下泄时间的延长。
2.2退水时间对最高调洪水位及最快下泄时间的影响
控制洪峰流量、峰现时间两个参数不变,改变退水时间和洪水总量,计算洪水最高 调洪水位 以及最快 下泄时间,如图3所示,T1、T2、T3为不同的退水时间。设定峰现时间60h,洪峰流量17 000m3/s,计算结果见表3。从表3中结果可见,当洪峰流量、峰现时间一定时,延迟洪水退水时间,将直接导致洪水最高调洪水位增高,最快下泄时间延长。可以看出,退水缓急对最高水位的影响较峰现时间的影响小,但对最快下泄时间的影响比较大,其原因是退水段的洪水总量增加。
2.3综合峰现时间及退水时间对最高调洪水位及最快下泄时间的影响
控制洪峰流量及洪水历时两个参数不变,以某个洪水为基准洪水,提前或延后峰现时间,相应的退水时间也随之变化(见图4),设定标准 洪水历时120h,峰现时间60h,洪峰流量17 000m3/s,洪水总量367 200万m3。提前或延迟峰现时间, 计算洪水最高调洪水位 以及最快 下泄时间,计算结果 见表4。 从表4中结果分析可知,当洪峰流量及洪水历时一定时,延长洪水峰现时间,缩短退水时间,将直接导致洪水最高调洪水位增高,最快下泄时间变短(如图5所示,以提前峰现时间为负, 延迟峰现时间为正)。
综合分析表2~表4,还可得出峰现时间主要影响最高调洪水位,而退水时间对最快下泄时间的影响较峰现时间影响大的结论。
2.4洪水历时及洪峰流量对最高调洪水位及最快下泄时间的影响(洪水总量不变)
为分析方便设定洪水总量不变,洪水过程对称(峰现时间等于退水时间),改变洪水历时,相应地洪峰流量也随之改变, 如图6所示。设洪水总量为367 200万m3。计算洪水最高调洪水位以及最快下泄时间,计算结果见表5。从表5中结果分析可知,当洪水总量一 定时,随着洪水 历时延长,洪峰流量 减小,将导致最高调洪水位逐渐降低,最快下泄时间先增大后减小(见图7)。对同一河流该水库上游两个梯级计算,同样得到上述类似结果,见图8。
3结语
为能更好地反映水库防洪调度的安全水平,更有效地充分利用洪水资源,本文通过提炼最快下泄时间T0以及水库最高调洪水位这两个核心参数,并分析计算各洪水特征参数对其影响,为水库的防洪调度和洪水资源的充分利用提供基础条件。
洪水作用对住宅建筑物影响浅析 篇7
2013年进入8月以来, 我国多地发生强降雨引发的洪水灾害, 尤其是东北地区发生了自1998年以来最大的洪水灾害, 造成较大的人员伤亡和巨额财产损失, 防汛防洪形势极为严峻。众所周知, 我国是洪水灾害多发的国家, 据资料统计, 中国洪涝灾害造成的直接经济损失位居各种自然灾害之首, 20世纪90年代由于水灾造成的平均直接经济损失高达1 169亿元, 占全国各类自然灾害损失的67%, 约占同期GDP的2.24%, 远远高于发达国家, 防灾减灾水平有待进一步提高。在洪水灾害中, 造成大量建筑物不可恢复的破坏, 给广大人民群众的生活和社会生产活动造成严重的影响, 在农村, 洪水对房屋的破坏可以说是毁灭性的, 而很少有人研究洪水对建筑物的破坏, 由此研究洪水作用对建筑物影响和破坏机理十分必要, 对灾后的重建也会起到一定借鉴作用。
1 洪水灾害的类型和对建筑物的破坏形式
1.1 洪水灾害的类型
我国幅员辽阔, 形成洪水的气候和自然地理条件千差万别, 影响洪水形成过程的人类活动情况也不一样, 因而我国具有多种类型的洪水, 按其成因可分为:暴雨洪水、风暴潮、冰川洪水和溃坝洪水等多种类型, 历年来严重的洪水灾害主要是前两种。我国暴雨洪水的主要成因是大强度、长时间的集中降雨。我国大部分地区在大陆季风气候长时间的影响下, 降雨时间集中, 强度很大。主要集中在每年的6~9月份, 占全年降雨量的60%~80%[1]。暴雨洪水主要有以下三个特点:
