肥西縣水務(wù)局 趙軍

一、緒論

一般情況下，因多種惡劣天氣的影響，江河湖海水量迅速上漲，如此便形成了洪水。洪水和人類生產(chǎn)、生活有很大的關(guān)系，是最早與人類接觸的自然現(xiàn)象之一。我國的洪水災(zāi)害也比較嚴(yán)重，國內(nèi)約有三分之二的地區(qū)曾發(fā)生過洪水災(zāi)害。人類的發(fā)展史也可以看作是和自然災(zāi)害的斗爭史，有大禹治水、李冰修建都江堰等治理洪水的故事流傳，也形成了如堵不如疏這樣的治理洪水的名詞。作為預(yù)防洪水災(zāi)害工程之一的排洪渠，在我國得到了廣泛運(yùn)用。排洪渠的主要功能是當(dāng)洪水發(fā)生時起到泄洪的作用，從而保護(hù)周圍田地或施工建筑物的安全，并提高抵御洪水侵害的能力。

我國在20世紀(jì)50年代便開始對設(shè)計洪水進(jìn)行研究。設(shè)計洪水的方法也逐漸發(fā)展。即由最初的利用歷史洪水資料進(jìn)行加成的方法變成頻率分析計算方法。經(jīng)歷了實踐的檢驗，我國的計算方法日趨成熟。數(shù)理統(tǒng)計方法和水文氣象法在我國的設(shè)計洪水計算中都得到使用和發(fā)展。美國對設(shè)計洪水領(lǐng)域的研究起步比較早，并提出了可能最大降水（PMP）與可能最大洪水(PMF)并作為工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)而運(yùn)用于工程設(shè)計中。而若是流量資料完整并可以直接用于計算的直接法往往運(yùn)用于大中型工程的洪水設(shè)計中。同時也能利用間接法對設(shè)計成果進(jìn)行驗證，經(jīng)過分析比較后，再來合理選定。假設(shè)在某一個流域內(nèi)的系列雨量資料較短且設(shè)計洪水的頻率有一定誤差，那么用水文氣象法來進(jìn)行設(shè)計洪水，可以和補(bǔ)充頻率分析法優(yōu)勢互補(bǔ)。

二、工程概況

（一）流域概況

肥西縣地處安徽省中部，淝水之南、巢湖西岸。包河區(qū)處縣域東部，整個區(qū)域的西邊均與六安市區(qū)相臨，從地理位置來看，該區(qū)域的坐標(biāo)為東經(jīng)116°40′52″-117°21′39″、北 緯31° 30′ 22″ -32° 00′ 21″。全縣總面積1597km2，另有巢湖水面積113km2；現(xiàn)有耕地總面積149.40萬畝，有效灌溉面積119.43萬畝。整個區(qū)域內(nèi)，西北部分最高，而江淮丘陵與之相關(guān)聯(lián)，自東北方向橫穿江淮分水嶺，一系列低山分布于中西部，地勢并不平坦，東南部則以平原為主，其中南端屬于豐樂河流域，東側(cè)屬巢湖流域。

（二）水文氣象資料

對于肥西縣而言，其分布于亞熱帶與暖溫帶過渡性的副熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年氣候以濕潤為主，年平均溫度大多在15到16攝氏度，其中最低溫度零下20.6攝氏度，最高溫度39.2攝氏度。一般一年內(nèi)有224到252天處于無霜期，一般一年內(nèi)凍結(jié)深度大多為9到11厘米左右。主導(dǎo)風(fēng)向夏季、冬季風(fēng)向為東南風(fēng)、東北風(fēng)，風(fēng)速最高可以達(dá)到一秒18米，平均風(fēng)速為一秒4.1米。在一年內(nèi)，風(fēng)速超過18m/s的天數(shù)平均為20.8天，常年濕度維持在77%左右，最大時可以超過八成，三月為濕度最大的月份，最低月則出現(xiàn)于10月。平均氣壓穩(wěn)定于1014.0hPa，最高則是1044.8hPa。

三、設(shè)計洪水計算方法概述

（一）由實測流量資料計算設(shè)計洪水

由實測流量資料來推求設(shè)計洪水，需要完成的內(nèi)容有洪峰流量、時段洪量和洪水過程線的設(shè)計洪水三要素。一般有如下步驟：

1.歷史洪水和古洪水調(diào)查考證

所使用的流量資料的代表性越好，那么用來進(jìn)行頻率計算的成果的可信度就越高，而資料系列長度與流量資料的代表性關(guān)系密切。在實際對設(shè)計洪水的計算中，通過研究歷史洪水資料，從而提高設(shè)計洪水的準(zhǔn)確度。例如，能夠增加實測徑流資料系列的長度使得樣本總長度得到延長。

