水文分析与计算(20110801)

   水文分析与计算

1 旧石马河基本概况

旧石马河位于石马河西侧，原为石马河河道，1966年东深供水工程建设时兴建了部分新河道，现该河道主要排除区内西侧大部分地区的雨水，为天然土渠。全流域面积17.8km2，干流河长6.3km，河道加权平均坡降1‰，旧石马河排站以上面积16.8km2，干流河长5.6km，河道加权平均坡降1.4‰。建塘水闸至环城路段长约3.8km，河底宽约30～90m。主要支流有东岸涌、湖头水、新湖水、面前湖水等。旧石马河部分跨河建筑物过水断面狭窄，还有很多地段房屋建在渠道上，严重缩窄了渠道断面，影响泄洪。

2 水文资料情况

桥头镇没有水文观测站及气象观测站，仅在镇水利所设有雨量观测设施。本次收集了镇水利所1993～2007年共15年的日降雨观测资料和东莞市气象局1957～2005年降雨观测资料及历年最大1日降雨量。因镇水利所观测资料序列较短，且没有经过整编，本次仅采用收集到的东莞市气象局观测的1957～2005年资料分析桥头镇的降雨特征。

3 暴雨及洪水特性

暴雨类型主要有锋面雨和台风雨，锋面雨一般发生在4～6月，降雨范围和强度大、历时长；台风雨一般出现在7～9月，降雨范围小、历时短，强度大。一次降雨持续时间多在三日以内，以一日为主。从降雨量及降雨过程特征分析可知，造成局部地区洪涝灾害的降雨主要为短历时暴雨，其特点是暴雨历时短而强度大。

本地区洪水由暴雨形成，洪水出现时间与暴雨出现时间相一致，也大多发生于4～9月。

4 设计暴雨计算

（1）实测暴雨成果

根据东莞市气象局资料，以及东莞其他站点最大1日与最大24h暴雨，分析得最大24h暴雨与最大1日暴雨换算系数为1.1，求得东莞市1957～2005年历年最大24h暴雨系列，采用PIII型曲线进行适线分析，得到设计暴雨参数和设计结果（表1）。

表1     东莞市最大24h暴雨频率分析成果

均值	Cv	Cs /CV	1	2	3.3	5	10	20	30	50
154.1	0.52	3.5	435.4	382.8	344.8	313.0	259.6	205.4	173.1	131.4

（2）等值线成果

设计洪水分析计算需要有不同历时暴雨，但短历时暴雨的实测资料一般完整性较差，也难于收集，因此，采用《广东省暴雨参数等值线图》（2003年版）（以下简称《等值线图》查算不同历时的暴雨参数。

根据桥头镇中心位置，查《广东省暴雨径流查算图表》（以下简称《图表》）和《等值线图》，求得不同时段暴雨均值和变差系数，结果见表2。

表2    《等值线图》查得桥头镇各时段暴雨参数及设计暴雨成果

时段(h)		1/6	1	6	24	72
均值(mm)		22	55	100	140	200
Cv		0.35	0.40	0.50	0.50	0.50
Cs /CV		3.50
P (%)	1	46.4	127.1	274.0	383.6	548.0
	2	42.3	114.4	242.0	338.8	484.0
	5	36.7	97.6	199.0	278.6	398.0
	10	32.3	84.4	166.0	232.4	332.0
	20	27.6	70.5	132.0	184.8	2.0

（3）设计暴雨采用成果

由实测降雨资料计算的设计暴雨与地区综合的《等值线图》查算成果对比分析可以看出，东莞市气象局最大24h暴雨实测资料较《等值线图》查算成果偏大10.5％～11.5％。《等值线图》法和实测资料法24h设计暴雨成果对比见表3。

表3    《等值线图》法和实测资料法24h设计暴雨成果对比表

成果名称	设计暴雨
	P=2%	P=5%	P=10%
等值线成果	338.8	278.6	232.4
东莞气象局成果	382.8	313.0	259.6
差值（%）	11.5	10.9	10.5

