基于防洪规划的水文分析研究

【摘要】本文阐述了现代水文是防洪规划的基础，介绍了城市水文学研究的特性，并结合实例加以论证。

【关键词】防洪规划 水文分析 研究

中图分类号： TV87 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

洪水灾害日益严重, 威胁生命财产安全, 有碍社会经济和生态环境可持续发展。整体防洪体系规划和建设是国家和地方政府的职责, 是科学、技术人员的任务。防洪体系组成需要坚实可靠的水文基础。长江流域防治洪水、减缓灾害的实践表明: 水文科学技术是防洪的非工程措施,也是整体防洪体系的基石。体系的构想、规划, 工程的措施设计、运行, 系统的优化调度和科学管理, 以及其他非工程措施的制订和实施, 都需要现代水文综合应用多学科新技术, 紧密结合社会经济、政策法规、生态环境和能力建设。

二、现代水文是防洪规划的基础

现代防洪体系一般由堤防、水库、分蓄洪区等工程措施以及洪水预报警报、政策法规、洪水保险等非工程措施组成。工程措施是人类防洪的重要手段, 其效果如何由防洪规划所规定的任务和作用而定, 它直接受人类认识洪水规律的影响。

近年来, 随着经济发展, 人类活动以及其他各种影响因素的加剧, 各地洪灾的频繁出现, 使以往的防洪规划不能满足现在的防洪要求, 许多问题有待进一步研究, 特别是防洪规划中的水文问题。只有建立在最新水文资料基础上的防洪规划, 运用现代水文理论, 才能更好地指导今后的防洪工程体系的建设。因此, 为流域防洪规划的适时修订, 提供配套的流域防洪计算方法和工具, 是广大水文工作者所面临的迫切任务。水文设计是由现有资料对未来可能出现情势的预估, 其成果质量的精度对防洪规划及防洪工程设计影响巨大。我国原有江河的防洪规划因完成时代较早, 采用的资料系列长度较短, 代表性似显不足。众所周知, 水文现象的随机性、水文系列的短缺或代表性不够、水文参数的不确定性, 会导致水文设计值的误差和变化, 直接影响到防洪规划的成果。传统防洪规划的水文设计, 方法也较为单一。

在各大江河防洪工程体系建设初期, 大多数是按单项工程本身的防洪作用来确定工程规模的。特别是早期修建的大型防洪水库,主要是依据水库所处的地理位置、承担的任务、社会经济条件和洪水大小来确定它的规模和相应的设计运行特征水位。在当时的条件下, 很难考虑流域或地区的防洪工程体系形成后的工程调度运行规则和水库的控制特征水位。近年来, 随着水文科学的迅速发展以及各类信息来源的增加, 使过去难以考虑的受人类活动、气象等因素影响的现状条件下洪水分析预测成为可能, 将系统理论、随机过程理论等现代水文学的方法运用到防洪规划中来, 为解决防洪工程体系中的规划问题提供了新的有效工具。

三、城市水文学研究的特性

（一）、综合性。城市水文学涉及水文科学、水利工程科学、环境科学、社会学和城市科学，是一门综合性很强的交叉学科。因此进行城市水文研究，解决城市水害，应由多学科合作完成。

（二）、动态性。由于城市地区的人类活动十分频繁，城市建设发展随时而变，因此城市水文学在研究较长时间内的准平衡状态时，还须着重考虑随时间变化的动态过程。1851 年摩尔凡尼提出的计算洪峰流量的合理化公式可看作是城市水文学的开始。1851―1967 年为城市水文学的早期发展阶段，主要沿用一般的水文学方法来处理城市水文学问题。以后城市水文学发展较快，逐步建立了一些具有城市水文特点的分析方法。

（三）、安全性。在城市防洪和排水工程的规划设计中，首先需要解决安全性和经济性的关系。以往都用超过某一量级的暴雨和洪水流量发生的频率或重现期作为设计标准。近年来的研究认为,设计标准不仅要考虑重现期,而且要考虑风险率和可靠度。

