【導讀】甘肅省宕昌縣城關鎮(zhèn)防洪工程。甘肅省水利水電勘測設計研究院。二○○九年十二月

　　

【正文】 泥沙等，形成稀性泥石流，對兩岸居民危害極大。 氣象 本工程位于岷江中游宕昌縣城區(qū)河段，屬溫帶半濕潤氣候。據(jù)宕昌氣象站 1956～ 2021 年氣象資料統(tǒng)計：多年平均氣溫 ℃，最冷 1 月平均氣溫℃，最熱 7 月平均氣溫 ℃，極端最高氣溫 ℃，極端最低氣溫℃。多年平均降水量 ，最多月 7 月降水量 ，最少月 28 29 12 月降水量 ，多年平均蒸發(fā)量 ，全年日照時數(shù) ，平均風速 ，最大風速 15m/s，春季多風，無霜期 296d，最大凍土深45cm。夏秋季暴雨多，易暴發(fā)山洪，水土流失嚴重，泥石流災害頻繁。有關宕昌縣氣象站地面氣候要素見表 21。 徑流 岷 江全年長流水，徑流主要由降水補給，冬季有部分融雪徑流。據(jù) 岷江 水文 站資料分析，多年平均流量 。 洪水 基本資料 宕昌縣堤防 工程位于 岷江干流上，在宕昌水文站上游 1km 處，所以本次設計直接采用宕昌水文站水文資料。 岷 江洪水由暴雨形成，年最大洪水最早出現(xiàn)在 5 月，最遲出現(xiàn)在 1 月， 尤其以 5～ 8 月 最為 集中。因流域局部暴雨偏多，區(qū)域洪水 也 偏多，若全流域 大部分 地區(qū)普降持續(xù)性大雨，流域則暴發(fā)稀遇洪水。 據(jù) 宕昌 水文 站資料分析，干流洪水過程 多 以 單 峰為主， 中小洪水 歷時 一般在 30 分鐘 左右，峰 型 尖瘦 。如宕昌 站實測最大洪峰流量 677 m3/s，發(fā)生在2021 年 5 月 31 日，是由宕昌境內上游阿塢、木 耳、毛羽山一帶三個區(qū)域 50分鐘的特大暴雨形成，暴雨量 220～ 280mm， 峰 型 尖瘦 ， 歷時 約 2 小時，這次洪災是建國一來最大的一次， 造成 了 重大人身傷亡 ， 經(jīng)濟財產(chǎn)損失 達 億元。 歷史洪水調查及重現(xiàn)期的確定 據(jù)《甘肅省洪水調查資料》， 在岷 江干流 三盤子斷面， 調查到 1936 年洪 30 宕昌縣氣象站氣象要素統(tǒng)計表 表 21 項 目 單 位 月 份 年 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 平均氣溫 ℃ 平均最高氣溫 ℃ 平均最低氣溫 ℃ 極端最高氣溫 ℃ 極端最低氣溫 ℃ 降水 量 mm 蒸發(fā)量 mm 日照時數(shù) h 相對濕度 % 58 60 63 64 68 71 75 75 79 76 68 60 68 最大風速 m/s 14 10 13 10 11 8 10 8 7 15 平均風速 m/s 最大積雪深度 cm 8 10 13 5 0 0 0 0 0 7 10 6 13 最大凍土深度 cm 45 41 11 0 0 0 0 0 0 1 13 34 45 降雪日數(shù)及初、終期 d 霜日數(shù)及初、終期 d 備注： 蒸發(fā)量為Φ 200mm蒸發(fā)皿資料 31 水 ，洪峰流量 542m3/s， 調查時間 1972 年， 此場洪水小于 2021 年實測洪峰流量 677m3/s，經(jīng)對 1936 年洪水 調查 記錄資料和宕昌縣 2021 年 洪水 災情報告分析， 確定 2021 年 洪水重現(xiàn)期為 100～ 150 年 一遇， 1936 年洪水 排序老二 。 宕昌 站洪水資料延長 岷 江干流 1958 年 5 月 — 1962 年 6 月在縣城下游設有新城子 水文 站，控制流域面積 1776km2，同年 6 月 9 日撤消。 1965 年 4 月 — 1982 年 12 月又在下游三盤子設站，控制流域面積 1978km2， 1983 年 1 月 上 遷宕昌設站至今，控制流域面積 1449km2。 截止 2021 年有實測洪水資料 48 年， 資料可靠， 是本次岷江 防洪工程 水文分析 的主要依據(jù)。 新城子站 與 宕昌 站控制流域面積相差 大于 3％，將 新城子 站 1958～ 1961年洪水資料按面積比的 2/3 次方折算至 宕昌 站； 三盤子站與宕昌站控制流域面積相差也 大于 3%，將三盤子站 1965～ 1982 年 洪水資料按面積比的 2/3 次方折算至 宕昌 站 。