同安造水溪河道治理工程可行性研究(水文部分)

'同安造水溪河道治理工程可行性研究水文部分1流域概况1.1自然地理同安造水溪地处福建东南沿海，位于厦门市同安区东北部的汀溪镇境内，同安区地理坐标：东经117°54′～118°16′，北纬24°36′～24°55′。同安区东北、北分别与泉州市的南安县、安溪县相接，东邻翔安区，西与漳州市的长泰县为邻，南部临海，西南为厦门市集美区。地势由西北向东南倾斜，北部、西北部为山区。1.2河流同安区河流水量季节性变化大；河水的含沙量，由于植被，一般不大；河流短促，河网密布，具有树枝状的水系特点。造水溪是厦门市同安区东西溪流域汀溪支流的二级支流。东西溪为厦门市最大河流，发源于同安区西北部尖山（海拔1034米）、面前山（海拔966米），控制西部、北部大片地区，由东溪与西溪在大同街道南面的双溪口汇合后称东西溪（双溪口以上，干流长30.44公里，流域面积320.7平方公里，河道比降10.76‰），流至团结埭再分为两股——西股浦声支流、东股石浔支流分别经瑶头、石浔注入东咀湾，全长34公里，流域面积491.48平方公里。汀溪是同安东西溪的一级支流，发源于同安区汀溪镇汪前村的云顶山（海拔1175米），流域面积147.1平方公里，流经荇后、汪前、茂林（五峰）、墩后，于坂头村注入汀溪水库，再经上埔、昆泽洋至西溪草仔市，汀溪有造水溪、茂林溪、西源溪三条二级支流先后汇入。造水溪位于溪东水库上游，发源于汀溪镇造水村的铁峰山（海拔beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 878米），河长10.35公里，比降27.50‰，流域面积23.4平方公里，流经造水三甲、造水二甲、郑宅，注入1964年夏建成的溪东水库。东堤溪发源于汀溪镇东堤村东山尖（海拔1110米），流经杉际、新田、东堤，于墩后汇入汀溪。西源溪发源于汀溪镇东岭村的乌石岩（海拔852米），流经顶村、西源、古坑、路岭，于坤泽洋注入汀溪。汀溪河长17.34公里，比降2.85‰。河流具体位置见下图。1.3水文站网设置造水溪流域内设有造水(三甲)、造水、罗溪三个雨量站和一个造水水文站。2水文气象2.1气候气温beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 该地区地处东亚大陆的东南边缘，面临台湾海峡，属南亚热带海洋性季风气候。常年气温较高，雨量充沛，全年平均气温为20℃。一年四季草木常青，蔬菜瓜果不断。按四季候温划分，春季84天，秋季103天，常夏无冬，春秋相连。受海风影响，每年平均最低候温12℃，多年平均相对湿度77%，日照时数达2233小时。12月～3月天气较寒冷，气温一般在8℃～20℃之间，夜间最低气温可降至1℃。4月～10月天气开始转暖，一般在20℃～32℃之间。夏季基本无酷暑，日最高气温≥35℃的，每年平均仅5天。2.2风力风向该地区风力一般3至4级，常向主导风力为东北风。由于太平洋温差气流的关系，每年平均受4至5次台风的影响，且多集中在7至9月份。2.3降水该地区所处的同安区多年平均降水量为1802.6毫米，所在的西溪流域年平均降水量为1715.6毫米,造水溪面平均雨量为2053.6毫米，为厦门市的年降水量的高值区。降水量年内分配不均，每年3～6月份为锋面雨季，降水笼罩面广，雨期长，雨量集中，降水量占年降水量的50%；7～9月份为台风雨季，雨势强，雨区大小不定，面上雨量相差悬殊，降水量占年降水量的35%，其24小时最大暴雨量可达300～500mm。从多年平均降水量来看，均以6月份为最多,为350毫米左右,12月份最少,为25毫米左右。从降水季节分配来看，厦门春雨季（3～4月）降水量200.5毫米，占全年17.5％；雨季（5～6月）降水量361.8毫米，占全年31.6％；台风季（7～9月）降水量390.7毫米beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 ，占全年34.1％。同安春雨季、雨季、台风季分别是252.6毫米、443.9毫米、573.5毫米，占全年比率分别是17.3％、30.5％和39.4％（台风季包括台风雨、热雷雨和辐合带降水等）。本地区的洪水主要来自暴雨，因而有锋面雨型和台风雨型洪水，锋面雨型洪水主要发生在5～6月，台风雨型洪水大部分出现在7～9月，厦门市发生大洪水主要是台风雨型洪水。当厄尔尼诺或拉尼娜现象严重的年份，一般水文规律会有所变化，并易引发极端的丰水年或枯水年。这些年份往往都是工程设计标准以外允许破坏的年份。2.4蒸发量根据邻近站汀溪水库水文站1957年～2010年的实测蒸发量资料统计，该地区的多年平均年蒸发量为1121.0毫米。2.5地表水资源质量状况2.5.1地表水资源量该地区所在同安区多年平均地表水资源量为6.983亿立方米，多年平均地表径流深为1061.9毫米，径流系数为0.59。