青川县竹园镇防洪堤基于“20090716”洪水的影响评估

第２３卷第３期　浙江水利水电专科学校学报　Ｊ．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｗａｔ．Ｃｏｎｓ＆Ｈｙｄｒ．Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｖ０１．２３　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１１　２０１１年９月　青川县竹园镇防洪堤基于“２００９０７　１６＂洪水的影响评估　张丽虹　（杭州市水利规划设计研究院，浙江杭州３１００１６）　摘要：考虑桥梁及堰坝的影响，建立了青川县竹园镇河道一维非恒定流数学模型，采用圣维南非稳定流偏微分方　程组逐时段求解．通过“２００９０７１６”洪水对模型进行了验证，验证结果有良好的一致性．利用本模型对原设计防洪堤　进行影响评估，原设计成果基本合理．基于“２００９０７１６”洪水影响，提出调整防洪标准后各防洪堤建设方案．　关键词：防洪堤；洪水；非恒定流；评估　中图分类号：ＴＶ８７１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５３６Ｘ（２０１１）０３—００３７—０５　Ｉｍｐａｃｔ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｌｏｏｄ“２００９０７１６’’ｏｎ　Ｚｈｕｙｕａｎ　Ｄｙｋｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ—ｈｏｎｇ　（Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００２６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅｉｒ　ｄａｍ，ｔｈｅ　ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｕｎｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ　ｒｉｖｅｒ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｚｈｕｙｕａｎｚｈｅｎ　ｒｉｖｅｒ　ｃｏｕｒｓｅ，Ｑｉｎｇｃｈｕａｎ，ｉｓ　ｂｕｉｌｔ，ｓｏｌｖｉｎｇ　ｂｙ　ｔｉｍｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　Ｓａｉｎｔ—Ｖｅｎａｎｔ　ｕｎｓｔｅａｄｙ　ｌｆｏｗ　ｐａｎｉ￣　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ　ｂｙ　Ｆｌｏｏｄ“２００９０７１６”ｗｉｔｈ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｌｏｏｄｗａｌｌ　ｉｓ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｒｏ—　ｇｒａｍｓ　ｆ　ｏｌｆｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄａｍ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｆｌｏｏｄ“２００９０７１６’’ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｆｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｙｋｅ；ｆｌｏｏｄ；ｕｎｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　１　流域概况　四川省青川县竹园镇防洪堤包括陈家坝、竹园　的二级支河，是境内第二条大河．