1) 各地暴雨洪水出现的时序有一定的规律:夏季集中出现的雨带, 一般呈东西向南北来回移动。
2) 暴雨洪水集中程度高。我国实测最大1 h降雨达401 mm (内蒙古上地) , 最大6 h降雨达到830 mm (河南林庄) , 最大24 h降雨达1 672 mm (台湾新寮) , 2013年8月份辽宁洪灾的降雨量实测达到446mm, 历史长江流域、黄河流域、松花江等发生的特大洪水, 都是暴雨洪水。
3) 严重的洪水灾害存在着周期性的变化。从历史资料中不同年代发生特大洪水的次数分析。20世纪30年代, 50年代及20世纪末, 是中国洪水灾害最为频繁的时期。
风暴潮是沿海地区的一种严重的洪水灾害, 它是由强风和气压骤降等剧烈大气扰动引起的沿海或河口水面异常升高的现象, 形成风暴潮洪水灾害。我国的风暴潮发生在东南沿海的频次较多, 多集中在7、8、9三个月, 由于其波浪力很大, 对建筑物破坏作用比暴雨洪水更大。
1.2 洪水对建筑物的破坏形式[2]
历史上每次遭遇洪水灾害就会造成大量的建筑物的破坏, 其中住宅建筑占很大的比重。我国的住宅建筑物, 特别是农村、乡镇建筑主要的结构形式有:土结构房屋 (土坯房) 、木结构、砖混结构和框架结构。相对来讲都是按照当地传统习惯建造, 没有专业设计更没有任何防洪措施, 一旦遭遇洪水, 就会遭受毁灭性的的打击。洪水对住宅建筑物破坏的主要形式有:
1) 冲击破坏。洪水在水位差的影响下, 产生水压形成水流直接冲击建筑和构筑物, 破坏性极大。如图1所示, 木结构、砖混结构就会发生急剧的动力破坏, 1998年夏季洪水期间, 大量农村的木结构房屋被洪水冲毁。一般来说, 距离溃口越近, 洪水的流速越大, 对建筑物的危害较大, 距离越远, 流速越小, 危害相对来说较小。
2) 浸泡破坏。洪水淹没浸泡后, 一直保持在某一水位, 经过一段时间才会泄退。由于洪水浸泡, 造成对房屋主体建筑材料力学性能的劣化、地基承载力的扰动和不均匀沉降, 从而引起结构破坏和房屋倒塌, 见图2和图3。实际上, 土坯墙体房屋在洪水浸泡24小时即可因墙体软化失去承载能力而倒塌。由于洪水冲刷住宅地基造成的房屋破坏主要发生在临河建筑、沟谷两侧的建筑以及房屋角部等位置。
3) 波浪荷载破坏。由于各地气候不尽相同, 在气候恶劣的地区, 处于洪水中的建筑物在大风天气下会受到洪水波浪荷载的作用力。如图4所示, 据计算表明在6~9级风的状况下, 作用在建筑物墙面上的波浪动水压力能达到2~10 k N/m2。在这样大的波浪荷载作用下, 一般非抗洪设计的建筑物通常在窗下墙、窗间墙等部位被波浪打坏, 破坏力较大。
另外洪水也可能诱发滑坡、泥石流灾害冲毁建筑物, 总之, 洪水对住宅房屋的破坏有急剧发生的动力破坏, 也有缓变的浸蚀、剥蚀破坏, 还有由洪水引发的伴生破坏。在不同的地区、不同的外界环境下其破坏会有所不同。
3 洪水对建筑物的作用力分析
洪水对建筑物的作用力[3]主要有静水压力、动水压力、水流的侵入力和漂流物作用力, 一般情况下这几种力是相互作用, 从而使建筑物遭到破坏
1) 当洪水流速较小时, 建筑物就会受到洪水产生的静水压力, 静水压力的计算公式如下:
式中, P为H处洪水对建筑物的静水压力, N/m2;γw为洪水的重度, N/m3;H为计算点距离洪水面的高度, m。
由于静水压力呈三角形分布, 对于单位宽度 (1 m) 的墙体来说, 墙体受到的静水压力的合力为:
式中, F为静水压力合力 (N) ;合力的作用点位于距离洪水底面的H/3处。