隨著古洪水考證的重要性進(jìn)一步呈現(xiàn)，科學(xué)的進(jìn)步使之能夠更為準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)古洪水的情況，在我國一些影響較大的水利水電工程中，對洪水進(jìn)行設(shè)計時已經(jīng)把古洪水的情況納入分析范圍內(nèi)。

2.頻率計算

先對資料的代表性進(jìn)行分析，確保代表性較好再做頻率分析能地保證洪水頻率分析成果的質(zhì)量，而洪水資料系列的代表性越好，其能夠反映出的洪水的總體特征程度也越高，才能夠盡量地減小設(shè)計結(jié)果所帶來的誤差。一般來說，計算洪水的經(jīng)驗頻率可以利用數(shù)學(xué)的公式，根據(jù)n年實測的資料組成的連續(xù)系列計算出，即：

式中：M—歷史洪水的序位；

N—歷史洪水的重現(xiàn)期；

a—歷史洪水的個數(shù)；

L—實測洪水系列中抽出作特大值處理的項數(shù)。

根據(jù)最優(yōu)結(jié)果模擬原理，采用皮爾遜3號法對洪水頻率曲線進(jìn)行線性計算。通常，矩量法用于估計X的平均值、CV的偏差系數(shù)、CS的偏差系數(shù)和其他參數(shù)作為初始值。洪水值可以加載到水文頻率修正程序中，以更好地綁定頻率曲線和理論頻率曲線，通常CS=2.5cv。將獲得的相關(guān)回路法參數(shù)與車站洪峰數(shù)據(jù)和不同時期的洪水統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行比較，確保其與車站和相鄰流域的統(tǒng)計參數(shù)一致。如果不一致，則在計算過程中找出缺陷，然后修改和細(xì)化參數(shù)。

3.設(shè)計洪水過程線的擬定

因為洪水的過程十分復(fù)雜，而且隨機(jī)性比較大，使得對設(shè)計洪水過程線的擬定比較復(fù)雜，一般用經(jīng)驗概化法處理不平穩(wěn)隨機(jī)的洪水過程，讓實測洪水中對防洪不利的洪水過程線做典型，再用同倍比放大法來放大典型的過程線，即為設(shè)計洪水過程線。

（二）由實測暴雨資料計算水庫設(shè)計洪水

由于暴雨有在地區(qū)連續(xù)分布的特性，因此設(shè)計暴雨特征值可以采用等值線圖來表示。由暴雨資料計算設(shè)計洪水的方法和由實測徑流資料來設(shè)計洪水的方法相比，屬于一種間接法，其優(yōu)勢是當(dāng)實測徑流資料不足時也能夠利用暴雨資料來進(jìn)行設(shè)計洪水的計算。

1.設(shè)計暴雨分析計算

（1）暴雨特性分析

一般情況下，為了更深入地了解工程所在地的暴雨發(fā)生規(guī)律，就要對流域內(nèi)的地理情況、氣候因素、暴雨發(fā)生的因子、籠罩面積、主要位置等統(tǒng)計特征做全面的暴雨分析，為由暴雨設(shè)計洪水做鋪墊。

（2）暴雨頻率分析

確定設(shè)計暴雨的重要內(nèi)容是對暴雨頻率進(jìn)行分析。根據(jù)不同的工程的要求不同，可分為設(shè)計點暴雨量（一個地點的設(shè)計暴雨量）和設(shè)計面暴雨量（多個地點的設(shè)計暴雨量），并且依據(jù)工程的需要來做出相應(yīng)頻率的分析和計算。

設(shè)計洪水的匯流歷時作為設(shè)計暴雨歷時的根據(jù)，在設(shè)計洪水計算中很重要，對點暴雨系列選樣的方法一般是固定一個時段，可以是一天或六小時，用年最大值法選出需要的數(shù)值。還有一種情況是代表站的實測暴雨資料中的數(shù)據(jù)很平穩(wěn)，則可以把該領(lǐng)域臨近發(fā)生的并有實測記錄的最大值移植過來并加以利用。P-III班型頻率曲線是能夠把暴雨頻率曲線擬合得最好的線型，一般采取Cs=3.5Cv進(jìn)行適線。

