六股河设计洪峰流量与施工期设计洪水研究.pdf

2023年7月收稿日期：20220607作者简介：高永军（1983），男，高级工程师，主要从事水文水资源分析研究工作。DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.07.007六股河设计洪峰流量与施工期设计洪水研究高永军（辽宁省营口水文局，辽宁营口115003）摘要：根据现有的水文资料,对六股河流域历史洪水及其重现期进行分析，并对绥中站和前白水站的设计洪水进行计算,结果表明仍可采用 辽宁葫芦岛市青山水库工程初步设计报告 的计算成果。同时，采用相同频率的绥中站组合设计流量和青山水库设计放流成果对6个断面的设计洪峰流量进行计算，采用水文比拟法推求各断面的分期设计洪水。该流域设计洪水分析计算结果,可以为该河道治理提供科学依据。关键词：暴雨；设计洪水；重现期；调节计算；施工期；六股河中图分类号：TV122+3文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）07-0024-041概况六股河位于辽宁省兴城，全长 162 km，以青山水库为界，水库以上左右岸均为建昌县界域；水库以下左岸多数为兴城界域，少数为绥中县界域；水库以下右岸多数为绥中县界域，少数为兴城界域。六股河主要支流包括黑水河、王宝河、马道子河及八家子河。六股河兴城（小蛇山药王庙段）防洪治理工程建设范围为青山水库坝下至入海口左岸兴城管理段，河道全长51.3 km。马道子河中游有马道子水库，建于1961年，水库控制面积62 km2，总库容0.133亿m3；王宝河中游有龙屯水库，建于1976年，水库控制面积214 km2，总库容1.15亿m3。六股河流域特性，详见表1。2暴雨洪水特性六股河流域强降雨主要影响天气系统有华北气旋、高空槽、台风等，比如1963年7月19日出现的暴雨，其天气是由于高空槽系统引起的，最大3 d雨量为552 mm，降水量大于300 mm笼罩面积为6 600 km2；1959年7月20日由华北气旋引起强降雨，最大3 d雨量为 480 mm，降水量大于 393 mm 笼罩面积为5 000 km2。1930、1963年等暴雨中心在大、小凌河流域，使得六股河干流前白水站以上洪水较大。3水文基本资料六股河流域现有水文站有6处，分别为绥中、前白水、平山、杨树湾、药王庙和山咀站。绥中站水文资料系列较长，为 1934年 11月1945年6月、1950年3月至今。绥中站观测断面位于兴城东辛庄镇林屯村，东经12022，北纬4021，集水面积3 008 km2，19601962年曾改名为林家屯水文站，但基本水尺断面位置未变。前白水站设立于1964年6月，观测系列为1971年6月至今，于2008年1月1日上迁5.5 km，更名为平山站。前白水站观测断面位于辽宁绥中县宽帮镇大栗村，东经 12008，北纬 4036，集水面积1 496 km2。平山站设立于2008年1月，于2015年1月撤销，观测断面位于辽宁兴城三道沟乡西门村，东经12007，北纬4037，集水面积1 401 km2。杨树湾站设立于2015年1月，观测断面位于辽宁建昌县杨树湾子乡杨树湾子村，东经12003，北纬4040，集水面积844 km2。此外，药王庙、山咀两站因观测年限短或者集水面积小，未对其进行审查。流域内现有20处雨量站，考虑工程起始位置、河长比降、流域汇流等情况，分别对工程起始断面、支流汇入口断面等6个断面的设计洪峰流量进河名六股河黑水河王宝河地点前白水青山水库绥中河口八一黑水河口龙屯水库王宝河口集水面积/km21 4961 6503 0083 069408557214422河长/km96.310614116243682958河道平均比降/3.332.962.17/7.51/7.20/表1六股河流域特性海河水利242023.No.7行计算。