2) 当洪水流速较快时, 建筑物受到静水压力和动水压力的共同作用。实际上, 建筑物墙体的动水分布是不均匀的, 在理论上, 我们假设动水压力是随着水深均匀分布的。其公式为:
式中, Pd为动水压力, N/m2;CD为绕流阻力系数 (拖拽系数) , 与建筑物接触水面形状和洪水深度有关, 取值在1.25~2.0;υ为洪水的流速, m/s。
3) 洪水流入建筑物内部时, 侵入力逐渐增强, 特别是水流进入墙体和建筑物的基础部位, 会对建筑物产生的浮力, 当浮力较大时, 会使建筑物产生倾斜或倒塌。
4) 当洪水中固体漂流物和洪水一起流动时, 可对建筑物产生冲击力, 冲击力的大小与漂流物形状、刚度和建筑物的刚度有关, 基于冲量定理, 漂流物对建筑物的冲击力计算公式为:
式中, FI为漂流物的冲击力, N;m为漂流物的质量, kg;v为洪水的流速, m/s;t为漂流物对建筑物的作用时间, s, 可由下面公式求出:
式中, kD为固体漂流物的刚度, N/m;kM为建筑物受冲击体的刚度, N/m。
上述公式基于下面的假设:漂流物在洪水表面运动而且流动速度和洪水相同, 作用在建筑物表面时按垂直冲击处理, 对于冲击时间, 则要按有关规范对不同建筑材料选取, 对于木结构可取0.7~1.0s, 钢筋混凝土结构可取0.3~0.6s, 钢结构可取0.1s。
在洪水灾害过程中, 建筑物可能同时受以上几种荷载同时作用, 在我国的《建筑结构荷载规范》中没有洪水荷载的相关规定, 但在研究建筑物抗洪性能及洪水对建筑物作用时, 需要考虑洪水荷载, 以及准确的相关参数 (水深、流速等) 来分析结构的受力状况, 还需要考虑不同地区洪水发生的重现期确定荷载的分项系数, 检验建筑物是否满足要求从而更有利于建筑物的防灾设计。
4 结论
在我国, 许多学者开始了对洪水灾害的研究, 本文对我国当前洪水灾害的现状进行了简要分析, 通过洪水灾害的特点和对建筑物的破坏机理以及受力特点做了一定的探究, 对洪水灾害对建筑物的破坏方面的研究有着积极的意义, 希望对洪灾过后建筑结构设计方面提供借鉴。文章只在理论上对洪水破坏机理做了基础的探讨, 对洪水的具体指标如水深、流速等对建筑破坏可量化的因素以及不同建筑结构对洪水灾害承载力的大小没有具体分析, 需要进一步的试验研究。
参考文献
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[2]JGJ161-2008 J797-2008镇 (乡) 村建筑抗震技术规程[S].
洪水影响评价 篇8
阳城县寺头乡幼儿园位于阳城县寺头乡寺头村东南方向, 紧邻芦苇河支流、万泉河支流南树西沟底河中游河岸。该项目所在地河沟以上流域面积约5.66 km2, 主河道长约4.02 km, 流域平均宽度为1.41 km, 河道纵坡39.6‰, 河流流向自西北向东南。
2 防洪标准
阳城县寺头乡总人口约1.1万, 耕地面积约1 866.67 hm2。根据中华人民共和国《防洪标准》 (GB 50201—94) 规范规定, 该项目防洪标准重现期为10~20年。对10年一遇和20年一遇洪水分别进行计算, 洪水标准取10年一遇的洪水计算值。
3 设计洪水计算
芦苇河属于无资料地区, 流域面积较小, 此次洪水计算采用《山西省水文计算手册》 (以下简称《手册》) 相关图表和方法进行计算。此次采用推理公式法进行计算, 用综合瞬时单位线进行校核, 计算如下。
该区位于山西省东南部, 按《手册》中暴雨分区属东区, 暴雨点面关系按“东区”查询。
3.1 暴雨计算
流域不同, 历时暴雨均值和Cv值见表2.流域设计暴雨计算结果见表3.