（3）設(shè)計暴雨時面雨型

確定了暴雨的時程分布雨型，才能夠推求設(shè)計洪水過程線，由于暴雨的過程很復(fù)雜又具有隨機(jī)性，導(dǎo)致對設(shè)計暴雨時程的分配不同，其計算出成果也不同。

時雨型的分析。同頻率分時段孔子與典型放大法是最為常見的方法。后者必須從區(qū)域出發(fā)選擇對應(yīng)布局，而就分布雨型展開研究，最為常見的便是平均面分布法、典型暴雨圖法。應(yīng)該對暴雨在流域面以內(nèi)的分布情況加以重視，其對產(chǎn)流和匯流具有一定的影響。

2.匯流分析計算

利用單位線法求出了匯流過程加上進(jìn)行分析前去掉的基流就是設(shè)計洪水過程線。

通過瞬時單位線，從而對洪水的方法加以推求與設(shè)計，并借助特定的方式展開研究，整體差異性較小，僅僅需要將淺層地下徑流新增至最后一步，這也類似于洪水分割法，這樣的做法繼承了經(jīng)驗單位線的優(yōu)勢，也是方法的更新。

（三）水位流量關(guān)系計算

1.穩(wěn)定水位流量關(guān)系曲線定線方法

能夠用一條單一曲線表示的水位流量關(guān)系便可認(rèn)定為穩(wěn)定水位流量關(guān)系。河流較多的區(qū)域大多數(shù)河流的水位流量關(guān)系屬于穩(wěn)定水位流量關(guān)系。要保證測站不受洪水漲落、變動回水、沖淤、水面比降I和糙率n的影響才能保持這種穩(wěn)定的水位流量關(guān)系。

2.變動回水影響

該斷面的比降與流量的變動均源于測流斷面下游水體水位。在水位流量關(guān)系圖中，落差比較大時，其關(guān)系以右為主，左邊則是小的。對于變動回水影響而言，其指的是水位流量關(guān)系點受下游水體水位的變化帶來的影響。

（四）設(shè)計洪水的合理性檢查

在洪水分析與計算中，末端工序便是驗證洪水設(shè)計的合理性。在綜合比較多種方式方法的基礎(chǔ)上，綜合考量各個區(qū)域內(nèi)的成果，并綜合對比國內(nèi)外流量記載的各項數(shù)據(jù)。

四、河道整治工程險情的處理方法及效果

（一）搶險采取的一般方法及效果

散拋塊石。這種方法簡單有效，但其應(yīng)用僅限于拋石方法，不能拋石，尤其是在嚴(yán)重滑坡的情況下。因此，這種保護(hù)措施的應(yīng)用具有相當(dāng)大的局限性。它只能在洪水前固定常見的樹根，也可以防止中、小洪水期樹根完全坍塌。人工拋石和機(jī)械拋石適用于風(fēng)險低、拋石量小、壩面儲石罐、無事故、應(yīng)急恢復(fù)水平低、設(shè)備進(jìn)出受限的情況。機(jī)械卸料機(jī)由一臺裝載機(jī)與自動卸料機(jī)一起直接裝載材料，將石塊傾倒在壩面上，適合在短距離內(nèi)進(jìn)行。機(jī)械拋石適用于拋石量大、事故多、作業(yè)場地大、操作方便的機(jī)械車輛。

拋鉛絲籠。如果避免縱深俯仰并不能阻止根部俯仰或部分俯仰，則可以使用它移除鉛芯。這種保護(hù)方法增加了塊體的重量，不易沖刷，并在一定程度上更好地控制了根巖體的移動。然而，在埋藏過程中很容易暫停，精度達(dá)到較低水平。它還可能導(dǎo)致邊緣剪切、巖石滲流等現(xiàn)象，往往達(dá)不到預(yù)期效果。

拋柳石枕。當(dāng)洗滌變得更困難并且對地基造成更大的損壞時，將枕頭綁起來以提供保護(hù)。這種方法是防止大型巖體滲漏的更有效手段，尤其是當(dāng)壩底土壤流過時。然而，由于根巖的陡度不同，當(dāng)勺子墊下的墊塊不能平穩(wěn)沉降，容易落入所需位置時，這種保護(hù)方法對地基表層有較大影響，而較深的壩體相對較低。此外，這種方法對來源也有很大限制，很容易因原料供應(yīng)不及時而延誤。