西溪流域多年平均地表水资源量为4.747亿立方米，多年平均地表径流深为965.8毫米，流域平均径流系数为0.57。地表径流量年内分配不均，汛期（4～10月）径流量占年径流量的75～80%。本地区地表水资源的来源主要由当地降水产生的径流形成，因此地表水资源的分布受降雨的影响较大，降雨量的时空分布不均导致地表水资源量时空分布不均。beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 2.5.2地表水水质和水土流失情况造水溪发源于汀溪镇造水村的铁峰山（海拔878米），流经三甲、造水二甲、郑宅，注入溪东水库。该区域内没有大的工业项目，政府限制村民大规模养殖，但由于没有建设专门的生活垃圾、污水的收集和处理系统，使得生活垃圾长期处于无人管理的境地。因此污染源主要来自农村的面源污染，包括村民的生活污水；施入农田的氮肥经过排水直接进入河流；散放的垃圾，村民养殖的猪、牛、羊、鸡、鸭等家禽家畜的粪便，一到雨天就通过地表径流被冲进了河里，氮、磷等营养物质和重金属，成为破坏当地水环境重要来源之一。由于近年来政府对当地村民发放补贴，限制村民的大规模养殖，目前河流水质状况较往年有很大的改善。根据《2010年厦门市水资源公报》,通过对溪东水库和汀溪水库入库站的地表水水质的监测，采用《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行评价。2010年溪东水库的水质符合Ⅲ类水标准，上游河流水质符合Ⅲ类水标准，非汛期由于水量较小，水体自净能力较差，水质偶为Ⅳ类。该流域内的植被保护良好，水土流失情况较少，河流含沙量不大。2.6灾害情况该地区自然灾害频繁，主要灾害有洪涝灾害、旱灾、间有冰雹和倒春寒等。beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 2.6.1洪涝灾害该地区地处东亚大陆的东南边缘，面临台湾海峡，属南亚热带海洋性季风气候。七、八、九月，太平洋上的热带气旋形成热带风暴或台风后就沿西北方向移动，当正面登陆或影响本地区时，经常带来持续二至三天范围遍及全区的暴雨。其次，在五、六月，来自太平洋上的副热带高压向北推移，经常会遇到来自西北地区的大陆冷空气，两股气流在区境上空相持，形成长时期的梅雨天气。据《厦门市水利志》、《同安县志》、《同安县水利电力志》、《同安气象志》及其他有关资料记载，从1547年至建国前，同安区共发生特大水灾33次，平均12.2年发生一次；建国后至2010年同安受台风暴雨袭击造成的大小洪涝灾害29次，平均2.14年发生一次，其中较大洪灾12次，尤以1956年、1990年、2005年的洪灾最为严重。2.6.2旱灾干旱也是主要自然灾害。据同安区气象局统计，小旱几乎年年发生，大旱或特旱发生的频率达79%。建国后发生连旱40天以上的特旱年份有1953年、1954年、1956年、1963年、1965年、1969年、1977年、1980年、1986年、1991年和2002年，2003年夏秋发生五十年一遇大旱。2001年秋冬大旱连接2002年春夏大旱共计200多天，为建国后最严重的旱灾。3设计洪水的推求beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 根据设计河段两岸的实际情况，根据国家《防洪标准》（GB50201-94），以乡村为主的防护区（简称乡村防护区），根据其人口或耕地面积，确定本地区的防护等级为Ⅳ级，设计防洪标准为十年一遇。本设计河段内有一个造水水文站和3个配套的雨量站。3.1水文资料系列分析造水水文站于1967年5月设立，造水水文站1973年1月开始流量观测，具有1973年～2010年实测径流资料，集水面积10.5km2，主河长4.68km，河道坡降66.52‰。配套雨量站有造水站、罗溪站和造水(三甲)站等。根据南京水文水资源研究所等单位编制的《厦门市水资源合理配置与对策研究》一文对造水水文站的径流分析，1962～1971年是一个长达近10年的偏枯年份，其次是1977～1982年和1986～1989年，是两个分别为6年和4年的偏枯年份，以及由同安县史料表明，1977年2月11日至5月1日，春旱80天，汀溪、策槽、坂头灌区供水十分紧张，各级政府发动群众挖沙堀，抽溪泉抢插早稻。接着从6月中旬起又出现夏旱，54天没有降雨，溪河断流，水库干涸，三分之一稻田断水，粮油作物大幅度减产。1978年6月27日至8月9日，同安大旱44天，夏收作物减产。1979年5月25日至7月24日，受旱61天，旱情严重，同安县19万晚稻有16万亩缺水插秧，个别地区人畜饮水困难，8月9日beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 同安县在驻军支援下，实施人工降雨，旱情在八月底缓解。1980年5月25日至7月11日，厦门市郊区、杏林区连旱45天，受旱面积9.85万亩，其中晒死花生1.86万亩，秋粮无水插秧，粮油作物失收。