《等值线图》是《广东省水文图集》（1991）中的暴雨参数等值线图的修编成果，增加了十几年的资料系列，增补了站点，所有站点资料统一用到1997年，其中包括年最大10分钟、1小时、6小时、24小时及3天点降水量均值、变差系数等值线图。《等值线图》经过地区、邻省之间的相互协调和全国拼图，经省水文局在时空上协调、平衡后，由专家小组详细审查验收，已于2003年由广东省水文局出版颁发全省使用。考虑到桥头镇距离东莞市相距较远，桥头镇最大24h暴雨仍采用《等值线图》的查算成果。

5 设计洪水分析计算

一般情况下，设计洪水的推求有两种方法：一种是由流量资料推求设计洪水，另一种则是由暴雨资料推求设计洪水。由于桥头镇境内各河流缺乏水位、流量等实测水文资料，故设计洪水由设计暴雨推求。

设计洪水计算方法有广东省综合单位线法、推理公式法，分别采用不同计算方法计算各断面不同频率的洪水，经综合分析后合理选用成果。根据《查算图表》说明，综合单位线设计洪水过程能较好地反映所在地河流的洪水特点，精度高于推理公式法，调整综合单位线法和推理公式法参数，在两种方法计算洪峰流量成果比较接近时，采用综合单位线法计算成果。设计洪水计算成果见表4。由于规划后有些流域的参数发生了改变，表5为改变后的设计洪水计算结果。

表4  旧石马河水系现状情况下各频率设计洪峰流量成果表

河道

名称	干支流断面	范围	集水 面积 (km2)	河道 长度 (km)	平均 坡降(‰)	(m3/s)
						1％	2％	5％	10％
湖头水	支流	全流域	2.84	3.60	2.5	47.2	42.2	35.6	30.4
朗厦水	支流	全流域	1.10	2.80	5.1	22.1	19.7	16.4	13.9
新湖水	支流	全流域	3.87	3.94	4.3	62.4	55.8	47.0	40.1
新湖水	支流	龙桥路以上	1.93	2.24	8.7	41.0	36.6	30.6	26.0
面前湖水	支流	全流域	3.85	3.76	2.3	52.9	47.2	39.5	33.6
面前湖水	支流	三环路以上	2.20	2.00	2.3	37.6	33.7	28.4	24.3
莲湖水	支流	全流域	2.66	2.90	2.0	38.9	34.7	29.1	24.8
牛屎垭水	支流	全流域	1.20	1.21	6.3	29.6	26.5	22.3	19.0
旧石马河	干流	新湖水汇入前断面	8.10	3.76	2.0	114	102	85.0	72.1
	干流	湖头水汇入前断面	13.20	4.60	1.5	167	148	123	104
	干流	石马河排站上游断面	16.80	5.60	1.4	218	192	157	130
	干流	建塘水闸以上	17.80	6.30	1.0	231	203	166	138

表5  旧石马河规划情况下发生变化的位置各频率设计洪峰流量成果表 

河道

名称	干支流断面	范围	集水 面积 (km2)	河道 长度 (km)	平均 坡降(‰)	(m3/s)
						1％	2％	5％	10％
湖头水	支流	全流域	3.58	3.60	2.5	57.7	51.6	43.5	37.1
朗厦水	支流	全流域	0.31	1.50	3.9	5.3	4.75	4.0	3.43
旧石马河	干流	新湖水汇入前断面	5.40	3.76	1.1	68.7	61.0	50.7	42.7
	干流	湖头水汇入前断面	10.60	4.71	1.1	132	117	97.4	82.1
	干流	石马河排站上游断面	14.10	5.71	1.1	170	151	125	106
	干流	建塘水闸以上	15.10	6.45	1.1	187	1	134	111

6 现状工程防洪能力复核

采用天然河道水面线计算公式计算河道水面线。采用东莞市类似河流糟率的分析成果，结合理论分析成果，本次计算取用综合糟率，现状河道综合糟率取0.0275～0.03；规划整治后的河道综合糟率取0.0225～0.03。