宕昌 站洪水資料經(jīng)面積比折算組成 1958～ 1961 年、 1965～2021 年 共 48 年實測年最大洪水資料 。 洪水 計算 岷江宕昌段設計洪水計算，因考慮較大洪水均來自上游，工程段至水文站間雖有支溝（右岸官鵝溝控制流域面積 87km2，左岸賈河控制流域面積216km2）加入，但匯水面積僅占控制面積的 21%，與上游同時發(fā)水洪峰遭遇的幾率很小，故對干流工程段設計洪水無需再以溝口分段計算。直接采用宕昌 水文站 1958～ 1961 年、 1965～ 2021 年 n=48 年實測年最大洪峰流量系列，加入歷史洪水成果進行統(tǒng)計分析計算，用矩法初估統(tǒng)計參數(shù)，采 用 P— Ⅲ 曲線適線，得到統(tǒng)計參數(shù) Qm=138m3/s， Cv=， Cs=4Cv。 宕昌 站設 計洪水成 32 果見表 2— 2，洪峰流量頻率曲線見圖 2— 2。 岷 江干流 宕昌 站設計洪水參數(shù)及成果表 表 2— 2 河流 斷面 位置 集水面積 （ km2） 參 數(shù) 設計洪水 Qp(m3/s) Qm Cv Cs/Cv P=1% P=2% P=5% P=10% P=20% P=50% 岷 江干流 宕昌 水文 站 1449 138 4 666 540 382 272 176 86 支流 設計洪水 賈河、紅河屬無資料河流，本次在 設計洪 調中，因當?shù)鼐用駥λl(fā)洪水 記的較清，調查洪水資料可靠，故設計洪水計算采用歷史洪水調查法分析確定。 歷史洪水調查法：一般是在斷面處盡可能調查出三場以上洪水，用比降法計算洪峰流量，確定其重現(xiàn)期及假設 CV值，由公式 Q0 = QM /?P CV+1 計算各場洪水的均值，適當調整 CV使各場洪水的均值基本相等，即為所求溝道洪水的均值和 CV，選定 CS =3CV,計算得支流工程段的設計清水洪峰流量見表2— 3。 支流工程段 設計 清水流量 成果 表 表 2— 3 河流 集水面積 （ km2） Qm Cv Cs/Cv Q(m3/s) P=5% P=50% 紅 河 54 3 賈 河 162 3 119 賈、紅匯口 216 3 159 33 宕昌水文站年平均流量頻率曲線（適線法） 頻率 P（ %） 宕昌站洪峰流量頻率曲線 流量（m3/s） 圖 2— 2 34 賈河、紅河流域植被較差，坡石比較陡，水土流失嚴重，遭遇暴雨，泥洪來勢迅猛，為稀性泥石流河流，洪水為清水和泥流量之和。根據(jù)溝道泥石流的計算公式 QC=（ 1+?） QB，因式中 ?=（ rCrm） /（ rhrC）的挾沙流量容重 rC、泥石流容重 rm、泥石流固體物質容重 rh缺實測資料 ,經(jīng)實地調查和參考鄰近地區(qū)的 參數(shù) 分析，確定泥流量 QC 是清水流量 QB的 倍 ， 即 QC= QB，支流工程段 設計洪水 見表 2— 4。 支溝 設計洪水 溝道無實測洪水資料，設計洪水計算采用《甘肅省暴雨特性研究》中的推理公式法。溝道易發(fā)生 稀 性泥石流，每逢暴雨泥石流出溝，對兩側居民及公共設施造成嚴重威脅，泥流量是按清水流量的 倍計算。其計算成果見表 2— 5. 支流 工程段 設計洪水 成果表 表 2— 4 河流 集水面積 F （ km2） Q (m3/s) P=5% P=50% 紅 河 54 賈 河 162 155 賈、紅匯口 216 207 支溝 設計洪水 成果表 表 2— 5 溝道 集水面積 （ km2） P=5%設計 清 水Q(m3/s) P=5%設計洪水Q(m3/s) 袁大溝 上水溝 施工 分期洪水 工程 區(qū) 以上流域洪水由降水形成， 根據(jù)施工期最大流量的成因及 年內不同時期洪水流量數(shù)值的變化，將全年進行以下分期： 12～ 3 月， 4 月、 5 月、6 月、 7～ 9 月、 10 月、 11 月共 7 個時期。 35 對 宕昌 水文站各分期資料按不跨期選樣進行資料統(tǒng)計，各期樣本系列組成后，按 不 連續(xù)系列進行頻率分析計算，采用 P— III 型曲線適線， 其成果見表 2— 6。 其中主汛期（ 7～ 9 月）直接采用年最大洪峰設計值成果。 