4设计洪水计算4.1历史洪水及其重现期分析4.1.1历史洪水调查概况六股河流域分别于1958、1971、1980年进行过3次历史洪水调查，调查了药王庙、山咀子、马道子、前白水、龙屯、绥中共6个河段。六股河流域历史洪水序列及洪峰调查结果，详见表2。4.1.2洪水重现期的确定1849年洪水，由于年代久远，本流域没有调查到该年洪水，而小凌河的乌金塘河段调查到该年洪水，定为150 a（18491998年）的第一位。有关该年洪水大、小凌河流域的文献记载如下：大凌河暴涨为灾（义县志），小凌河暴涨为灾，庐舍漂没，人畜多溺（锦县志）。六股河流域右侧的滦河该年洪水文献记载如下：乐亭“夏六月大雨连旬，滦河溢”；迁安“夏六月大水入城”；滦县“夏六月大雨连旬，滦河大溢，平地水深五尺至丈余”。与六股河流域临近的流域都发生了特大洪水，可以断定属于同一天气系统的六股河流域也发生了特大洪水。1886 年洪水调查访问情况如下：大凌河建昌（宫山咀水库）的陈义才听老人说1886年洪水最大。1930年洪水调查访问情况如下：六股河药王庙的郭庆才听老人说 1930 年水仅小于清光绪八年（1886年）洪水。历史文献记载如下：义县“八月十四日至十九日大雨连绵，墙倒屋塌，凌河暴涨，泛下人畜濒多”；锦县“八月霪雨为灾，七日夜不止，坏墙屋无计，凌河水溢”。与六股河流域右侧临近的滦河流域的滦县“滦河溢，平地水深丈余，濒河田庐漂没殆尽，奔涛入城，巷皆舟楫”。六股河流域周围的滦河、大小凌河都有特大洪水记载，六股河上游的药王庙也有大洪水，可推断属于同一天气系统的六股河也发生了特大洪水。根据以上分析，1849年以来六股河流域的主要洪水已经基本查明。因此，考虑到 1930 年洪水是160 a来第二大洪水，即可判定其为80 a一遇洪水。4.2绥中站、前白水站天然设计洪水经资料审查、插补延长后，绥中站和前白水站均具有19542021年68 a连续资料，数据系列较长，符合规范要求。其设计洪水成果，详见表3。将 20082021年洪峰流量点绘到两站洪峰频率曲线图上，如图12所示。由图12可以看出，除2012年外，其余年份洪峰流量较小，均低于5 a一遇重现期，延长的资料对原成果不会有影响；六股河流域2012年8月4日发生较大洪水，绥中站最大洪峰 3 600 m3/s，介于 510 a一遇设计洪峰，故初步认为该年洪水超过5 a一遇但不足10 a一遇；平山站最大洪峰2 720 m3/s，略超表2六股河流域历史洪水采用成果水文站前白水绥中洪水排位1234123洪水年份1930194919631959193019591949洪峰流量/（m3s-1）7 2306 5805 3503 06010 9008 0207 380表3绥中站和前白水站天然设计洪峰流量水文站绥中站前白水站洪峰流量均值/（m3s-1）1 850965Cv1.31.64Cs/Cv2.52.5不同频率下的洪峰流量/（m3s-1）1%11 8007 9202%9 5306 1505%6 6403 98010%4 5902 52020%2 7401 290图1绥中站洪峰频率曲线图2前白水站洪峰频率曲线32 00030 00028 00026 00024 00022 00020 00018 00016 00014 00012 00010 0008 0006 0004 0002 0000流量/（m3s-1）0.010.080.100.200.801251020 30 4060 70 8090 9698 9999.599.899.9699.99频率/%22 00021 00020 00019 00018 00017 00016 00015 00014 00013 00012 00011 00010 0009 0008 0007 0006 0005 0004 0003 0002 0001 0000流量/（m3s-1）0.010.080.100.200.801251020 30 4060 70 8090 9698 9999.599.899.9699.99频率/%高永军：六股河设计洪峰流量与施工期设计洪水研究252023年7月前白水站10 a一遇设计洪峰，可近似认为其为10 a一遇洪水，延长资料不会改变频率曲线形状，对原成果不会有影响1，2。