气温达历年最高值。同安县从6月7日至7月11日夏旱34天。1982年8月21日起，连旱70多天，汀溪、溪东两座中型水库水位已到死水位，小（一）型以下水库全部干涸，受旱面积16.5万亩，有3.6万亩晚稻减产，2700亩绝收，晚地瓜6.17万亩欠收，甘蔗晒死1450亩。1986年7月14日至8月22日，滴雨未降，9月17日降雨20～30毫米，以后又持续高温干旱至10月中旬，日平均蒸发量7.8毫米，同安县有5座小（一）型水库、78座小（二）型水库干涸，严重受旱面积14.2万亩，其中晒死晚稻1.1万亩、晚地瓜1.78万亩、秋花生3750亩、甘蔗3580亩。有48个村饮水极其困难，山区28个贫困村山泉干涸，全县减产四成左右。1991年春夏两季少雨干旱，全市受旱面积33.32万亩，有5座小（一）型水库、57座小（二）型水库干涸。全市数万人投入抗旱斗争，两次实施人工降雨，粮食、油料、水果减产二成。1992年，夏秋连旱，全市受旱面积17.71万亩，晒死作物5.91万亩，农业经济损失540.6万元，工业损失约6049.5万元。1995年，夏、秋、冬连旱，受旱面积7.6万亩。beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 2001年10月份到次年7月初，厦门持续干旱少雨，全市受旱面积达19万亩，旱情仅次于1955年。6月12日，全市25座小（一）型以上水库总蓄水量仅为2150万立方米，是近年来最少的。2003年6月28日至8月3日，出现37天的高温少雨天气，降雨量仅3.3毫米，发生50年来最严重的夏季大旱，全市农作物受旱面积达15万亩，龙眼等水果受旱20多万亩。10月15日至2004年2月9日，又出现连续117天少雨天气，发生了严重的秋冬特旱。据2004年1月12日统计，全市小（一）型以上水库总蓄水量只有5280万立方米，占正常蓄水量的31％，全市农作物受旱面积达12.72万亩，9000多人饮水受影响。实施两次人工增雨后，旱情大大缓解。2005年8月14日11：33出现设站以来，实测最高洪水位为9.28m。3.2设计暴雨的推求由于该地区有实测的暴雨资料，利用造水雨量站1970年～2010年40年的最大24h暴雨量资料系列，经频率计算，采用P-Ⅲ线型适线后的统计参数=208.6mm，Cv=0.45,Cs=3.5Cv。造水水文站设计暴雨统计参数表时段参数1小时6小时24小时均值H（mm）57.9116.6208.6CV0.380.420.45beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 根据溪东水库的集水面积，查福建省暴雨点面关系表，得到不同历时的暴雨点面转换系数，计算溪东水库流域各设计频率24h、6h、1h的面暴雨量，成果详见下表。溪东水库各时段设计面雨量成果表时段频率1小时6小时24小时P=10%79.0173.7299.53.3设计洪峰流量的推求造水溪经郑宅汇入溪东水库，郑宅入库断面设计洪峰流量用三种方法计算，计算方法分别采用水文比拟法、推理公式法和瞬时单位线法。一、水文比拟法：造水水文站流域面积10.5km2，溪东入库断面流域面积21.3km2，溪东水库大坝断面流域面积23.4km2，造水水文站在本设计河段的中断面，下垫面和河流状况基本相似，有实测的降水和流量资料，用造水水文站做参证站，郑宅入库断面的设计洪峰流量采用水文比拟法进行计算。采用水文比拟法计算公式如下：式中：为设计断面最大洪峰流量，m3/s为参证断面最大洪峰流量，m3/sbeconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 设计断面流域面积，km2；参证断面流域面积，km2；利用参证站造水水文站1968年～2010年43年的实测最大洪峰流量资料系列，经频率计算，采用P-Ⅲ线型适线后的统计参数，=79.0m3/s，Cv=0.86,Cs=2.5Cv。P=10%，=167m3/s，溪东水库坝头断面=167=285m3/s二、推理公式法：推理公式法计算最大流量的公式为：………………..(1)…………………(2)式中：Qm为最大洪峰流量(m3/s)，J为河道平均坡降(‰)，m为汇流参数Rτ为汇流时间内净雨深(mm)，L为河长(km)，F为流域面积(km2)0.278为单位换算系数，τ为流域最大汇流面积的汇流时间(小时)其中：汇流参数m值确定后，联解方程(1)、方程(2)beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 ，以试错法求得洪峰流量及其相应的Rτ、τ值。式中L—河道长，单位km；m—汇流系数，可以反映流域汇流特性的地理参数；按经验公式，求得0.73,m=0.0414J—主河道平均比降F—流域面积，km2；溪东水库坝坝头断面的流域及河道特征值为L=10.35km，J=27.5‰，F=23.4km2。