河长２０４　ｋｍ，流域　面积为２　８７３　ｋｍ　，其中青川县境内河流长１５４　ｋｍ，河　坝、梁沙坝和史家坝四段，全长９．３１　ｋｍ，该工程是　青川县灾后恢复重建的重点工程，是竹园镇及新区　重要的基础设施之一．　床平均比降５％ｏ，流域面积为１　８４８　ｋｍ　．青川Ｉ县竹园　镇位于清江河干流，竹园镇以上流域面积２　２７０　ｋｉｎ　．　上寺水文站位于竹园镇上游，该站设立于１９５６　年，流域面积为２　４５７　ｋｍ　，是清江河唯一流量观测　站．上寺站测到洪峰包含了雁门溪与清江河干流叠　“２００９０７１６”洪水是竹园镇历史罕见洪水，降雨　持续时问长达５７　ｈ，洪水来势凶猛，由于竹园防洪　堤正在建设中，尚未发挥防洪作用，造成竹园镇重　大损失．竹园镇防洪堤调查洪水资料验证点少，原　设计采用经验估算．通过“２００９０７１６”洪水对水利计　算模型进行验证，利用本模型对原设计防洪堤进行　影响评估，提出调整防洪标准后各防洪堤建设方案．　加后洪峰，竹园镇断面也位于雁门溪汇合口下游，　从暴雨分布情况和实测调查洪水看，上寺站可以反　映竹园镇的本次洪水情况．１９８１年７月１３　Ｅｔ洪水　为上寺站建站以来的最大洪水，实测洪峰　７　７５０　Ｉｎ　／ｓ；２００９年７月１６日１３：３０洪峰流量为　７　６３０　ｉｎ　／ｓ，属于历史次最大洪峰流量．　根据上寺水文站１９５７年来实测洪峰系列资料　２　水文计算　四川省青川Ｉ县属嘉陵江水系，清江河属于嘉陵江　收稿日期：２０１１－Ｏ８－０２　（缺测部分进行插补求得），对１９８１年７月１３日洪　水进行特大值处理，并加入１９４５年的历史调查洪水　作者简介：张丽虹（１９７３一），女，浙江丽水人，高级工程师．从事　水利水电工程规划工作．　成果组成不连续系列，进行频率计算求得上寺站各　频率设计洪峰　Ｊ．上寺站设计洪水成果见表１．据分　析，“２００９０７１６”上寺站测到洪峰超过５０年一遇．　３８　浙江水利水电专科学校学报　第２３卷　表１　上寺站设计洪水成果表　始向下游减小，大暴雨主要集中在雁门溪流域和乔　庄河附近．“２００９０７１６”竹园镇洪水在较短时间内陡　然增高，也是由于处于流域暴雨中心的雁门溪洪峰　与清江河干流洪峰遭遇叠加造成．　查《四川省水文手册》该流域的年最大６　ｈ均值　根据“２００９０７１６”洪水各雨量站观测，从暴雨空　ｒＲＪ分布看，清江河流域６　ｈ暴雨和２４　ｈ暴雨基本从流　域　游向下游逐渐增大趋势，但至雁门镇后逐步开　在１０５　ｍｍ左右，２４　ｈ均值在１５０　ｆｉｌｍ左右，且此处短　历时暴雨变差系数　较大．“２００９０７１６”最大２４　ｈ　暴雨等值线图见图１．　＾’．－　Ｉ　，　Ｉ　、　＼　、　图１“２００９０７１６最大２４　ｈ暴雨等值线图”　３　水利计算模型　３．１计算方法　参数少、物理概念清晰、精度较高、处理手段灵活等　优点．考虑到竹园镇河段建有铁路桥及堰坝，本段　水利计算构建一维非恒定流数学模型．　非恒定流计算采用圣维南非稳定流偏微分方　程组，用隐式差分法化为差分方程，再与河汊方程、　以往山区性河道计算采用恒定流方法为多，精　度难保证．非恒定流是自然界中流体运动最为普遍　的形式，河道中的洪水推进、水库泄流等都是典型　的非恒定流问题．非恒定流的运动要素随时间而变　化，其运动规律较恒定流复杂．但非恒定流能较好　反映沿程建筑物的影响，在洪水分析中具有需率定　边界条件及初始条件构成非线性方程，逐时段采用　牛顿迭代及高斯列主元消去法求解，从而得出各计　算断面的水位和流量过程　．　圣维南偏微分方程组为：　第３期　张丽虹：青川县竹园镇防洪堤基于“２００９０７１６”洪水的影响评估　３９　ｆＢ　Ｏｚ＋　＝ｑ　（１）　数学模型考虑了堰、闸、阻水桥梁，以及区间水　量交换等因素，能适用于本流域干流中下游河段洪　流演进的定量分析计算　．　３．２计算范围　在竹园镇河段防洪水利计算中，确定黄沙坝至东　１专　＋杀ｃ　＋蓦　＋　＝。　式中：Ｂ一水面宽；Ｚ一水位；　ｃ２　（１）式为连接性方程；（２）式为动力方程　坝段为本次分析计算河段，河段长度约１５　ｋｍ．共有２　个边界，３８个计算断面．