因此，本次初设依然采用 辽宁葫芦岛市青山水库工程初步设计报告 中六股河流域绥中站和前白水站天然设计洪水成果。4.3青山水库建成后绥中站设计洪水地区组成青山水库建成后绥中站设计洪水地区组成采用辽宁葫芦岛市青山水库工程初步设计报告 中成果。4.3.1地区洪水组成及典型洪水选择绥中站设计洪水地区组成采用典型年法，洪水典型的选择考虑了以下2种情况：青山水库以上区间为暴雨中心，典型年份为1977、1998年；青山水库以下区间为暴雨中心，有 4个典型的年份，即1964年7月、1964年8月、1969和1975年。4.3.2青山水库洪水调节计算根据 辽宁葫芦岛市青山水库工程初步设计报告，青山水库洪水调节计算成果详见表4。4.3.3绥中站设计洪水地区组成采用青山水库洪水调节计算成果，根据水库调度运行条件和青山水库防洪调度运行模式3，4，对区域洪水调节计算，其成果详见表5。4.4各控制断面设计洪峰流量计算各控制断面设计洪峰流量由相同频率的绥中站组合设计流量和青山水库设计放流与各自集水面积构成直线关系计算，如图3所示。各控制断面组合设计洪峰流量按集水面积进行直线内插推求5，6，成果详见表6。4.5施工期设计洪水根据施工要求和汛期特点，施工期为912月。施工期洪水以绥中站作为参证站进行频率计算分析，采用水文比拟法推求各断面的分期设计洪水（各断面集水面积扣除青山水库以上控制面积），同时加上青山水库同时段最大水库放流量。绥中站施工期洪水成果采用青山水库建成前非汛期实测洪峰资料，可以满足施工期洪水计算要求。绥中站施工期洪水计算成果，详见表7。根据 辽宁葫芦岛市青山水库工程初步设计报告 中年径流调节计算出库流量（包括环境、下游农业供水及非汛期弃水）可知，青山水库汛后（9月中旬12月底）出库流量最大值为61.5 m3/s。各断面分阶段设计的洪水计算成果，详见表8。表4青山水库洪水调节计算成果m3/sP/%20105210.20.02最大洪峰1 3802 6904 2506 5708 45013 10020 100最大泄量1 3802 6703 3504 1274 6926 1348 335表5绥中站设计洪水地区组成成果m3/sP/%2010521青山水库演进流量1 8863 2921 1303 0173 047青龙绥区间遭遇流量6651 1103 9804 7106 960龙屯水库放流982854绥中站组合流量2 5514 4025 1108 70910 861安全泄量5 0208 700绥中站天然流量2 7424 5886 6429 52811 803图3青山水库绥中站区间设计流量面积关系表6各断面设计洪峰流量计算成果控制断面青山水库断面（黑水河口上）断面（黑水河口下）断面（王宝河口上）断面（王宝河口下）绥中站断面（入海口）集水面积/km21 6501 8752 4292 5823 0043 0083 069P=5%设计洪峰流量/（m3s-1）3 3503 6424 3604 5585 1055 1105 189P=10%设计洪峰流量/（m3s-1）2 6702 9573 6643 8594 3974 4024 480表7绥中站施工期洪水计算成果水文绥中施工期912月洪峰流量均值/（m3s-1）73.3Cv1.87Cs/Cv2.5不同频率洪峰流量/（m3s-1）P=5%324P=10%192P=20%88.25 5005 0004 5004 0003 5003 000P=5%设计洪峰流量/（m3s-1）1 5002 0002 5003 0003 