涉河管线工程防洪影响评价计算方法探讨

涉河管线工程防洪影响评价计算方法探讨摘要：随着目前社会的发展，涉河工程项目越来越多的应用于工程实践中，防洪影响评价作为工程项目评估及河道防洪安全理论依据的作用越来越突出，为了更好的开展同类建设项目评估工作，提高防洪影响评价的可靠性，本文以某涉河工程为例对防洪影响评价计算方法作了简要的分析和应用，以供同类项目参考。

关键词：防洪评价、设计暴雨、频率曲线、等值线、偏态系数、堤顶高程Abstract: With the rapid development of society, more and more projects involving river have been used in engineering practice, and the flood control impact assessment, as the theoretical basis for project assessment and flood control security, has been occupied increasingly prominent role. In this paper, in order to easily carry out the assessment of similar construction projects and to improve the reliability of flood control impact assessment, a brief analysis and application of the method for calculating the flood control impact assessment has been conducted with an example of a project involving river, and that will be the reference of similar projects.Key Words: flood control、design storm、frequency curve、contour、coefficient of skewness、dike elevation随着我国经济社会的发展，穿越河道的管道、桥梁等涉河工程项目越来越多，河道管理范围内建设项目的管理工作越来越重。

河道管理范围内的穿河、跨河管道及建筑物由于设计或建设不符合防洪要求，造成汛期水位雍高、束水、冲刷等一系列问题，对河势稳定和防汛抢险以及水利管理工作造成很大不便，极大地增加了防汛抢险压力和难度。

因此，必须对河道管理范围内的建设行为进行规范【1-4】。

为此根据建设项目的基本概况、所在河段的防洪任务与防洪要求、防洪工程与河道整治工程布局等情况，对建设项目的防洪影响进行综合评价，这对指导穿河、穿堤、跨河、拦河等涉河类项目审查、减轻和降低新建项目对现有防洪工程的不利影响，保证河道汛期行洪安全等方面具有现实指导意义【5】。

如何更好地完善和提高防洪影响评价的可靠性，寻求更加有效和便捷的防洪影响评价方法，为涉河类项目提供有效的技术支持是目前防洪影响评价方面需要进一步发展和延续的课题。

根据多年的实践经验，本文以某热气管道穿越河道工程为例进行防洪影响评价，通过推求设计暴雨和设计洪水进行水文分析，采用明渠均匀流公式进行水力计算，通过相关技术规程进行堤顶高程分析及河道冲刷分析，通过此方法进行防洪评价计算，其评价的可靠性可以得到有效保证，从而说明以其作为同类项目技术参考具有一定的现实意义。

1某河道概况河道流域属暖温带大陆性湿润、半湿润季风气候区，年内四季分明，春冬季风多、雨雪少、干冷，夏秋季气候湿热、雨水集中、秋长于春，形成了春旱、夏涝、晚秋又旱的自然规律。

多年平均降雨约640mm；主要特点是年际变化大，时空分布不均。

涉河工程穿越地区地形、地貌、地质特征及该地区水文地质情况：穿越区地貌属洪积平原区，地势较为平坦，两岸种有树，地面高程约59.08～59.14m，河床最低处高程56.03m左右，河床宽60m左右，管线穿越位置河道顺直，河床两侧地形开阔；工程区内地下水有第四系孔隙潜水和基岩碎屑岩类孔隙-裂隙潜水两种类型。

穿越断面情况：穿越断面位于该河一桥的下游，地形起伏不大，坡度较缓，为宽浅式自然河道；穿越断面以上流域面积105km2,干流比降0.00504，流域内建有一座小(一)型水库。

河道治理设计断面为复式断面，设计河底高程为55.955m，断面底宽35m，边坡系数为2，主河槽深3m，滩地高程为58.955m，左滩地宽9m，右滩地12m，设计坡降为1/950。

2防洪评价计算2.1 水文分析计算2.1.1防洪标准根据《防洪标准》（GB50201-94）、《城市热力网设计规范》（CJJ34-2002），确定本工程设计洪水标准为50年一遇。

2.1.2穿越断面设计暴雨推求设计暴雨采用实测暴雨法和暴雨等值线法两种方法分析比较确定。

（1）实测暴雨法计算设计暴雨1）设计面雨量的分析计算根据流域内3处雨量站的实测暴雨资料，采用算术平均法计算流域的面雨量。

面雨量的统计采用年最大值法选样。

在n项连续最大降水量系列中，按大小排序的第m项最大降水量的经验频率按Pm采用数学期望公式进行计算：。

（2-1）按矩法公式初估频率曲线的统计参数的均值X、变差系数CV，取偏态系数CS=3.5CV，采用皮尔逊Ⅲ型曲线适线，以理论曲线与经验点据拟合较好为原则,并重点考虑曲线中上部的点据拟合情况。

穿越断面以上流域年最大24小时及年最大3日面雨量频率曲线可查阅该地区水文勘测局编写的规程。

表1穿越断面以上流域设计面雨量成果表2）设计净雨的推求根据以上分析计算出的各时段设计面雨量，采用《该地区大、中型水库防洪安全复核洪水计算办法》（以下简称《洪水计算办法》）中山丘平原混合区公式：R混=R山-K（R山-R平）（2-2）求得穿越断面以上流域的设计净雨。