上边界条件为竹园镇上游黄　沙坝的流量过程，下边界条件为东坝断面水位．概化　Ｑ一流量；ｇ一单位长度旁侧人流；　断面平均流速；卜过水面积；　Ｋ一单位过水面积的流量模数，Ｋ＝　．　断面中含桥梁３座、堰坝２座，水利模型概化图见图２．　Ｂ—ｌ　廿廿Ｈ　士　抖世　黄沙坝　陈家坝　新街竹园大桥老街　宝成铁路桥　梁沙坝　宝成铁路桥　史家坝　宝成铁路桥曹家坝宝成铁路桥东坝　土　ｌＢｚ　ｍ　图２水利模型概化图　３．３验证计算　表２竹园镇“２００９０７１６”水位验证计算成果　由于河道比降、河床形态、河道断面形式、河道　上的各种建筑物等，都会对流域洪水演进产生影　响，因而河道的概化以及参数的选定会影响到洪水　演进计算成果．为了使洪水演进计算能较好地模拟　流域水情，选择实测洪水进行模拟计算，验证洪流　演进计算数学模型的准确性并确定模型的有关参　数．验证洪水采用时间较近、较为典型的　“２００９０７１６”特大洪水，同时取用不到５年一遇的　“２００９０９１１”小洪水对计算参数进一步率定．　“２００９０７１６”洪峰流量为７　２７０　ｒｎ　／ｓ，“２００９０９１１”洪　峰流量为２　８７４　ｒｎ　／ｓ．　“２００９０７１６”特大洪水，竹园镇各区块基本都发　生漫滩，而“２００９０９１１”洪水则全部归槽．地势较低　序号　表３竹园镇“２００９０９１１”水位验证计算成果　位置　断面号调查洪水位计算洪水位ｍ　差值　的陈家坝、梁沙坝、史家坝均被淹，淹没水深一般达　１～２．５　ｍ．如杭州援建指挥部所在的陈家坝，最高　洪水位（ＺＹ３１～ＺＹ３２断面）５１０．２７　ｍ一５１０．９２　ｍ，　该处地面高程为５０９．３　ｍ左右，淹没水深达到１　ｒｎ　以上．　原计算参数的确定采用经验估算和实测验证　相结合的方式确定．水利计算模型通过“２００９０７１６”　率定，修正了相关参数．本河段上下游均属典型山　区性河流，河坡陡峻，河底以砾石、卵石和少量漂石　从验证成果看，计算水位与调查洪痕水位的误　差１０　ｃｍ以下的占９０％以上，计算水位与调查洪痕　水位几乎一致．结果表明计算采用的断面及参数基　本能反映实际情况，模型是可靠适用的．　组成，部分河段基岩裸露，根据不同情况糙率率定　为０．０２９～０．０３８　ｊ．经两场洪水分析，９１１洪水计算　参数相对７１６洪水要小，说明洪水归槽后糙率要比漫　滩洪水小．竹园镇“２００９０７１６”水位验证计算结果见表　２，竹园镇“２００９０９１　１水位验证计算结果”见表３．　４　原设计防洪堤评估　青川县竹园镇防洪堤工程原设计标准为２０年　一遇．通过“２００９０７１６”洪水验证后模型计算得出的　４０　浙江水利水电专科学校学报　第２３誊　复核水位，对原设计防洪堤进行影响评估，规划水　位对比见图３　引　４，一Ｏ　８　６　４　２　Ｏ　８　６　４　∞∞　∞　●９　８　７　６　０　０　Ｏ　Ｏ　图３规划水位对比图　竹园坝包括老街与新街两段；竹园新街沿剑青公　从各段防洪堤分析，原设　水位基本高于复核　后２０年一遇洪水位，低于５０年一遇洪水位．原设汁　成果基本合理．　路布局，地面高程在５１０．８～５１４．０　ｍ之间，高于２０年　一遇洪水位，竹园大桥下河滩地目前建筑分散杂乱，　地势较低，平时滩地出露，大洪水时则成为行洪断面；　竹园镇老街为目前水泥厂、火车站所在地，现状沿江　路面地势低．镇区段原设计水位与本次复核水位基本　一５　防洪堤调整方案　“２００９０７１６”洪水之后，考虑到竹园镇规划定位　的重要性，对原设计需进一步提高标准，竹园镇防　洪堤防洪标准确定为２０年一遇设计、５０年一一遇不　漫顶．　致，主要是竹园大桥和铁路桥水位雍高较严重，桥　梁沙坝面积较大，目前基本为农田，地势由西　梁上游段３００　ｍ复核水位稍高于原设计水位．　南向东北倾斜，约一半面积在５００　ｍ高程以下，原设　计水位基本高于复核后２０年一遇洪水位．　根据调整后设防标准，按２０年一遇洪水位＋　０．７　ｍ、５０年一遇洪水位＋０．１５　Ｉｌｌ两者的高值确定　史家坝地块狭长，东靠山西临江，地面高程在　４９５．２　ｍ～４９９．２　ｍ．由于史家坝临铁路桥区域弯道　转角大，临桥段原设计水位稍低于复核后２０年一　堤顶高程，则仅需在原设计基础上加高堤防，其中　陈家坝堤防整体加高０．