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椒(靈)江流域洪潮遭遇規(guī)律分析

2022-10-11 10:03呂小帥沈小勤
水力發(fā)電 2022年7期
關(guān)鍵詞:水文站洪峰海門

呂小帥,沈小勤

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

0 引 言

椒(靈)江地處浙東南沿海,是浙江省第三大河,流域面積6 603 km2。上游分南北兩大支流,南支永安溪,為干流正源,發(fā)源于括蒼山脈西部天堂尖;北支始豐溪,為支流,發(fā)源于大磐山[1]。兩支在三江村匯合,匯合口處流域面積為4 320 km2,匯合后始稱為靈江,至三江口與永寧江匯合后稱為椒江,靈江流域面積為5 374 km2,椒江出牛頭頸,入東海臺(tái)州灣。

椒(靈)江主流全長(zhǎng)209 km,三江村至三江口之間河段為靈江,長(zhǎng)約45 km,三江口以下至口門(牛頭頸)河段為椒江,長(zhǎng)約12 km。椒江出口門入海后,河道呈喇叭形向外展寬,稱為椒江口。椒(靈)江流域水系示意見圖1。

椒(靈)江河口屬山溪性強(qiáng)潮河口,潮型為不規(guī)則半日潮[2]??菟竟?jié),潮區(qū)界永安溪可達(dá)嶺溪大橋下游,距下游三江村約10 km,始豐溪可達(dá)董岸村上游,距下游三江村約6 km;洪水季節(jié),潮區(qū)界會(huì)下移[3]。河口至潮區(qū)界(潮差等于零處)的河段即為感潮河段。

椒(靈)江的感潮河段,受上游洪水下泄、下游潮水頂托共同影響,水情情況較為復(fù)雜,因此,對(duì)洪水與潮水進(jìn)行遭遇分析,得到合理的洪潮組合,對(duì)合理推算河道水面線,科學(xué)規(guī)劃治理,確定河道堤防工程規(guī)模具有重要的意義[4]。

圖1 椒(靈)江流域示意

1 基礎(chǔ)資料

椒(靈)江流域水文、水位測(cè)站較多,設(shè)立年份先后不一。本次洪潮遭遇分析主要采用干流流量站和河口潮位站資料。流量站以永安溪柏枝岙水文站、始豐溪沙段水文站為代表,河口潮汐以海門站潮位為代表。各站基本情況如表1。

表1 椒(靈)江流域水文站、潮位站基本情況

表2 三江村設(shè)計(jì)洪峰成果

柏枝岙水文站集水面積2 475 km2,占永安溪全流域面積的91.5%。該站設(shè)立于1956年4月,5月開始測(cè)驗(yàn),本次收集有1957年~2016年的實(shí)測(cè)流量系列。

沙段水文站集水面積1 482 km2,占始豐溪全流域面積的91.7%。該站由上游的百步水文站下遷15 km至此。百步水文站設(shè)立于1957年,集水面積1 356 km2,1979年下遷至沙段站測(cè)流。本次收集有沙段(百步)站1957年~2016年的實(shí)測(cè)流量系列。

海門潮位站位于海門牛頭頸上游500 m處,具有1951年~至今的連續(xù)實(shí)測(cè)潮位系列。

2 設(shè)計(jì)洪水及設(shè)計(jì)潮位

2.1 設(shè)計(jì)洪水

椒(靈)江流域受臺(tái)風(fēng)暴雨影響頻繁,加上上游主要支流永安溪、始豐溪均為山溪性河流,極易發(fā)生大洪水。由于臺(tái)風(fēng)暴雨面廣、量大,永安溪、始豐溪下游水文控制站柏枝岙站、沙段站同場(chǎng)次大洪水出現(xiàn)時(shí)間基本同步[1]。

三江村位于永安溪和始豐溪的匯合口,集水面積為4 320 km2,其上游永安溪的柏枝岙和始豐溪的沙段(其前身為百步站)兩水文站,控制了三江村以上集水面積3 957 km2(約占92%),積累了較多的水文觀測(cè)資料。

三江村洪水由四部分演算疊加而成:①柏枝岙水文站實(shí)測(cè)洪水;②沙段(百步)水文站實(shí)測(cè)洪水; ③柏枝岙、沙段(百步)到三江村區(qū)間洪水;④柏枝岙站上游下岸水庫、沙段站上游里石門水庫蓄變量。

通過對(duì)三江村洪水系列的頻率分析,采用P-Ⅲ型曲線適線擬合,其設(shè)計(jì)洪水成果見表2。

2.2 設(shè)計(jì)潮位

根據(jù)海門站1951年~2016年歷年最高潮位資料,采用P-Ⅲ型曲線適線擬合,其設(shè)計(jì)高潮位成果見表3。

表3 海門站設(shè)計(jì)高潮位成果(85國(guó)家高程基準(zhǔn),下同) m

3 洪潮遭遇分析

洪潮遭遇分析時(shí),相較于以往工程實(shí)踐中僅考慮頻率遭遇,常將洪峰與潮峰相遇作為最不利工況;但實(shí)際上峰值遭遇的工況容易導(dǎo)致工程規(guī)模的偏小[5]。本文提出洪潮遭遇要從兩方面進(jìn)行分析:一是頻率遭遇;二是時(shí)間遭遇。根據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析洪峰、潮峰的頻率遭遇、錯(cuò)時(shí)遭遇,用以選取最不利工況,以此合理確定工程規(guī)模,保證工程安全性。

