吳玲玲(丹東市水利勘測設(shè)計研究院,遼寧丹東 118000)
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不同方法計算各控制斷面水位流量關(guān)系
吳玲玲
(丹東市水利勘測設(shè)計研究院,遼寧丹東 118000)
[摘 要]大洋河流域干流直接匯入黃海,河口附近受潮位影響,各頻率起始水位按照設(shè)計潮位成果選取即可。上游共有三處具有代表性的控制斷面,該三處條件不同,計算水位流量的方法亦有差別,分別采用水力學(xué)堰流流量公式、水力學(xué)曼寧公式及實(shí)測水位流量等多種方法。計算后成果與實(shí)際“2012年8.4洪水”洪調(diào)成果較為接近,較為合理。
[關(guān)鍵詞]大洋河流域;水位;流量
大洋河流域隸屬于遼寧省,東側(cè)為鴨綠江支流愛河流域,北以千山山脈分水嶺為界與太子河比鄰,西側(cè)有大清河、碧流河和英那河,南臨黃海。大洋河河道全長182 km,流域面積6 554 km2。大洋河在上游分為東、西兩支:西支為東洋河,發(fā)源于岫巖縣西北部偏嶺鄉(xiāng)的唐望山,東洋河全長140.02 km,流域面積1 940 km2;東支為哨子河,發(fā)源于岫巖縣北部的古洞嶺,哨子河全長125.57 km,流域面積2 168 km2。東洋河與哨子河在哨子河鄉(xiāng)匯合,匯合口以上屬于鞍山市岫巖縣,匯合口一下為大洋河干流,隸屬于丹東東港市,最終在黃土坎鎮(zhèn)以南注入黃海,干流全長58 km。
大洋河干流自河口向上有三處控制斷面,分別是19+000石山子洋河橋、26+000洋河閘站及44+000沙里寨水文站。第一處斷面有洪水調(diào)查成果,第二處斷面有多年實(shí)測汛期水位數(shù)據(jù),第三處斷面有多年實(shí)測水位及流量數(shù)據(jù)。
2.1石山子洋河橋
石山子洋河橋,現(xiàn)狀橋?qū)?30 m,橋孔17個,單孔凈寬24 m,梁底高程7.50 m,橋面高程8.6 m,橋墩為雙排圓柱形,直徑1.4 m,橋底河槽最低高程-3.92 m,該處堤距917 m。
根據(jù)《水力計算手冊》,采用無底坎寬頂堰堰流流量公式制定現(xiàn)狀橋梁水位流量關(guān)系,計算公式如下:
式中:b——每孔凈寬,24m;n——孔數(shù),17m;H0——包括行進(jìn)流速水頭的堰前水頭;m——流量系數(shù),0.332;σc——側(cè)收縮系數(shù),0.375;σs——淹沒系數(shù),1.0。
經(jīng)過計算,當(dāng)洪水位在7.50 m時,石山子洋河橋僅能通過洪峰流量8 800 m3/s(相當(dāng)于15年一遇設(shè)計洪峰),現(xiàn)狀橋梁水位流量關(guān)系見表1。又調(diào)查到該橋歷經(jīng)2012年8.4洪水,在左岸決口的情況下,橋上洪痕7.91 m,橋下7.41 m,說明該橋阻水嚴(yán)重。
為了減少由橋梁阻水引起堤防過高投資增加,建議對橋梁進(jìn)行改造,增加橋孔孔數(shù),可以通過20年一遇洪水即可。采用上述公式計算,增加2孔,合計橋孔為19孔時,橋底梁高程不影響20年一遇洪水正常宣泄。計算過程中,m=0.334,σc= 0.372,σs=1.0。增加2孔橋梁水位流量關(guān)系見表1。
表1 石山子洋河橋水位流量關(guān)系
2.2洋河閘站
洋河閘站的大洋河斷面較規(guī)整,東港市防汛辦設(shè)立臨時觀測站,主要觀測每年汛期的洪水位。該站有1977—2012斷續(xù)觀測的13年汛期水位資料,其流量資料利用上游沙里寨水文站同期實(shí)測流量按水文比擬法計算求得,由于實(shí)測資料年限較少,制定的水位流量關(guān)系不好。
在對大洋河2012年8.4洪水調(diào)查時,實(shí)際測量洋河閘站橫斷面,并在洋河閘站及上游2.7 km調(diào)查洪痕兩處。洋河閘站水位流量關(guān)系根據(jù)水力學(xué)曼寧公式推求:
式中:Q——流量,m3/s;ω——過水?dāng)嗝婷娣e,m2;R——水力半徑,m;n——糙率;I——水面比降。
由實(shí)測大斷面資料利用計算機(jī)編程計算,可求出任意水位對應(yīng)的過水面積和水力半徑,水力比降按照2012年洪痕確定,見表2。
表2 2012年8月4月洋河閘站洪水比降計算成果
糙率采用。幅地洋河閘站處于大洋河干流中下游,接近入???,河道糙率較上游山區(qū)小,丹莊高速公路大洋河特大橋河工模型實(shí)驗(yàn)曾對黃土坎大橋至洋河閘段做模型試驗(yàn),根據(jù)1982年8月9日發(fā)生的洪峰流量為7 700 m3/s的洪水及洪水過后的實(shí)測洪痕,來驗(yàn)證河道綜合糙率。糙率值0.019。洋河閘站水位~流量關(guān)系見表3。
表3 洋河閘站水位流量關(guān)系
2.3沙里寨水文站
沙里寨水文站自1956年以來,有刊印資料發(fā)生洪峰流量超過7 000 m3/s總計共4次,分別為1960年、1962年、1982年、1994年,相應(yīng)流量及水位見表4。
繪制上述4年實(shí)測洪水過程線(圖略),可以看出當(dāng)發(fā)生相同流量時峰前水位較峰后水位低,為了工程安全考慮,沙里寨水文站水位流量關(guān)系曲線均采用峰后的流量和水位。
表4 沙里寨水文站實(shí)測流量超過7 000 m3/s一覽表
利用實(shí)測數(shù)據(jù)繪制上述4年水位流量關(guān)系,可以看出1962年、1982年、1994年水位流量較為規(guī)律,而1960年小于Q=7 000 m3/s時的水位流量關(guān)系明顯不同于其他3年,水位較低;又已知Q1982年>Q1962年>Q1994年,H1982年>H1994年>H1962年,可以看出1982年符合峰大水高的規(guī)律,可以作為典型年來推算沙里寨水位流量關(guān)系。
沙里寨水文站利用1982年實(shí)測峰后水位流量關(guān)系見表5。
表5 沙里寨水文站水位流量關(guān)系
根據(jù)實(shí)際情況,按照不同方法制定的大洋河水位流量關(guān)系成果,在與調(diào)查的“2012年8.4洪水”較為接近,較為合理可信。通過對大洋河流域三處控制斷面水位流量關(guān)系的建立,使得在推求水面線時有著較為精準(zhǔn)的準(zhǔn)確度,修建防洪工程起到重要的指導(dǎo)作用,對汛期防汛有著至關(guān)重要的參考價值。
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[中圖分類號]TV12
[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B
[文章編號]1002-0624(2016)02-0039-02
[收稿日期]2015-07-25