計算的各分期設計洪水的系列沒有反映洪水提前或推遲的偶然特點，在使用時可跨期使用。 岷 江干流 宕昌 站分期設計洪水成果表 單位： m3/s 表 26 月份 頻率 12～ 3月 4 月 5 月 6 月 7～ 9月 10 月 11 月 P=10% 44 82 118 98 272 97 61 P=20% 26 50 81 61 176 59 37 泥沙 懸移質輸沙量計算 岷江宕昌 站 以上 山勢陡峻，巖層破碎，植被覆蓋差，氣候變化多樣，局部暴雨頻繁，水力和重力侵蝕強烈，泥石流 溝道 極為發(fā)育，大量泥沙泄入江中，使河 流 泥沙含量陡增。據(jù) 宕昌 站 1958～ 2021 年資料， 得 多年平均侵 蝕模數(shù) 為 770t/km2，多年平均懸移質含沙量 ，年平均懸移質輸沙率，多年平均懸移質年輸沙量 萬 t，汛期 6～ 9 月懸移質輸沙量 萬 t， 占多年平均懸移質輸沙量的 %。 推移質輸沙量估算 因無推移質實測資料，推移質輸 沙量采用比例系數(shù)（ β ）法及有關資料估算： 宕昌 站推移質年輸沙 量 為 32 萬 t。 工程區(qū) 總 輸 沙量 萬 t。 36 水位 ～ 流量關系 在工程區(qū)斷面處 調 查到 2021 年洪水位， 依此洪水位作為高水控制，用公式 Q=AR2/3J1/2/n 反推河段綜合糙率 n，再對比河道實際情況，分析確定 得河段綜合糙率為 。 根據(jù)實測的河道橫斷面計算出水位～面積關系，水面比降采用實測值，供計算時參考，繪制出 各 斷面的水位流量關系。斷面的水位流量關系見附圖 2－ 3～ 2— 15。 對支流賈河、紅河 工程河段 ， 共 布 測 河道橫斷面 6 條， 其中賈河 2 條，紅河 3 條，兩河匯合口下 1 條。 各斷面 H～ Q 關系曲線計算 方法同上， 糙率確定 為 。 斷面的水位流量關系見附圖 2－ 16～ 2— 21。 河床穩(wěn)定計算 在水流長期作用下形成的河床，其形態(tài)有一定的規(guī)律，大量資料 表明，表征河床形態(tài)的水深、河寬、比降等，與來水來沙條件及河床地質條件之間，有一定函數(shù)關系，這種關系便稱為河相關系。河相關系可采用橫斷面、縱斷面及平面 3 種形式表示。 ⑴ 河道橫斷面河相關系及穩(wěn)定分析 河道橫斷面河相關系式為： ζ = HB 式中： ζ —— 河相關系數(shù)； B —— 造床流量下的水面寬（ m）； H —— 造床流量下的平均水深（ m）。 37 經(jīng)過對治理段 岷江、賈河、紅河 河道上的 21 個斷面進行分析計算，河相關系數(shù)ζ 岷江 段河道 為 ～ 、賈河為 ～ 、紅 河為 ～， 所以 岷江 河道屬 游蕩型 河段 ，賈河處于過渡性與游蕩型之間，紅河為過渡性河段 (蜿蜒型河道ζ約為 2～ 4， 較為順直的過渡性河段約為 8～ 12，游蕩型河道ζ約為 20～ 30)。 河道橫向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算： φ b= 式中： φ b—— 橫向穩(wěn)定系數(shù)； Q —— 造床流量 ， m3/s； J —— 縱比降； B —— 相當造床流量的平灘河寬 ， m。 經(jīng)計算，橫向穩(wěn)定系數(shù)φ b岷江為 ，賈河為 ， 紅河為 ， 表明本防護區(qū)內河段的橫向穩(wěn)定性不太好。 ⑵ 河道縱 斷面河相關系及穩(wěn)定分析 工程區(qū)內河道較窄較深，主流擺動不定，河勢變化急劇，汛期洪水對兩岸沖刷淘蝕較嚴重，河岸不穩(wěn)定，由此造成洪水漫灘現(xiàn)象，嚴重地威脅兩岸人民群眾的生命財產(chǎn)安全。 經(jīng)實測，本治理段河道河床平均比降 J 岷江 為 %、賈河為 %、紅河為 %。根據(jù)河床特征，糙率 n 取 。 河道縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算： 38 φ h,=Jd 式中： φ h,—— 縱向穩(wěn)定系數(shù)； d —— 床沙平均粒徑 ， mm； J —— 縱比降。 經(jīng)計算，縱向穩(wěn)定系數(shù)φ h岷江段 為 、 賈河段為 、紅河段為 ，表明防護區(qū)內河