桥头镇排涝主要依靠排渠和闸站，旧石马河于建塘水闸处汇水入东引运河，建塘水闸上游约0.75km处建有旧石马河排站，现状排站设计标准为10年一遇，装机容量32.1m3/s，旧石马河排站的建设将旧石马河分为两段——建塘水闸至旧石马河排站段和旧石马河排站至莲湖排站段。建塘水闸至旧石马河排站下游起始水位采用建塘水闸处水位，据《东莞市东引运河、寒溪水流域综合整治干流防洪规划》（报批稿），建塘水闸处不同频率水位成果见表6。旧石马河排站至莲湖排站段起算水位采用现状旧石马河排站设计最高运行水位7.74m。本次分两段进行水面线推求——建塘水闸至旧石马河排站段和旧石马河排站至莲湖排站段。

表6   建塘水闸不同频率水位成果

1％	2％	5%	10%	20%	50%
8.37	8.14	7.85	7.75	7.45	6.91

据《潼湖围达标加固工程可行性研究水文水利专题报告》，反虹涵最大泄量为75m3/s，故建塘水闸断面处流量为叠加反虹涵下泄流量后的总流量，50年一遇、20年一遇总流量分别为278m3/s和241m3/s。

现状水面线推求时河道断面采用实测河道断面资料，桥涵处采用净过水断面。经计算，旧石马河干渠各段现状水面线成果见表7和8。

表7   建塘水闸至旧石马河排站段不同频率现状水面线成果

断面编号	累计距离(m)	断面 位置	P=2％		P=5%		河底高程(m)	左岸高程(m)	右岸高程(m)
			水位(m)	流量(m3/s)	水位(m)	流量(m3/s)
1	0	建塘 水闸	8.14	278	7.85	241	1.22	10.72	8.80
2	214	桥	8.20	278	7.91	241	1.40	10.96	10.96
3	300		8.22	278	7.92	241	0.70	13.03	9.16
4	400	东岸涌汇入	8.23	278	7.94	241	1.07	12.02	8.47
5	750	旧石马河排站	8.26	278	7.97	241	2.52	9.77	8.79

表8   旧石马河排站至莲湖排站段现状水面线成果  （P=5%）

断面

编号	累计 距离 (m)	断面 位置	水位 (m)	流量(m3/s)	河底 高程(m)	左岸 高程(m)	右岸 高程(m)
1	0	旧石马河排站上游	7.74	157	2.52	9.77	8.79
2	200	邵岗头桥	7.79	157	2.54	8.17	8.17
3	250		7.80	157	2.81	9.48	8.50
4	500		7.82	157	2.59	9.37	8.50
5	590		7.86	157	2.74	7.99	7.99
6	1000	光明1号桥	8.05	123	2.82	9.48	8.60
7	1300	湖头（朗厦）排渠	8.06	123	3.51	7.71	8.41
8	1750		8.09	123	3.40	9.54	8.17
9	1910	面前湖桥	8.43	85	3.40	6.57	6.57
10	2200		9.02	85	4.26	9.50	8.
11	2500	光明2号桥	9.21	85	2.47	7.03	7.03
12	2550		9.24	85	3.14	8.13	10.22
13	2800		9.25	85	2.86	7.80	8.37
14	2900	广普街桥	9.39	85	4.09	8.29	8.29
15	2950		9.46	85	4.20	9.09	8.55
16	3100		9.46	85	3.68	9.68	9.29

从水面线成果看出，建塘水闸至旧石马河排站下游段渠道左岸高于50年一遇洪水位1.5m以上，右岸个别地段高于洪水位仅0.24m，旧石马河排站上游至湖头排渠汇入段左、右岸基本高于20年一遇洪水位，但不满足水位超高要求，而湖头排渠至莲湖排站段由于过路桥涵缩窄了过水断面致使水位雍高，左、右岸高程均低于20年一遇洪水位。

7 旧石马河水环境整治后防洪能力复核

本水环境整治工程对旧石马河河道进行清於整治，整治断面形态见附图。由于水体修复工程中种植了大量的植物，糟率取0.035，为使旧石马河排站控制流域内不成灾，规划将旧石马河排站最高运行水位降低，通过试算，确定5.9m作为起始水位较为合适。水面线计算成果见表9所示。