四、现代水文预报是防洪工程建设和调度的依据

现代水文预报技术不仅考虑短期降水及洪水传播,还过渡到既考虑卫星云图、遥感遥测等采集的气象因素, 又考虑洪水来源、河道冲淤变化等水文因素的影响, 使洪水预报的精度大为提高。更可以利用气象上的降水定量预报、中期形势数值预报、长期预报等多途径、多方法深入探讨, 通过建立大尺度的水文气象模型或具有水文机理的模型进行长期、中期预报, 使洪水预见期加长了, 为有关部门提前作好防汛准备创造了条件。现代水文预报另一个最重要的特点是, 可以作实时预报, 特别是随着地理信息系统( GIS) 、人工智能系统、专家系统及现时校正技术的大量使用, 将明显缩短洪水预报的时间, 提高短期预报的精度, 时效性增长, 使防洪决策部门有充足的决策和调度时间, 把洪灾损失降至最小。五、实例分析

绍兴市区位于萧绍平原中部,地理位置处于东径120°35′,北纬29°59′. 绍兴市城市防洪规划范围:北起104 国道北复线,东起平水东江,南至越南路、西至绍大线公路,总面积为44. 6k .绍兴市城市地面及道路高程在4. 8～7. 2 m ,一般为5. 0 m左右.绍兴市有绍兴水文站,位于市区南门,观测项目有雨量、水位. 雨量资料从1929 年到1936 年和从1951 年到2003 年的连续资料系列;水位资料从1957 年到2003 年47a 资料系列,其中1960 年、1962 年系东湖站水位. 市区附近雨量站有漓渚、富盛、马山、尧郭站,资料系列较长;水位站有娄宫、毓秀桥、柯桥、陶里等站,用为本次水文分析参证站.

（一）、设计暴雨合理性分析

萧绍平原流域面积2 335 k,设计雨量1 d 和3 d 都小于本次规划,设计暴雨均值点、面关系分别为0. 81 和0. 84 ,符合设计暴雨点、面关系一般规律.曹娥江流域面积4 417 k (曹娥镇以上) ,位于绍兴市区东南面,其中山丘面积占82 % ,平原占18 %. 设计1 d 和3 d 雨量略小于绍兴市区设计雨量,参数基本一致.浦阳江流域面积3 431 k,位于绍兴市区西南面,流域设计面雨量一日和三日略小于绍兴市区设计雨量,其统一参数与绍兴市区基本一致.

（二）、系列代表性分析

绍兴站53a 雨量资料系列分析,年最大一日、三日暴雨均值变幅已较稳定. 从第37 年到第47 年最大一日暴雨均值稳定在94. 3～96. 0 mm ,其均值相对差在1. 8 %以内;最大三日暴雨均值稳定在133. 6～139. 8 mm ,其均值相对差在4. 4 %以内. 故设计采用53a 长系列资料.

（三）、设计洪水

1、产流计算。产流计算采用初损后损法,流域最大平均蓄水量为100mm ,前期流域平均蓄水量80 mm ,则初损20 mm. 后损每0. 5mm ,稳渗每h 1. 5 mm ,净雨按上述要求进行计算.

2、汇流计算。汇入市区的平水江、南池江、坡塘江、娄宫江、漓渚江的汇流计算,按河流集水面积大于50 k ,采用瞬时单位线法;小于50 k用推理公式计算. 以上两种方法有关参数,均应用浙江省水电勘测设计院的综合成果.

3、水位频率计算

将实测47a 年最高水位,进行点据分析与洪水调查考证,经频率计算,其参数为: 平均水位4. 57 m , Cv = 0. 12 , Cs =5 Cv. 在现状情况下,绍兴南门站100a 一遇洪水位5. 40 m ,50a一遇洪水位5. 29 m ,20a 一遇洪水位5. 11 m ,10a 一遇洪水位4.97 m ,5 年一遇洪水位4. 81 m. 1962 年9 月洪水,绍兴(东湖) 站最高水位为5. 30 m ,调查南门附近念亩头水位5. 64 m ,当时由于环城南河向北泄水受桥涵等影响而不畅,致使绍兴南门水位较高.实施城市防洪规划、萧绍平原治涝规划工程以后,经疏浚拓宽河道、桥涵等综合整治,河网的排涝能力将大为改善,绍兴南门洪水位将明显降低.

综上所述，通过水文分析，掌握相关水文信息，做到未雨绸缪，实现城市防洪规划的宏观调控。

结论

总的看来, 无论是对单个防洪工程建设还是整个防洪体系的运行, 现代水文预报技术都使防洪调度建立在准确的预报基础上,增加的洪水预见期, 更使得防洪调度游刃有余。可以说现代水文预报技术是防洪调度的依据, 亦是防洪体系中不可缺少的一环。

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