3.2 流域产流计算
设计洪水净雨深计算采用双曲正切模型, 计算公式为:
在公式 (1) 中:th——双曲正切运算符;
RP——设计洪水净雨深, mm;
FA (tz) ——主雨历时内流域可能损失, mm;
Hp, A (tz) ——主雨历时tz的设计面暴雨量, mm。
流域可能损失计算公式为:
在公式 (2) 中:Sr, A——流域包气带充分风干时的吸收率, mm/h1/2;
Ks, A——流域包气带饱和时的导水率, mm/h;
B0, P——设计频率为P的流域前期土湿标志。
根据该流域的地貌特征, 确定南树西沟底河主要为砂页岩森林山地, 其面积为5.66 km2, 查算该流域的产流参数如表4所示。
主雨日净雨过程计算公式为:
在公式 (3) 中:Rp——双曲正切模型计算的场次净雨深, mm;
Sp, A——1 h设计雨量;
t——暴雨历时;
λ——经验参数;
n, ns——设计暴雨时—强关系曲线的坡度和t=1 h时的斜率。
3.3 流域汇流计算
汇流采用推理公式法进行计算, 综合瞬时单位线法校核, 计算时段△t取15 min。该区南树西沟底河汇流地类确定为森林山地, 且植被较好, 其面积为5.66 km2。计算结果如表7、表8所示。
项目区断面洪峰流量采用推理公式法和流域模型法两种方法计算的结果较接近。根据两种计算方法的使用范围和工程设计要求, 采用推理公式法计算结果, 即该断面10年一遇洪峰流量为14.2 m3/s, 20年一遇洪峰流量为24.0 m3/s。
4 河道水力分析计算
阳城县寺头乡幼儿园紧邻万泉河支流南树西沟底河, 幼儿园教室的一部分基础位于该条支沟上, 由7根直径约80 cm的混凝土柱支撑, 7根柱均在河沟内, 基础建在基岩上。在距离第一根柱上游约10 m处的河槽内建有一座清代跨沟拱桥, 拱桥上部有一座清代建筑物, 下部在河槽内为城门洞型, 用以渲泄河道洪水。该城门洞底宽4 m, 直墙段高2 m, 拱高1.8 m。
根据寺头乡幼儿园所处河道的实际情况可知, 城门洞上下游的河道宽度在12 m以上, 城门洞处河道最窄断面, 此次洪水计算分析主要目的是: (1) 复核河道在城门洞处的过水能力; (2) 复核河道在幼儿园处的过水能力; (3) 分析下游河道冲刷对柱基础的影响。考虑到控制断面的实际情况, 采用宽顶堰流公式计算断面水深。经计算, 该断面的最大过流能力为26 m3/s, 满足10年一遇设计洪水标准和20年一遇设计洪水标准的要求。
根据能量公式, 采用试算法逐段向上计算各水深, 试算法采用公式为:
公式 (4) (5) (6) 中:z1、z2——断面的水位;
α——动能修改系数, 取1.1;
ξ——河道局部阻力系数, 取0~0.1;
K——流量模数, m3/s;
R——水力半径, m;
n——河道糙率, 河床质组成及床面、河滩特性, 取为0.03.
由表9可知, 当发生10年一遇标准洪水时, 0+010断面 (第一根柱) 水深为1.71 m;0+040断面 (第七根柱) 水深为1.65 m。
5 冲刷与淤积计算
河道冲刷深度采用水流平行于岸坡产生的冲刷深度hB, 按公式 (7) 计算:
公式 (7) 中:hB——局部冲刷深度从水面算起, m;
hP——冲刷处的水深以近似设计水位最大深度代替, m;
Vcp——平均流速;
V允——河床面上允许不冲流速, 取1.15 m/s;
n——与护坡在平面上的形状有关, 取n=0.25.