表9   旧石马河排渠规划整治后的水面线成果

断面

编号	累计 距离(m)	断面 位置	P=2％		P=5%		河底高程(m)
			水位 (m)	流量(m3/s)	水位 (m)	流量(m3/s)
1	0	旧石马河排站	5.90	151	5.90	125	2.000
2	20		5.92	151	5.91	125	2.007
3	60		5.94	151	5.93	125	2.019
4	120		5.94	151	5.93	125	2.038
5	160		5.94	151	5.93	125	2.050
6	180		5.94	151	5.93	125	2.057
7	220		5.98	151	5.96	125	2.069
8	260	邵岗头桥	5.99	151	5.96	125	2.082
9	340		6.06	151	6.01	125	2.107
10	380		6.07	151	6.02	125	2.119
11	420		6.08	151	6.03	125	2.132
12	460		6.09	151	6.03	125	2.145
13	520		6.10	151	6.04	125	2.1
14	560		6.10	151	6.04	125	2.176
15	620		6.10	151	6.04	125	2.195
16	660	光明1号桥	6.10	151	6.04	125	2.208
17	740		6.18	151	6.10	125	2.233
18	780		6.19	151	6.11	125	2.245

19	840		6.20	151	6.11	125	2.2
20	880		6.20	151	6.11	125	2.277
21	920		6.21	151	6.12	125	2.2
22	960		6.22	151	6.13	125	2.302
23	1020		6.22	151	6.13	125	2.321
24	1060		6.22	151	6.13	125	2.333
25	1120		6.24	151	6.14	125	2.352
26	1160		6.27	151	6.16	125	2.356
27	1220		6.28	117	6.17	97	2.384
28	1260		6.28	117	6.17	97	2.396
29	1320		6.28	117	6.18	97	2.415
30	1360		6.29	117	6.18	97	2.428
31	1420		6.29	117	6.18	97	2.447
32	1460		6.30	117	6.19	97	2.459
33	1520	湖头排渠	6.30	117	6.19	97	2.478
34	1560		6.31	117	6.19	97	2.491
35	1620		6.31	117	6.20	97	2.509
36	1680		6.31	117	6.20	97	2.522
37	1720		6.32	117	6.20	97	2.541
38	1760		6.32	117	6.20	97	2.553

39	1820		6.32	117	6.20	97	2.572
40	1860		6.38	117	6.25	97	2.585
41	1920	前湖排渠 汇入前	6.41	61	6.27	51	2.604
42	1960	面前湖桥	6.41	61	6.27	51	2.616
43	2040		6.42	61	6.28	51	2.2
44	2080		6.42	61	6.28	51	2.654
45	2140		6.42	61	6.28	51	2.673
46	2180		6.42	61	6.28	51	2.686
47	2220		6.43	61	6.28	51	2.698
48	2280		6.43	61	6.29	51	2.717
49	2340		6.43	61	6.29	51	2.736
50	2380		6.43	61	6.29	51	2.748
51	2440		6.44	61	6.29	51	2.767
52	2480		6.44	61	6.30	51	2.780
53	2540		6.45	61	6.31	51	2.799
54	2620	光明2号桥	6.45	61	6.31	51	2.824
55	2680		6.46	61	6.32	51	2.843
56	2740		6.47	61	6.32	51	2.862
57	2780		6.47	61	6.32	51	2.874
58	2860		6.48	61	6.33	51	2.9

59	3040	光普街桥	6.48	61	6.33	51	2.956
60	3120		6.50	61	6.34	51	2.981
61	3180	莲湖排站	6.50	61	6.35		3.000

本河道水环境整治设计中，已经考虑将现有桥梁过水断面加大到相应位置处的河道相应宽度，但由于这些桥梁所在位置处的河道断面较窄，使得雍水现象较为突出。从表9中可以看出，按照本生态整治工程所设计的断面形态，20年一遇设计水面线为5.90～6.35m，低于河道左、右岸现状堤顶高程0.5～3.0m，不会对该河道造成防洪压力。