鹤峰县城区河段防洪能力分析

2022-09-11

鹤峰县位于湖北省西南部, 恩施州东南部, 全县国土面积2829km2, 总人口为21.58万人。容美镇是鹤峰县人民政府所在地, 是全县政治、文化、经济中心, 现有人口3万余人, 城区建设面积2.0km2。澧水一级支流溇水河由东北向西南横穿城区, 支流鸡公洞河由西北向南流经城区下游的新区 (见图1) 。长期以来, 城区河段的防洪能力一直是政府关心一件大事。

本文分析了城区河道的现状行洪能力。分析范围: (1) 城区溇水河干流上起九峰桥变电站, 下止跳鱼坎电站, 河段全长4.7km; (2) 支流鸡公洞河上起芭蕉河二级电站厂房, 下止干流汇河口, 河段全长1.5km。

1 流域概况

溇水流域属亚热带湿润气候, 降雨充沛, 气候温和。依据鹤峰气象站观测资料统计, 多年平均气温15.4℃, 极端最高气温40.7℃ (1959年8月23日) , 极端最低气温-10.1℃ (1977年1月30日。降水受山区地形地势影响, 有随地势增高而递增的特征。降雨量主要集中在4~10月, 约占全年降雨量的85.3%, 尤以7月份为多, 是流域暴雨多发季节。

溇水河干流发源于鹤峰县下坪乡油池, 河口位于鹤峰县江口, 流域河长141km (鹤峰境内) , 集水面积2393km2, 河道坡度3.6%, 流域平均高程1173m, 河道弯曲系数2.5, 河网密度0.2 (km/km2) 。

支流鸡公洞河发源于鹤峰县太坪乡三岔, 河口位于鹤峰县城区下游, 流域河长39.7km, 集水面积362km2, 河道坡度9.6%, 流域平均高程1249m, 河道弯曲系数1.8, 河网密度0.7 (km/km2) , 在城区下游麂子峡汇入溇水河。

溇水河流域属山溪性河流, 洪水主要由暴雨形成, 洪水发生时间、地区分布与暴雨一致。据鹤峰水文站实测资料分析, 年最大洪峰出现次数集中在6~7月, 其中出现在7月份的占47.7%。流域呈狭长形, 河道坡降大, 洪水汇流快, 调节能力低, 致使洪水具有暴涨陡落, 典型山溪性河流的特性。实测年最大洪水多为瘦尖复峰洪水, 如“6.27”洪水。一次洪水过程历时不长, 涨洪历时一般为6h~12h, 反映出山溪性河流的汇流特征。

2 现有水利工程及其它设施情况

城区上游主要水利水电工程有蛤蟆井、两河溪、燕子桥、芭蕉河一、二级水库。其中燕子桥电站位于水文站上游4.5km, 芭蕉河电站位于鸡公洞河口上游1.6km, 城区河道内除部分河段建有防洪河堤外, 其它工程为悬索吊桥两座、石拱桥一座, 沿河两岸临河房屋建筑共57栋, 其中干流临河房屋建筑45栋, 支流12栋。

鹤峰水文站由湖北省原恩施专员公署水利局于1959年设立, 站址位于鹤峰县城关 (在分析河段内) , 下距鸡公洞河口2km, 控制流域面积649km2。该站1960年1月开始观测水位、流量。具有1960~2008年长系列实测流量资料, 该站水文测验、水文资料整编均符合水文规范要求。控制断面以上设立有鹤峰、清湖、坪山、燕子坪、中营、下坪6个雨量站。鹤峰站实测最大洪峰流量1960m3/s (1962年) , 最小洪峰流量288m3/s (2001年) 。

3 防洪能力分析

3.1 防洪标准

依据鹤峰城区面积、人口、工业产值、国内生产总值, 县城等级界定为Ⅳ级一般城市。根据《防洪标准》 (GB50201—94) , 非农业人口小于20万人的一般城市, 其防洪标准:洪水重现期为50~20年一遇。结合实际现状, 确定鹤峰县城防洪标准为二十年一遇洪水设防, 相应洪峰流量为2451m3/s, 鹤峰水文站相应水位为486.73m (黄海系统) 。

3.2 干、支流河段设计洪水计算

为保证资料系列的一致性, 本次采用鹤峰水文站1960~2004年45年实测洪水资料及历史洪水资料组成一个不连续系列, 采用P-Ⅲ型曲线推算干流河段设计洪峰流量, 根据鹤缝站综合水位流量关系查得相应水位, 成果表如表1。支流鸡公洞河无实测洪水资料, 采用由暴雨资料推球设计洪水, 设计洪峰流量成果见表1。

3.3 设计成果合理分析

干流河段设计洪水采用了鹤峰水文站实测洪水资料推求设计洪峰流量, 资料系列长, 同时考虑了历史洪水, 代表性强, 而鹤峰水文站本身就在设计分析河段内, 其设计成果合理。支流鸡公洞河采用暴雨资料推求设计洪水, 其计算成果与芭蕉河二级电站设计成果基本一致, 其成果合理。

4 河道沿程水面线分析

4.1 各典型断面设计洪水位推求

天然河道蜿蜒曲折, 过水断面及不规则, 断面形状、粗糙系数及河道底坡沿程都有很到变化, 其水力因素十分复杂。水力学中河道水面线的计算原理和方法首先是假定发生设计洪水时, 河道水流属于恒定非均匀流, 水面线计算采用伯努利方程式推算各典型河道断面 (p=2%、p=5%、p=10%、p=20%、) 设计洪水位。

ζ:局部损失系数;α:扩散系数 (V上>V下取0.5, V上

溇水河城区河段, 两岸为临河房屋建筑、天然沙土石河岸或防洪堤, 河床不是基岩裸露, 就是大小卵石分布。河道糙率采用鹤峰水文站实测洪水分析资料, 水位在484m以上, n=0.041;水位在484m以下, n=0.038。鸡公洞河段取经验系数n=0.035。

为满足本次分析计算, 在溇水河干流共施测了27个典型断面 (其中干流21个、支流6个) , 其断面位置如表2及图1。表中A、B号断面为干流河段, C号断面为支流鸡公洞河断面。

用上述努利方程式, 依据鹤峰水文站设计水位, 采用试算法由下向上推算各典型断面设计洪水位, 成果如表2。