由于水流流速特别小, 且柱子建在基岩上, 所以基本上不存在冲刷问题。
6 工程处理
洪水影响评价 篇9
长江荆江南岸洞庭湖四口水系是指松滋、虎渡、藕池、调弦4条分流长江洪水入洞庭湖的洪道。四口水系赋予两岸人民饮水之源, 舟楫之便, 灌溉之利, 也是连接长江与洞庭湖的纽带, 长江洪水通过四口水系分泄至洞庭湖调蓄, 对于荆江的防洪至关重要。四口分流量的多少, 直接影响荆江干流的防洪, 同时也影响洞庭湖的防洪安全, 对洞庭湖的演变影响极大。四口河道年淤积、分流分沙逐年减少, 引发了防洪、人畜饮水安全、排涝、灌溉、水环境等一系列问题。四口分流分沙的变化与江湖关系的自然演变有关, 同时人类的活动也促进了四口分流分沙变化的历程。
基于此, 论文依据长江干流水文站和洞庭湖四口水系各控制站实测数据, 通过对比分析下荆江裁弯、葛洲坝水利枢纽和三峡水利枢纽等重大水工程运行前后, 四口水系分流分沙变化, 阐述典型重大人类活动对洞庭湖地区四口水系洪水特性的影响, 并对形成原因进行了简单分析, 为四口水系的综合治理, 促进地区经济的可持续发展、资源的合理开发利用和生态环境的良性循环提供科学的依据。
1 研究区概况
洞庭湖位于荆江河段南岸, 湖南省北部, 现有天然湖泊面积2 625km2, 容积167亿m3, 南汇湘、资、沅、澧四水, 北纳松滋、虎渡、藕池、调弦河 (1959年封堵) 四口分泄的长江洪水, 东接汩罗江和新墙河水, 江河来水进入洞庭湖后经湖泊调蓄, 由城陵矶北注长江。洞庭湖四口水系地区涉及湖南岳阳的华容、君山, 益阳南县, 常德安乡、澧县、津市等3市6县 (市、区) 以及湖北荆州的公安、松滋、石首、江陵等4个县 (市) 。四口水系即松滋、虎渡、藕池、调弦四河, 河道总长965km。研究区的水系概化图见图1。
2 重大人类活动对洞庭湖四口水系洪水特性的影响
2.1 影响洞庭湖四口水系洪水特性的重大人类活动
研究对洞庭湖四口水系洪水产生影响的重大人类活动主要包括下荆江裁弯、葛洲坝水利枢纽建设和三峡水利枢纽建设三方面。
(1) 下荆江裁弯。荆江河段是长江防洪形势最严峻的河段, 上世纪长江委对下荆江裁弯进行勘测分析和实施, 包括中洲子裁弯、上车湾裁弯和六合垸河口狭颈漫流的自然裁弯 (1967-1972年) 。下荆江裁弯使上游四口分流入洞庭湖的水沙减少, 减轻了洞庭湖区的防洪压力, 延缓了洞庭湖的淤积。但由于裁弯后引起四口分流减少, 通过下荆江的流量加大, 引起下荆江部分河段洪水位抬高, 历时加长。同时, 由于下荆江泄量加大, 增加了对洞庭湖出流的顶托作用, 减少了洞庭湖的出流。
(2) 葛洲坝水利枢纽工程。葛洲坝水利枢纽位于长江干流南津关下游2.3km, 紧邻湖北省宜昌市。葛洲坝水利枢纽坝址多年平均流量14 300m3/s, 设计洪水流量86 000m3/s, 校核洪水流量110 000m3/s。设计蓄水位暨设计洪水位66m, 校核洪水位67m, 坝顶高程70m, 最大坝高厂房进口段53.8m。总库容15.8亿m3。1981年1月大江截流成功, 同年5月水库开始蓄水, 6月三航道正式通航。
(3) 三峡水利枢纽工程。三峡工程位于长江干流宜昌市境内, 控制流域面积100万km2, 是一座具有巨大防洪、发电、航运等综合效益的特大型水利工程, 由大坝、水电站厂房、通航建筑物等主要建筑物组成。三峡主体工程于1993年开始施工准备, 1997年11月大江截流, 2002年11月导流明渠截流, 2003年6月水库蓄水至135m水位, 双线五级船闸试通航, 2006年5月大坝全线浇筑至坝顶高程185m, 2006年汛后水库蓄水至156m水位, 2007年汛前完成两线船闸改建工程后, 枢纽工程已具备全线挡水175m的条件。2008年三峡水库开始175m试验性蓄水, 进入试验性蓄水期, 2010年10月26日首次蓄水至175m, 开始全面发挥防洪、发电、航运、枯期补水等巨大综合效益的能力。2011、2012年都顺利完成175m蓄水目标。