表2穿越断面以上流域设计净雨成果表（2）暴雨等值线图法计算设计暴雨为使穿越断面以上设计洪水计算更加合理可靠，采用《洪水计算办法》的暴雨等值线图法，对洪水进行推求，具体分析计算如下：根据该地区水文水资源勘测局编制的“多年平均年最大24小时、最大3日暴雨等值线图”和“最大24小时、最大3日暴雨变差系数等值线图”查得穿越断面以上流域H24h=100.0mm，H3d=119.0mm，变差系数分别为CV=0.54和CV=0.53；由皮迩逊Ⅲ型曲线的模比系数KP值表，查得各相应频率的最大24小时、3日设计点暴雨量。

从《洪水计算办法》中点面关系换算系数表中，查得穿越断面以上流域最大24h、最大3日点雨量面换算系数分别为0.78、0.81。

经计算，两种方法设计面雨量计算成果见下表表3两种方法设计雨量成果表（3）设计暴雨成果的选定由于两种方法的产流计算、汇流计算所采用的方法与途径完全一致，因此，造成两种方法计算成果差别的原因是设计面雨量的不同。

实测暴雨法采用该地区几十年的实测资料，系列较长，丰枯交替出现，且系列中有较大暴雨资料，资料系列的可靠性高、代表性好。

暴雨等值线图法采用的该地区水文水资源勘测局编制的暴雨参数等值线图，其代表站点采用暴雨参数选取，体现的是大区域的暴雨特性,考虑到中小流域与大区域特性的差异，以及在查图等环节的误差会给计算成果带来影响，因此据其推算的成果精度不高，代表性也不高。

经综合对比分析，本次设计洪水确定采用由实测暴雨资料推求的设计洪水成果。

2.1.3设计洪水过程推求（1）净雨时程分配:采用《洪水计算办法》中该地区1小时设计雨型进行时程分配。

（2）汇流计算:采用瞬时单位线法，采用《洪水计算办法》中提供的一入黄山丘平原混合区瞬时单位线参数计算公式:Ml＝KF0.33J-0.27R-0.20tc0.17 （2-3）式中：Ml——瞬时单位线参数；K——系数值；采用0.25；F——流域面积；J——河道干流平均坡度(m/m)；R——净雨深(mm)；tc——净雨历时(h)；根据计算的M1值，查《洪水计算办法》中的1小时瞬时单位线表求得各断面的瞬时单位线，然后根据设计净雨即可求得五十年一遇的设计洪水过程线，其计算成果见下表表4穿越断面以上流域五十年一遇设计洪水过程线（m3/s）根据穿越断面以上流域五十年一遇设计洪水过程线，穿越断面50年一遇设计洪峰流量为880m3/s。

2.2穿越断面水力计算根据该涉河工程施工图设计，穿越断面为复式断面，设计河底高程为55.955m，断面底宽35m，边坡系数1:2，主河槽深3m，左滩地宽9m，右滩地宽12m，边坡系数为1:2，河床糙率系数为0.025，滩地糙率系数0.035，纵比降为0.0011。

穿越断面河道洪水标准为50年一遇，采用明渠均匀流公式计算河道设计水深，经计算设计水位为62.814m，平均流速2.86m/s。

2.3堤顶高程确定堤顶超高按公式：Y=R+e+A （2-4）式中：Y—堤顶在静水位以上的超高（m）；R—波浪在坝坡上的最大爬高（m）；e—风壅水面高度（m）；A—安全加高值（m）。

（1）波浪爬高计算1）波浪的平均波高、平均波周期及平均波长计算按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录中的蒲田实验站公式：（2-5）式中：hm—平均波高(m)；Tm—平均波周期(s)；W—计算风速（m/s），根据资料，水面以上10m处多年平均最大风速为16 m/s ，常运用条件下取1.5倍的多年平均年最大风速；D—风区长度（m），设计洪水位（正常运用）工况水面宽；Hm—水域平均水深（m），设计洪水位（正常运用）工况河道断面平均水深；g—重力加速度，取9.81m/s2。

平均波长可按下式计算：（2-6）式中：Lm—平均波长（m）；H—迎水面坝前水深（m），按设计洪水位（正常运用）取值。

2）平均波浪爬高计算平均波浪爬高当m=1.5～5.0时：（2-7）式中：Rm—平均波浪爬高（m）；m—单坡的坡度系数，若坡脚为α，则m=ctgα；KΔ—斜坡的糙率及渗透性系数。

干砌石取0.75、浆砌石取0.80、混凝土预制块取0.85～0.90；KW—经验系数，取KW=1～1.30；hm—平均波高；Lm—平均波长。

3）设计频率的波浪爬高值计算工程等级为2级，根据规范规定，设计频率波浪爬高值取累积概率P=2%的爬高值。

查《堤防工程设计规范》（GB50286-98）得P=2%的Rp/Rm=2.07，据此计算最大波浪爬高Rp 。

（3）风壅水面高度计算按《堤防工程设计规范》GB50286-98附录C2公式计算：（2-8）式中：e—计算点处的风壅水面高度（m）；K—综合摩阻系数，取K=3.6×10-6；d—水域平均水深(m)；β—风向与水域中线的夹角（度）。