河道范围内道路工程的防洪水文分析计算

时间：2024-07-28

阙云龙

(河海大学，南京 210098)

河道范围内道路工程的防洪水文分析计算

阙云龙

(河海大学，南京 210098)

依据国家计委、水利部《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》(水政[1992]7号)，对河道管理范围内建设项目应进行防洪评价。文章根据2004年8月印发的《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(试行)内容要求，对横跨甘河的加格达奇机场路建设工程开展防洪水文分析计算。此项研究工作的开展为分析该建设项目对甘河河段的径流、洪水、河道特性、河道工程建设等影响提供了科学依据，并提出了避免、减轻不利影响的建议。

防洪水文；分析计算；河道范围；道路工程；洪水特性

1 工程概况

加格达奇机场路位于黑龙江省大兴安岭地区加格达奇区境内，跨过甘河，连接加格达奇主城区与甘河以南城区及机场。该建设项目起点为曙光大街与滨河路交叉口，终点为加格达奇机场。全长4.948km，其中，桥梁总长约931m，道路全长约4.017km。甘河大桥桥梁长度约为840m，圈河大桥长度约为91m，桥面有效通行宽度25m。

2 防洪水文分析计算

2.1 水文测站情况

本次设计代表站选择甘河桥上游的加格达奇水文站，该站于1970年8月由省水文水资源局设立为水位站，并于1971年1月设立为国家基本水文站。1970年8月开始观测水位，1971年1月开始施测流量，具有1971—2008年38年完整的水位、流量资料。

2.2 设计洪水

2.2.1 暴雨特性

甘河流域地处欧亚大陆东岸大兴安岭山区的南坡，暴雨多系鄂霍欧克海，西伯利亚及蒙古高压影响，配合南来的大量暖湿气流输入高纬度地区，与内蒙或西伯利亚冷空气在甘河流域上空交汇且不断加强，往往形成大范围的暴雨，如1988年、1991年、1989年、1998年等大洪水均由这种暴雨天气系统形成。受天气系统和地形影响，甘河流域是嫩江上游的暴雨中心区，其多年平均最大1d暴雨均值在50-60mm，3日暴雨均值在60-70mm。

2.2.2 洪水特性

受气候影响，甘河流域洪水可明显的分成春、夏两个汛期，春汛一般为4—5月，主要由融雪形成，其洪水峰量均不大，洪水过程也较短，一般在5-7d左右。春汛洪水的主要影响因素是气温，气温回升快，融雪集中，开河较快，河道出现体积较大的冰排，不但破坏堤防和建筑物，有时还会威胁堤防安全，形成洪水灾害[1]。

夏秋洪水主要由暴雨形成，时间一般为7—9月上旬，由于甘河流域暴雨频繁，加格达奇站洪峰多为双峰或复峰，据统计，双峰洪水占70%以上。甘河流域上游地形植被及永冻层等良好的产汇流条件的存在，导致本流域洪水峰高两大，过程持续长，一般为15-30d，洪水发生次数多，仅1971年至今的实测系列中，就有1988年、1989年、1998年、1996年、1986年等5a较大洪水，特别是1988年特大洪水洪峰流量为3200m3/s，略小于历史上最大的1794年洪峰，居第二位，为多年平均值的4倍。

综上，甘河流域为大兴安岭南坡的暴雨洪水高值区，暴雨集中，影响范围广，持续时间长，受降雨和产汇流条件影响，洪水峰高量大，发生次数多，洪水过程长，危害大。

2.2.3 资料插补

1)1961—1970年洪峰插补：1961—1970年洪峰系列插补采用加格达奇站与上游的吉文站加阿里河站洪峰相关曲线进行。

吉文站位于加格达奇水文站上游123km处，阿里河在吉文站下游约60km处汇入，两站控制流域面积6950km2,占加格达奇站以上流域面积的72%。分析吉文和阿里河两站每年最大洪水的洪水过程及传播时间，因两站相距较近，两河上游均位于同一暴雨中心区，其洪峰传播时间均在10h之内，干流为主直接按传播时间迭加，迭加后的洪峰流量及加格达奇洪峰流量见表1。采用吉文站与阿里河站相加后的1961—1970年洪峰流量，查相关线插补出加格达奇站1961—1970年洪峰，成果列于表1中。