2.2 重大人类活动对洞庭湖四口水系分流分沙的影响
2.2.1 下荆江裁弯与四口水系分流分沙变化
四口水系的水沙量主要来自长江干流, 主要集中在5-10月, 约占全年总量的90%以上。基于长江干流 (枝城站) 、松滋口 (新江口+沙道观) 、太平口 (弥陀寺) 和藕池口 (康家岗+管家铺) 1951-2002年的实测数据进分析, 数据由长江水利委员会水文局提供。
通过对比下荆江裁弯前后, 四口水系分流分沙的变化 (见表1) , 发现下荆江裁弯后减少趋势明显, 四口中尤以藕池口的分流分沙比减少最为突出。裁弯前的1959-1966年, 其分流、分沙比分别为13.77%和21.34%, 而裁弯后的1973-1980年, 分流、分沙比分别减少到5.56%和8.65%。具体来看, 四口水系分流分沙呈现6方面特点:
(1) 四口分流、分沙绝对量大, 占干流来量和洞庭湖入湖水、沙量比例大。据1951-2002年实测统计资料, 四口多年平均分流量为965亿m3, 占枝城来量的21.58%;分沙量为1.31亿t, 占枝城来沙的25.98%。四口入湖水量占总入湖水量的40%, 入湖沙量则占总入湖沙量的80%。
(2) 四口分流、分沙集中于汛期, 且年分沙比大于分流比。四口各控制站汛期 (5-10月) 多年平均 (1951-2002年) 分流、分沙量占年分流、分沙的比例均超过90%, 其中四口汛期水量占全年水量的92%, 沙量占全年的99% (见表2) 。
(3) 四口分流、分沙量呈逐年递减趋势, 且裁弯前大于裁弯后。裁弯前 (1959-1966年) 四口年分流、分沙量分别为1 340亿m3、1.91亿t, 而裁弯后 (1981-2002年) 年分流、分沙量分别为655亿m3、0.83亿t。
%
(4) 裁弯前后四口的分流、分沙量及比值差异较大。裁弯前藕池口分流、分沙量最大, 松滋口次之、太平口最小。裁弯后, 松滋口的分流、分沙量最大, 藕池口次之。藕池口分流、分沙比变化最大, 太平口次之, 松滋口变化较小。比较四口5个控制站, 松滋口西支新江口站分流分沙比基本没有变化;东支沙道观有微小变化, 趋势减小;相应松滋口分流、分沙呈略减小的趋势;太平口弥陀寺控制站减少趋势大于松滋口;变化最大的是康家岗和管家铺站, 相应藕池口分流、分沙比减少趋势也最大。
(5) 四口分流分沙比的时间变化过程表现出不同特征。松滋口和太平口分流分沙比下降速率沿时程变化不大, 呈较简单的累积性连续变化, 其分流比与分沙比接近, 这可能与距离裁弯工程较远, 所受影响相对较小有关;藕池口分流分沙比年际间跳动幅度较大, 这可能与历年受洞庭湖出流顶托影响有关。裁弯期间及裁弯后的分流分沙比下降速度明显加大, 说明受裁弯影响明显, 四口分流量变化也说明了这一点。
(6) 下荆江裁弯后四口分流分沙比减少, 引起河道断流时间延长。由于分流分沙的变化, 藕池河急速淤积, 松滋河泄量变化较小, 西洞庭湖区各排洪河道淤积加重。
造成四口分流分沙递减的原因, 主要有二, 一是四口口门和四口洪道逐年淤积, 使同水位下过水面积减小;二是下荆江裁弯降低了口门水位。在现存三口中, 藕池口衰减尤为显著, 其原因是藕池河分汊多、受洞庭湖水位顶托影响大, 同时多年来藕池口的分沙比总是大于分流比, 致使其口门和洪道淤积十分严重, 加之藕池口比松滋口、太平口更靠近裁弯河段, 受裁弯的影响最大。
2.2.2葛洲坝运用与四口分流分沙变化