500集水面积/km2青山水库断面断面断面断面断面绥中站表8各断面分期洪水计算成果断面绥中站断面断面断面断面断面施工期912月不同频率洪峰流量/（m3s-1）P=5%324119193210252258P=10%19295.6140149174178P=20%88.277.297.3102113115（下转第47页）海河水利262023.No.7序号123456789岸别左右右左右左左右左有堤段或无堤段（村屯）王家闸民胜桥沈海高速桥民胜桥牵马岭工厂赶马河村下狮峪村落水寨村马连峪村太阳沟村板长村堤长/km6.36.7-行政区盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市盖州市大石桥市评价标准流量/（ms-1）4 7504 7501 8711 8711 8711 8711 1481 130467频率50 a一遇50 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇10 a一遇复核成果流量/（ms-1）3 1003 1001 5001 6501 1001 600700800178建议措施封堵及避险封堵及避险避险避险避险避险避险避险避险表2大清河防洪薄弱段及防范应对措施统计以堤防欠高欠宽段为例，介绍一下其中存在的薄弱环节。（1）202国道桥石门水库段。202国道桥石门水库段属于低山丘陵区，两岸为无堤段。本河段防洪标准为10 a一遇，现状行洪能力基本能够达到设计标准，防洪保护目标主要为村屯。其中，牵马岭、财神庙、下狮峪、落水寨、马连峪4个村屯不满足10 a一遇洪水行洪要求。（2）石门水库以上段。石门水库以上段属于低山区，两岸多为无堤段，经过盖州市、大石桥市2个行政区。本河段防洪标准为10 a一遇，现状行洪能力基本能够达到设计标准，防洪保护目标主要为村屯。其中，太阳沟、板长2个村屯不满足10 a一遇洪水行洪要求。5建议建议尽快开展大清河堤防达标建设，加快险工防护工作，在穿堤建筑物所在堤段加强防护工程的建设；尽快落实河道内清障工作，并对堤防管理及保护范围内的鱼塘进行全面清除，确保堤防结构安全；在有条件的情况下对阻水桥梁及建筑物进行改建。做好汛期的洪水预警预报及堤防巡查工作，重点加强对堤防欠高欠宽段、险工险段及穿堤建筑物堤段的巡查。由于大清河堤坡及堤顶高大树木较多，汛期还应加强堤防渗流观测。准备好临时抢险物资，根据预警预报及时撤离可能受洪水威胁的居民。现有防洪工程的防洪能力及其对应的特征水位确定等需要经过一个反复修正校订的过程，每次经历大洪水过后、一定时段过后及所在河段防洪工程和河道地形发生较大变动后均需组织人员对其进行复核校正，以保证其为防汛指挥决策提供的数据尽量准确。参考文献1 水利部.水闸设计规范：SL 265-2001S.北京：中国水利水电出版社，2001.2 吴晓东，刘炜伟，任晨曦，等.沂沭泗水系新沭河下段现状行洪能力分析J/OL.中国防汛抗旱，2020：1-52020-12-17.https：/doi.org/10.16867/j.issn.1673-9264.2020，1563 刘征涛.大凌河河道行洪能力复合分析J.水利规划与设计，2018（5）：604 杨斌斌.辽宁河道行洪能力分析关键技术探讨J.东北水利水电，2021（6）：495 刘兴华.流域防洪能力分析D.南京：河海大学，20075结语六股河青山水库以下并非完全兴城、绥中县界河，左岸有较长一部分岸线为绥中界域，该区域能够形成单独防洪保护区，不存在上下游衔接问题。通过设计洪水计算，为该河道治理提供了科学依据。治理后该河道防洪标准得以提高，一旦发生设计洪水，可以保障区域内人民生命财产安全，为当地创造良好的生活生产环境发挥了重要作用。参考文献1 陈彬洲.镇安县县河设计洪水计算方法比选及成果合理性评价探析J.地下水，2020（6）：217-219.2 贾玲，孙栋元，牛最荣，等.大夏河设计洪峰流量分析J.水利规划与设计，2021（4）：115-118.3 吕小愚.吉木萨尔县小龙口水库工程设计洪水计算J.地下水，2021（6）：301-303.4 吕小愚.呼图壁县阿克萨依沟设计洪水计算探讨J.陕西水利，2021（3）：40-41，44.5 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