按表1成果点绘相关图，通过点群中心可定出一条经验相关曲线，关系点均匀分布在曲线两侧且离差较小，说明相关关系尚好。

表1 吉文加阿里河及加格达奇洪峰流量表

注：()内数据为按相关插补成果

2)1952—1960年洪峰插补：甘河下游河口附近的柳家屯站具有建国后1952—1999年48a实测洪水资料。加格达奇站距柳家屯较远，控制面积仅为柳家屯站的48.7%，区间面积较大，两站洪峰直接相关关系不好，不宜采用。考虑相关流域资料情况，可进行插补见表2。

采用具有1952—1960年实测洪峰系列的柳家屯、石灰窑、库漠屯、科后、鄂伦春和格尼站，在双对数格纸上分别绘制各年的Qm-F相关图，并以柳家屯为主考虑定线，由于大洪水年的洪水由同一场暴雨形成，故相关关系较好；中小洪水由于各流域不是同一场暴雨，相关关系略差，这种情况定线时重点考虑柳家屯站[2]。按以上历年相关线可插补出洪峰流量。

表2 加格达奇站1952—1960年洪峰插补成果

3)历史洪水插补：甘河流域内柳家屯站调查到的历史洪水主要有1886年和1908年，嫩江干流各站均有1908年洪水，阿彦浅站除1886年、1908年外，还有1794年洪水。从调查资料分析，1794年为嫩江上游最大洪水，其次为1886年和1908年。由于1794年和1886年调查资料较少，本次暂按面积指法计算[1]；1908年按Qm-F相关图插补，历史洪水插补成果见表3。

表3 加格达奇历史洪水插补成果表

4)单站设计洪水

a)频率分析

洪水样本系列采用加格达奇站1971—1999年、2000—2008年的38年实测资料和1952—1970年的19年插补资料，总计57a连续系列资料，按年最大独立选样，加入相关分析的1794年、1886年和1908年历史洪水，组成215年不连续样本系列。

首位洪水为1794年，洪峰流量3697m3/s，重现期为215a。第二位洪水为1988年，洪峰流量3 200 m3/s。第三位洪水为1965年，洪峰流量2720 m3/s。

采用上述样本系列和重现期进行频率分析计算，按P-III型理论频率曲线适线确定均值、CV值[2]，CS值采用2.25倍CV值。以经验点据与频率曲线拟合最好为原则确定均值、CV值，设计洪峰成果见表4。

表4 加格达奇站设计洪峰成果比较表 m3/s

b)洪水成果合理性分析

黑龙江省院2001年2月编制的《加格达奇区甘河右岸堤防应急工程初步设计》及2004年齐齐哈尔市水利设计院编制的《加格达奇区城市防洪工程可行性研究》对加格达奇站做了设计洪水分析，并通过了省水利厅审批。

本次洪水适线补充收集的加格达奇水文站2000—2008年9年洪峰资料偏小，新增的9年洪水均值为547 m3/s。资料系列增加9年后按原设计相同方法分析洪水统计参数及适线。导致系列均值较原计算成果减少4.34%，考虑到两个成果向差值小于5%，且采用原审批成果适线效果较好，根据堤防工程设计的特性，本次建议仍采用原批复设计洪水成果，并将Cs/ Cv调整至2.25。见表5。

表5 设计洪水参数成果比较表 m3/s

5)工程断面设计洪水

加格达奇水文站下游共有3处坡水汇流，由于破水集水面积较小，对本工程断面的设计洪水影响甚微，因此加区右岸堤防工程断面设计洪水直接采用加格达奇水文站设计洪水成果，见表6。

表6 工程断面设计洪水成果表 m3/s