汤原县鹤立河堤防水文计算及分析

吕 岩，郭承乾

(1.黑龙江省佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002；2.佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江 佳木斯 154002)

汤原县鹤立河堤防水文计算及分析

吕 岩1，郭承乾2

(1.黑龙江省佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002；2.佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江 佳木斯 154002)

佳木斯市汤原县鹤立河堤防现有防洪标准已不能达到其实际的堤防标准要求，故需对其加高处理，文章通过三江平原等值线图法、水文比拟法、地区综合法成果的分析比较，工程点处鹤立河设计洪水采用以地区综合法推求的设计洪水成果。

鹤立河堤防；水文计算分析；等值线图法；水文比拟法；地区综合法

1 工程现状

佳木斯市汤原县鹤立河堤防按保护区内现有实物指标其防洪标准均应为20a一遇，而现状是有堤段防洪标准仅为5a一遇，部分为民堤，需加高培厚。

鹤立河流域内，现有人口20万人，城镇3个，村屯33个，耕地1.69万 hm2。由于鹤立河流域缺乏相应的水利工程，只是利用自筹资金来建设，一方面投入的资金非常有限，再加上已有工程当初的建设标准低，因此在平水年份河流没有形成大的灾害，但是在雨量大的年份，就回水造成河水出槽，漫过堤防，淹没河流两侧的大片耕地，从而造成严重的经济损失，也严重的制约了当地的经济发展和人民提高生活水平的需求，防洪形势十分严峻。此段鹤立河堤防工程存在的问题为现状防洪标准低。

2 水文基本资料

鹤立河干流有新华水位站，1952年开始观测水位，1959年施测流量，具有1959年—1961年3年流量资料及1952年—1988年水位观测资料。鹤立河流域还有鹤岗、新结等气象站。邻近流域有华兴、鹤立、宝泉岭、梧桐镇、鸭蛋河及都鲁河等水文站。

各站资料系列及观测项目见表1。

2.1 资料审查

各站水文测验及资料整编都是按照《水文测验试行规范》和水文测验手册的有关规定进行。各水文站均用流速仪施测流量，采用基本水尺断面观测水位。在测验方面，各站的测次配备、测验精度均能满足规范要求，测次较多，观测到了降水量、水位、流量的全过程，满足了推流推沙的要求。在资料整编方面，能够作到随及在站整编。地区站基本做到一年3次阶段审查，对定线、审线工作较为重视，保证了资料精度，达到刊印水平，测验成果精度较高，满足本次设计要求[1]。

2.2 资料系列的插补

格节河邻近流域实测资料系列较长的测站有宝泉岭、鹤立、鸭蛋河3处水文站，各水文站均有1996年、1997年实测流量资料。选取其年最大洪峰流量，建立Qm～F相关关系用来插补华兴站1996年、1997年缺测年份洪峰流量。

3 洪 水

3.1 暴雨洪水特性

鹤立河处于北半球中高纬度，高空在西风带的控制下，夏季由于太平洋高压的阻挡将海面暖湿气流输入本区，7、8月正好处在极地干冷气团与海洋暖湿气团交接而形成暴雨。每年发生大暴雨的次数不多，日雨量>100mm的降水来只有1次，>50mm的降水占总年数的50%。暴雨主要集中在7—8月份，最早为6月上旬，最晚为9月中旬。一次降雨时间多为3～7d，降雨多集中在1d之内，多年平均最大1日降水60.5mm，多年平均最大3d降水89.2mm。

鹤立河具有典型的北方河流特性，一年中有2次汛期，即春汛和夏秋汛。春汛发生在4—5月，由融雪产生，春汛发生次数少且量级较小；夏秋汛发生在7月中下旬—8月，由降雨产生，夏秋汛发生频率多且量级大。从新华站实测资料看，洪水一般为单峰型，上游洪水陡涨陡落，峰高量小，下游洪水峰小量大，一次洪水过程3～5d。洪水年际变化显著，最大年洪峰流量是最小年洪峰流量的32倍。

表1 鹤立河及邻近流域水文气象测站系列表

3.2 单站设计洪水

由于鹤立河新华站实测水文资料为有小鹤立河水库和五号水库影响的非天然资料，而小鹤立河水库无库水位及泄流观测资料，五号水库无泄流观测资料，无法进行入库洪水还原计算，因此新华站实测水文资料无法应用。对鹤立河邻近流域各站实测及历史调查洪水，按年最大独立选样原则统计出最大流量和最大一、三、七日洪量，进行各单站洪峰、洪量经验频率计算，选用Cs=2.25Cv的P—Ⅲ型曲线，尽量照顾点群趋势，以大、中洪水的经验点据与配合最好为原则进行适线，确定各单站设计洪水参数，以此求得各单站设计洪峰及各时段设计洪量，成果见表2。

3.2.1 成果的合理性检查

峰量关系检查：将本次推求的各站设计洪峰、洪量绘于各站峰量相关图上，峰量关系线按同频率点据外延后逐渐收敛并互不变叉，符合洪水峰量变化规律。参数与历时关系：点绘各站各时段洪量均值和变差系数Cv值与历时的关系，曲线光滑无拐点，洪水参数随历时的变化合理。