3.1 頻率遭遇

感潮河段具有上游以徑流為主而入海口附近則以潮流控制的特征;因此,頻率遭遇分兩種洪潮組合情況[6]:

(1)流域內(nèi)洪水為主,遭遇相應(yīng)潮位。統(tǒng)計(jì)三江村歷年最大洪峰與相應(yīng)的高潮位如表4。從三江村歷年最大洪水遭遇的海門站相應(yīng)最高潮位看,三江村前5位大洪水,洪水重現(xiàn)期在10~20 a及20 a以上,海門相應(yīng)最高潮位等于或小于2年一遇;三江村洪水重現(xiàn)期為5~10 a時(shí),曾經(jīng)遭遇50~100年一遇的特大高潮位(1997年、2004年);三江村洪水重現(xiàn)期為5年一遇時(shí),曾經(jīng)遭遇20年一遇的高潮位(2005年)。

表4 椒(靈)江流域洪潮頻率遭遇分析統(tǒng)計(jì)(以洪為主)

(2)發(fā)生高潮位,遭遇相應(yīng)流域洪水。統(tǒng)計(jì)海門站歷年最高潮位與相應(yīng)的三江村洪峰見表5。表5顯示,潮位重現(xiàn)期在20年及20年以上時(shí),三江村相應(yīng)最大流量基本都在5年一遇左右;海門潮位重現(xiàn)期為10年以下時(shí),遭遇的三江村流量都在5年以下。

根據(jù)上述洪潮遭遇分析,推薦靈江干流三江村洪水與海門潮位遭遇如下:當(dāng)椒(靈)江干流發(fā)生重現(xiàn)期為20年、50年一遇洪水時(shí),遭遇海門站5年一遇高潮位;反之,當(dāng)海門站發(fā)生20年、50年一遇潮位時(shí),遭遇椒(靈)江干流5年一遇洪水。當(dāng)椒(靈)江干流發(fā)生重現(xiàn)期10年一遇以下洪水時(shí),遭遇同頻率高潮位。

表5 椒(靈)江流域洪潮頻率遭遇分析統(tǒng)計(jì)(以潮為主)

3.2 錯(cuò)峰時(shí)間遭遇

椒(靈)江干流三江村斷面洪水以永安溪來水為主,因此,可根據(jù)海門站年最高實(shí)測(cè)潮位及相應(yīng)時(shí)間與柏枝岙站年最大洪峰及峰現(xiàn)時(shí)間,分析椒(靈)江干流洪潮時(shí)間遭遇情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì),1966年~2016年間,海門站年最高潮位過程與柏枝岙站年最大洪水過程遭遇的年份有7次,具體情況見表6,其余年份海門站年最高潮位過程與柏枝岙站年最大洪水過程未發(fā)生遭遇。

表6 椒(靈)江干流洪潮時(shí)間遭遇分析

統(tǒng)計(jì)表明:椒(靈)江干流洪潮遭遇的情況下,海門站年最高潮位均發(fā)生在柏枝岙站洪峰之前,潮峰、洪峰峰現(xiàn)時(shí)間間隔最長(zhǎng)為41.9 h、最短為12.4 h。

椒(靈)江流域多場(chǎng)典型暴雨雨峰與海門站潮峰的時(shí)間遭遇情況顯示,以雨峰發(fā)生在高潮位前1、4 h 的情況居多。

上述統(tǒng)計(jì)分析說明,雖然椒(靈)江干流洪潮的時(shí)間遭遇具有比較大的隨機(jī)性,但確實(shí)存在暴雨、洪峰、潮峰“三碰頭”的情況。由于椒(靈)江干流河道較長(zhǎng),洪水的產(chǎn)、匯流時(shí)間相應(yīng)較長(zhǎng),即使暴雨、洪峰、潮峰“三碰頭”的情況下,潮峰過程與洪峰過程遭遇,潮峰時(shí)間也早于洪峰時(shí)間。

柏枝岙水文站距離三江村河道距離16.5 km,考慮柏枝岙站洪水至三江村的傳播時(shí)間為3小時(shí),則三江村洪峰與海門潮峰的時(shí)差至少在15.4 h以上,實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)可采用試錯(cuò)法(以短時(shí)段滑動(dòng)試錯(cuò))來選取遭遇最不利情況。

4 結(jié) 語

洪水、潮水本身是兩個(gè)獨(dú)立事件,各有不同的成因,其相互遭遇不具有關(guān)聯(lián)性,難以預(yù)料,無一定的規(guī)律。

本文采用水文方法分析椒江流域大洪水和外海潮位的頻率遭遇規(guī)律、時(shí)間遭遇規(guī)律得:椒(靈)江干流20年、50年一遇洪水,遭遇海門站5年一遇高潮位;10年一遇以下洪水時(shí),遭遇同頻率高潮位;同時(shí),海門潮峰早于三江村洪峰至少15.4 h以上。實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況選取相應(yīng)的洪潮遭遇方案。

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