５０　ｍ；竹园坝整体加高　０．６５　ｍ；梁沙坝整体加高０．５０　ｍ；史家坝逐段加高，　最大加高０．９０　ｍ，各堤段常加高度见图４．　遇洪水位，其余段均高于复核后２０年一遇洪水位．　史家坝　宝成铁路桥　梁沙坝宝成铁路桥老街　竹园大桥　新街　陈家坝　图４各提段需加高度图　６结语　（１）Ｉ　区性河道中如有底坡改变或有水工建筑　警盟　（下转第７４页）　’　７４　浙江水利水电专科学校学报　第２３巷　没有完美的个人只有完美的团队，在讲究团队　参考文献：　＿】］　于学强．论邓小平人才观的特色［Ｊ］．中共南昌市委党校学报，　２００４（５）：１６—１９．　精神的今天，越来越多的行业在规划着各个层次的　团队建设．普通高校体育团队建设有利于整合体育　教育人力资源，有利于对人力资源的开发和管理．　［２］　陈永秀．人力资源开发与管理［Ｍ］．北京：北京理工大学出版　社，２００７．　普通高校体育的主要任务主要表现在科研、教学、　运动训练等方面．加强对普通高校体育教学团队、　科研团队、运动训练团队等的建设，整合学校体育　［３］　曲明祥．加强体育高等院校人力资源管理，构建体育科技创新　人才的研究［Ｊ］．北京体育大学学报，２００２（７）：４６１—４６２　［４］洪晖．对普通高校体育教师绩效考核的思考［Ｊ］．广州体育　教育人力资源，使其发挥更大的力量．对于团队的　建设，不要局限于校内，更要和兄弟院校搞联合，搞　学院学报，２００９，２９（３）：１０４—１０６．　［５］韩春利．体育教师培养培训一体化理论研究［Ｊ　Ｊ．Ｅ海体育学　院学报，２００５（６）：６６～６９．　团队，资源共享、优势互补．　在团队建设过程中，制定积极地激励政策和奖　励办法，强化协同合作、共同进步的团队理念．制定　科学合理的考核制度，加强对各个团队的考核，实　施动态管理．尤其在学术研究方面，团队形式组建　［６］　刘　成，薛　敏，刘国辉．湖南省高校体育教育人力资源的开　发与管理研究［Ｊ］．山西师大体育学院学报，２００９（４）：３０—３３．　［７］　叶小静．高教园区充分发挥集聚效应——师资共享教师互聘　［Ｎ］．温州日报，２００９—０１—１０（Ｏ１）．　［８］李文君．教师互聘全面进驻杭州［Ｊ］．教育与职业，２００８（８）：　３９　的学术创新团队将来也必定成为高校基层学术组　织的重要形式．　・—　卜”—　”—卜”＋“—卜”＋”＋”＋”—卜”＋“十“—－卜”＋”＋“—卜　”—　－－—。　“—＋－“—　”—　“—－　“＋”十”十“＋”十一．十”＋“＋”十”＋“＋“＋“十一＋”十一＋・－＋－“＋”十　（上接第４０页）　（２）一维非恒定流数学模型建立过程中，需收　防标准，仅需在原设计基础上加高堤防，其中史家　集典型洪水进行验证计算，率定计算参数．竹园镇　防洪堤水利计算模型选用２００９０７１６特大洪水和　２００９０９１　１小洪水进行验证计算，修正了原计算参　数，计算水位与调查洪痕水位几乎一致，验证结果　有良好的一致性，结果表明模型是可靠适用的．　（３）利用本模型对原设计防洪堤进行影响评　估，原设计水位基本高于复核后２０年一遇洪水位，　坝最大加高０．９０　ｍ，其他堤防整体加高０．５０～　０．６５　ｎｑ＿．　参考文献：　［１］　水利部长江水利委员会．ＳＬ２７８—２００２水利水电１．程水文计算　规范［ｓ］．北京：中国水利水电出版社，１９９５．　［２］　水利部长江水利委员会．ＳＬ１０４—９５水利水电ｒ：程水文汁算　规范［ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００２．　低于５Ｏ年一遇洪水位，原设计成果基本合理．　（４）基于“２００９０７１６”洪水影响，调整防洪标准　至２０年一遇设计、５０年一遇不漫顶．根据调整后设　［３］赵克玉．天然河道一维非恒定流数学模型［Ｊ］．水资源与水Ｉ‘　程学报，２００４，１５（１）：３８—４１．　［４］吴持恭．水力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９１．