3.2.2 单站设计洪水成果对比分析及成果的选用

将本次各单站设计洪水成果与《黑龙江省鹤岗市小鹤立河水库消险扩建工程初步设计》成果作对比见表3。

表2 各站设计洪峰及各时段洪量成果表

3.3 控制断面处天然设计洪峰流量

由于鹤立河新华站实测水文资料为有小鹤立河水库和五号水库影响的非天然资料，而小鹤立河水库无库水位及泄流观测资料，五号水库无泄流观测资料，无法进行入库洪水还原计算，因此新华站实测水文资料无法应用。因此采用3种方法计算鹤立河本次设计堤防段控制断面设计洪峰，通过合理性分析，选择较优成果。本次本区段鹤立河堤防设计采用一个控制断面的洪峰流量(堤防起点和终点区间没有支流汇入，控制断面采用本区段设计堤防上游起点处)，控制断面控见水系图中堤防工程所在位置，控制断面处集水面积725km2。

3.3.1 三江平原等值线图法

查《黑龙江省三江平原近期防洪工程可研水文分析报告》中洪水参数等值线图查出的鹤立河堤防控制断面以上流域重心的设计洪水参数Cp、Cv，作为本次鹤立河控制断面处设计的洪峰洪量参数，求得鹤立河控制断面处设计洪水成果见表4。

表3 各站设计洪水成果比较表

由表3可见，本次各站设计洪水成果与《黑龙江省鹤岗市小鹤立河水库消险扩建工程初步设计》平均相对误差均在±3%以内，原因是2006—2010年各站洪峰及各时段洪量趋于水平年，基本上与各站多年平均设计洪峰及各时段洪量接近，本次各站设计洪峰及各时段洪量成果采用本次设计成果。

表4 工程点处设计洪峰流量成果表

3.3.2 水文比拟法

从水系图上看，阿陵达河与鹤立河相邻，两流域自然地理及气候条件基本相近，本次水文比拟法采用的参证站为鹤立站，按黑龙江省综合的面积指数公式计算。计算公式为：

Qmp=Qm鹤立站(F控/F鹤立站)0.67

(1)

式中：Qmp、Qm鹤立站为分别为控制断面处和鹤立站设计洪峰流量，m3/s；F控、F鹤立站分别为控制断面和鹤立站集水面积，km2。

水文比拟法设计洪水计算成果见表5。

表5 工程点处设计洪峰流量成果表

3.3.3 地区综合法

根据鹤立河邻近流域各站已推求的设计洪峰流量及鹤立河堤防控制断面的流域面积，建立设计洪峰流量与面积相关线，据水库坝址集水面积，查得相应设计洪峰流量见表6。

3.3.4 不同方法计算成果对比

不同方法所求的大鹤立河堤防控制断面处设计洪水成果见表6。

表6 鹤立河工程点断面天然设计洪水成果比较表

3.3.5 计算成果的合理性检查及成果的选用

三江平原近期防洪除涝可研等值线图，由于上游无实测点据，等值线的绘制和查算存在较多的人为因素,因此精度较低。据表6知，水文比拟法与地区综合法推求的设计洪水成果比较接近，地区综合法基本上反映了本地区流域自然地理、气候条件、下垫面等各方面因素，因此本次工程点处鹤立河设计洪水采用以地区综合法推求的设计洪水成果，鹤立河各工程点处天然设计洪水见表7。

表7 鹤立河工程点处天然断面设计洪水成果表

3.4 控制断面处有水库影响的设计洪峰流量

鹤立河上游大鹤立河和小鹤立河上均建有中型水库。大鹤立河中上游建有五号水库，五号水库洪水调度原则采用分级控制，当水库发生20a一遇以下洪水时，水库控制下泄流量100m3/s；当水库发生>20a且<50a一遇洪水时，水库控制下泄流量169m3/s；当水库水位>50a一遇设计洪水位时，开闸全力泄洪，但泄洪流量不超过自然洪峰流量。

小鹤立河中上游建有小鹤立河水库，水库洪水调度原则采用分级控制，采用水库设计(P=2%)或校核(P=0.1%)洪水过程线，先按农堤控制泄量下限值64m3/s削平头下泄，当超过P=5%防洪高水位170.65m后，再按农堤控泄流量上限值107m3/s削平头下泄，当超过P=5%防洪高水位170.68m后，为确保水库大坝安全，闸门全部开启后，自由泄流，但水库下泄流量应小于最大入库流量，一直下泄至库水位降到水库汛限水位为止。

根据两水库洪水调度原则，两水库下泄流量见表8。鹤立河控制断面设计洪水分别考虑以两水库为主区间相应洪水和区间为主两水库相应设计洪水两种洪水组合形式，再根据两水库洪水调度原则求得水库下泄流量(小鹤立河20a一遇洪水控制下泄流量取控泄流量上限值107m3/s)，与区间洪水组合求得鹤立河工程点控制断面处有水库影响的设计洪峰流量，见表8。

表8 鹤立河堤防处有水库影响的设计洪峰流量成果表

根据表8可知，区间为主两水库相应求得的鹤立河堤防控制断面处设计洪峰流量较大，因此，考虑两水库影响的鹤立河堤防控制断面处设计洪峰流量采用区间为主两水库相应计算成果。

[1]邢万波,徐卫亚,王凯,等.外秦淮河堤防水文失事风险分析[J].河海大学学报：自然科学版，2006,34(03):262-266.

1007-7596(2014)03-0153-04

2013-08-14

吕岩(1982- )，女，山东莱阳人，工程师；郭承乾(1981-)，男，甘肃环县人，工程师。

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