（二）目前正在探索的搶險方法及效果

目前，正在探索搶險方法主要是用新技術(shù)取代傳統(tǒng)技術(shù)，降低勞動強(qiáng)度，提高保護(hù)效率。例如，使用石頭或鉛塊代替黏土塊可以提高抗沖擊性。固定：采用便攜式防洪擠壓信號進(jìn)行防洪，取代以前的手動夯實方法。如果與挖掘機(jī)結(jié)合使用，在實際應(yīng)用中會效果倍增。應(yīng)急移動照明器可以適應(yīng)各種不利的氣候條件和環(huán)境，大型防洪車輛可以在公路上長距離移動，也可以垂直移動和短距離俯仰，并根據(jù)坡度和長度及時調(diào)整排土場的坡度和長度，比人工拋石生產(chǎn)率提高200-250倍。

五、對策與措施

（一）工程措施

工程布置選擇合理的工程導(dǎo)線、坡度和連接管道，形成科學(xué)、合理、完整的河床整治體系。進(jìn)一步改善施工中不合理的分部工程，將大壩最重要的部位分開，建立一個平穩(wěn)、協(xié)調(diào)、高效的控制工程：修建大型大壩，管理不善的地下路堤或壩襠，防止大壩支流坍塌；由于進(jìn)料不足，長度控制不足，工程不完善，河床工程全面實施。

大壩結(jié)構(gòu)：改善大壩的物理結(jié)構(gòu)，以滿足洪水引起的河床建設(shè)要求。導(dǎo)引和調(diào)整工作應(yīng)著重于石踵，加強(qiáng)石材邊緣的壓力，提高保護(hù)工作的管理效率：根部材料應(yīng)考慮采取防護(hù)措施，如網(wǎng)石，以減少射流根部滲漏的可能性。

工程建設(shè)“三個新方面”：未來河道建設(shè)要積極改進(jìn)、開發(fā)和推廣，應(yīng)用新材料、新技術(shù)、新工藝，提高河道建設(shè)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，充分發(fā)揮河道建設(shè)的優(yōu)勢，降低風(fēng)險。

設(shè)計領(lǐng)域：平衡上下游、近岸和河流流域的綜合治理，遵循河流發(fā)展規(guī)律，根據(jù)河流兩岸當(dāng)前和未來的發(fā)展趨勢，確定每段河流的河道整治路徑，充分利用現(xiàn)有工程，加強(qiáng)河道、海灣和區(qū)域產(chǎn)業(yè)，按重點合理組織有序建設(shè)，因勢利導(dǎo)，及時施工。

施工方：加強(qiáng)施工管理，確保施工質(zhì)量降低施工風(fēng)險的關(guān)鍵是嚴(yán)格按照施工工藝和設(shè)計要求，加強(qiáng)施工管理，確保施工質(zhì)量，確保施工能力不受洪水影響。

（二）非工程措施

項目監(jiān)督管理：項目經(jīng)理部應(yīng)嚴(yán)格按照大壩置換責(zé)任制的要求，落實工作責(zé)任制，加強(qiáng)工程檢查監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題及時報告處理，及時進(jìn)行工程維護(hù)，以確保項目的完整性，同時不增加其抗洪能力。

管道系統(tǒng)改革后，明確因洪澇災(zāi)害和重大險情引起的搶修和工程搶險屬于防洪工程，并承擔(dān)相應(yīng)的防洪責(zé)任和防洪費用。在沒有發(fā)生緊急洪水和重大險情的情況下，工程搶險搶修，統(tǒng)稱“搶險固巖”或“工程搶險”，屬于搶險維修工作的范圍，并承擔(dān)搶險維修費用。

六、結(jié)語

本文通過對肥西縣河道整治工程設(shè)計洪水的分析，闡述了利用暴雨資料設(shè)計洪水的方法，并通過本次分析得出了如下結(jié)論：進(jìn)行河道工程整治的目的是通過河道工程如排洪渠、堤防等來預(yù)防可能發(fā)生在河道上的自然災(zāi)害，如洪水。即當(dāng)洪水來臨時能夠有效阻止其對河道附近的建筑或農(nóng)田帶來破壞。對河道進(jìn)行洪水分析在河道整治工程中是必不可少的，通過實測流量直接來進(jìn)行洪水分析或通過暴雨資料來進(jìn)行洪水分析計算出洪峰總量和不同時段的洪量，再根據(jù)工程標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計不同頻率下對應(yīng)的洪量關(guān)系，是用來確定工程規(guī)模的依據(jù)。對測站資料進(jìn)行可靠性、一致性和代表性分析應(yīng)該在設(shè)計工作首位，資料準(zhǔn)確性高，設(shè)計的結(jié)果才更可靠。