联解推理公式中,得到溪东水库坝坝头断面设计洪峰流量223m3/s三、瞬时单位线法：瞬时单位线的基本假定是设净雨过程相当于流域入流，经过一系列n个相同的线性水库调蓄作用，形成出口断面的径流过程，其数学表达式为：式中：U(o,t)为瞬时单位线纵标，Γ(n)为参数m的伽玛函数,t为时间(小时)n为相当于水库数或调节次数，K为相当于流域汇流时间的参数，沿海地区：n=3.87F0.066J-0.151，β=0.280F-0.065J0.118m1a=10=3.20F0.117J-0.203，m1=m1a=10×10β×a-βbeconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 然后由m1=n×K，求得设计流域的k值。由n、K、△t查《S曲线查用表》转换得所需要的时段单位线，乘于各时段的地表净雨并逐段相错一个时段进行叠加即得地表洪水过程线。地下洪水过程线将地下洪量按等腰三角形进行分配，其底宽是地表洪水过程底宽的两倍。推求出溪东水库坝坝头断面设计洪峰流量246m3/s四、成果分析分别用水文比拟法、推理公式法和瞬时单位线法，所计算溪东水库坝头断面设计洪水成果见下表。设计洪水成果比较表单位：m3/s方法频率水文比拟法推理公式法瞬时单位线法10%285223246从上表看出，采用推理公式法及瞬时单位线法推求的成果较为接近，水文比拟法推求的设计洪水成果较大，这是因为推理公式法和瞬时单位线法的计算参数均经地区综合，反映福建省沿海地区设计洪水的一般规律，而溪东水库上游的造水溪是同安东西溪流域的暴雨中心，且河道坡降较大，所以该河段设计洪水具有其特殊性。而造水水文站位于溪东水库流域内，降水特性及下垫面因素一致，因此认为选用造水水文站水文比拟法所推求的设计洪水成果，比较符合溪东水库的洪水特性。因此，从工程安全性考虑，选用水文比拟法推求的设计洪水3.4用水文比拟法推求整治河段推流断面洪峰流量beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 利用参证站造水水文站1968年～2010年43年的实测最大洪峰流量资料系列，经频率计算，采用P-Ⅲ线型适线后的统计参数，=79.0m3/s，Cv=0.86,Cs=2.5Cv。P=10%，=167m3/s，溪东水库入库断面=167=268m3/s郑宅桥断面=167=248m3/s二甲汇合口=167=152m3/s整治起点=167=135m3/s3.5洪水总量溪东水库缺乏实测入库洪量资料，所以根据造水水文站的设计洪量参数，用水文比拟法推求溪东水库最大24h设计洪量。通过对造水水文站实测洪水系列1968～2010年的最大24小时洪量系列的分析，造水站实测最大洪水发生在2005年，2009年和2010年这2年均没有出现超过设计频率的大洪水，根据《汀溪水库群综合整治（溪东水库除险加固部分）初步设计报告》内的分析资料，根据造水水文站1968～2008年共41年的实测年最大24h洪量资料系列，经验公式计算其频率，P-Ⅲ曲线适线，得出造水水文站设计年最大24h洪量统计参数，详见造水水文站年最大24h洪量频率曲线图。W24＝126.1万m3CV=0.65CS/CV=2.5beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 用福建省沿海地区各测站年最大24h洪量均值的地区综合指数n＝0.90，做为水文比拟法推求溪东水库设计年最大24h洪量的面积指数。经计算，溪东水库设计年最大24h洪量统计参数为：W24＝260m3/sCV=0.64CS/CV=2.5由此计算溪东水库坝址各设计频率洪水流量：P=10%，W24=481万m3根据溪东水库P=10%的设计最大24h面雨量，以及溪东水库相应频率的设计最大24h洪量，计算其洪水产流系数。经计算，产流系数为0.69。溪东水库设计频率洪水的产流系数较为合理，所以溪东水库P=10%，，W24=481万m3的设计频率最大24h洪量基本合理。beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15 beconsistentwithinthesamedisk.Alternateunifiedcorerequirementsplacedontheterminalstripterminals,onlineidentityandensurethecoppercoreisnotexposed.6.4.6enclosurewithinthesametothecablecoreprovidesbindingintoacircle,harnesstiespacingisgenerally100mm;branchofficesshallbebindingonbothends,eachcore15'