根据长江水利委员会水文局提供的1981-2002年的枝城及四口控制站实测数据分析, 葛洲坝水利枢纽于1981年蓄水运用, 比较蓄水前后 (1973-1980, 1981-2002年) 四口分流分沙变化, 发现枝城站年均水量分别为4 440、4 329亿m3, 年均沙量分别为5.13、4.67亿t, 可见来水来沙有所减少。蓄水前后, 四口分流量分别为834、655亿m3, 分沙量分别为1.11、0.83亿t, 四口分流分沙持续减少。葛洲坝水库的拦沙作用除了在关闸蓄水 (1981年) 较明显外, 其他年份拦沙作用不明显。由于葛洲坝水库为径流式水库, 库容相对较小, 对下游流量过程几乎没有影响, 其拦沙作用也十分有限。由于江湖关系演变和四口河道持续淤积, 葛洲坝水利枢纽运用前后的四口分流分沙继续减少, 与葛洲坝水利枢纽的运行关系较小。
2.2.3 三峡蓄水运用与四口分流分沙变化
(1) 三峡蓄水运用以来四口分流分沙变化。基于长江委水文局提供的1951-2002年年均径流量及其他水文数据分析, 长江干流多年平均径流量无趋势性变化, 除新江口站外, 其他各站分时段多年平均径流量有沿时程递减的趋势。三峡蓄水后, 2003-2011年四口分流比为11.8%, 与蓄水运用前相比, 分流比变化不大。其中, 2006年因水量总体偏枯、水位较低, 四口分流比仅为6%, 居历年最小 (见表3) 。四口分沙比为18.7% (其中2006年四口分沙比为13%) , 与蓄水运用前相比, 分沙比变化不大。但由于三峡水库蓄水运用后, 蓄水拦沙、清水下泄, 2003-2011年均下泄沙量只有5 960万t, 仅占多年均值的17%。四口分沙量绝对值大幅减少, 与1956-1966年相比, 四口分沙合计减少1.80亿t, 减幅达91.3% (见表4) 。
亿m3
万t
(2) 三峡蓄水运用以来洞庭湖湖区泥沙淤积变化。根据湖南省水文局提供的湘江湘潭、资水桃江、沅水桃源、澧水石门资料及长江委水文局提供的四口水系, 洞庭湖出口城陵矶等控制站资, 1950-2011年四口河道和洞庭湖湖区泥沙淤积总量为58.9亿t, 年均淤积量为0.95亿t, 1950-2002年年均淤积量为1.11亿t (见表5) 。2003-2011年四口河道和洞庭湖湖区泥沙淤积大为减小, 年均淤积量仅为325万t, 仅占1950-2002年的2.9%。这主要因为2003-2011年进入洞庭湖湖区的沙量大幅度减小, 湖南四水来沙量减小71.1%;四口进入洞庭湖的年均沙量为1 110万t, 仅占1950-2002年的9%。
3 结语
依据长江干流水文站和洞庭湖四口水系 (松滋、虎渡、藕池、调弦水系) 各控制站实测数据, 通过对比分析下荆江裁弯、葛洲坝水利枢纽和三峡水利枢纽等重大水利工程运行前后, 四口水系分流分沙的变化, 可以看出重大人类活动对洞庭湖地区四口水系分流分沙产生了较大影响。
(1) 下荆江裁弯后, 四口分流分沙比呈减少趋势, 尤以藕池口的分流分沙比减少最为突出, 分流、分沙量呈逐年递减趋势。裁弯前后四口的分流、分沙量及分流、分沙比差异较大。裁弯后四口分流分沙比减少。由于分流分沙的变化, 藕池河急速淤积, 松滋河泄量变化较小, 西洞庭湖区各分洪河道淤积加重。
(2) 葛洲坝水库的拦沙作用除了在关闸蓄水较明显外, 其他年份拦沙作用不明显。由于葛洲坝水库为径流式水库, 库容相对较小, 对下游流量过程几乎没有影响, 其拦沙作用也十分有限。
(3) 与蓄水运用前相比, 三峡蓄水后, 分流比和分沙比变化不大。但三峡水库蓄水运用后, 蓄水拦沙、清水下泄, 四口分沙量绝对值大幅减少。三峡蓄水运用以来, 洞庭湖湖区泥沙淤积大为减小, 这主要因为蓄水后进入洞庭湖湖区的沙量大幅度减小。
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