宜昌市柏临河干流防洪特性分析及流域生态需水量评估

图 １ 柏临河流域水系及水文站点分布
柏临河流域水位观测始于 ２０１２ 年ꎬ水文资料系 列不足 ７ ａꎮ 鸣凤河水文站于 ２０１６ 年设立ꎬ是流域 内唯一的水文站点ꎬ实测资料系列较短ꎬ无法根据实 测资料进行设计洪水计算ꎬ故该流域属基本无水文 资料地区ꎮ 各站观测情况统计见表 １ꎮ
关键词:设计洪水计算ꎻ防洪特性ꎻ生态需水量ꎻ 推理公式法ꎻ柏临河 中图法分类号:ＴＶ１２２. ３ 文献标志码:Ａ ＤＯＩ:１０. １５９７４ / ｊ. ｃｎｋｉ. ｓｌｓｄｋｂ. ２０１９. ０２. ０２２
１ 研究背景
柏临河为长江左岸的一级支流ꎬ发源于宜昌市 夷陵区别家大山的愈家老屋ꎬ干流依次流经夷陵区 小溪塔街道、龙泉镇、伍家岗区伍家乡、伍家岗街道 和宜昌高新区生物产业园ꎮ 柏临河干流建有大量拦 水坝ꎬ部分河段存在堤防欠高的问题ꎬ尤其是拦水坝 附近河段过水断面面积明显不足ꎬ此外部分河道淤 积明显减小了河道行洪面积ꎬ威胁到河道两岸居民 的生命财产安全ꎬ流域水安全问题突出ꎬ因此亟需对 流域防洪特性进行分析ꎬ并采取相应的措施ꎮ
雷家畈 雷家畈大桥拦水坝
宋家咀拦水坝 宋家咀村
柏 谭
杨
土 陈
家 河 门 花
家 龙
泉
冲 古
镇
关公坊酒厂拦水坝
树 稻花香宾馆 稻花香水位站
拦水坝 １５１拦水坝
龙泉古镇拦水坝
水府庙 临
河 河
水 府 庙 水 位 站
艳 徐家畈
冲 张家坪
河
河
鸣 凤 河 水 文站
新场水位站 后
站 位 水 溪 江 临
２ 流域概况
柏临河发源于宜昌市夷陵区别家大山ꎬ在宋家 咀以上分东西两支ꎬ在宋家咀汇合后ꎬ经龙泉镇、水 府庙、土门ꎬ在宜昌市城区东郊临江溪汇入长江ꎮ 流 域呈扇形ꎬ主 要 支 流 从 上 至 下 依 次 有 杨 树 河、 土 门 河、后河和花 艳 冲ꎬ 杨 树 河 于 水 府 庙 汇 入 柏 临 河 干 流ꎬ汇合口以上的柏临河干流习惯称龙泉河ꎬ土门河 和后河均于徐家畈汇入柏临河ꎬ花艳冲于张家坪汇 入柏临河干流ꎮ 流域面积为 ４７８ ｋｍ２ ꎬ柏临河主河 道长５４. ３ ｋｍꎬ河床平均坡降为５. ５‰ꎬ河道坡降较 大ꎬ属山区性河流ꎮ 柏临河流域干支流分别建有稻 花香( 龙泉) 水位站ꎬ水府庙水位站ꎬ临江溪水位站、 鸣凤河(魏家畈) 水文站和支流后河上的新场水位 站ꎬ共 ４ 个水位站和 １ 个水文站ꎮ 流域水系及水文 站点分布见图 １ꎮ
徐华[１] 针对无资料地区采用推理公式法计算 了山洪沟的设计洪水ꎬ并认为该方法计算精度较高ꎮ 李磊[２] 等认为推理公式法对土耳其小流域设计洪 水的计算成果符合当地实际情况ꎮ 陶新红[３] 采用 推理公式法求得设计洪水ꎬ 结果较为合理ꎮ 张松 达[４] 对无资料地区小流域的洪峰流量进行了推算ꎮ 柏临河属山区性河流ꎬ河道坡降较大ꎬ干流建有 ３ 个 水位站和 １ 个水文站ꎬ但水文资料系列较短ꎬ无法通 过实测资料进行设计洪水计算ꎬ本文拟采用推理公 式法计算设计洪水ꎮ
收稿日期:２０１８ － １２ － １０ 作者简介:熊 刚ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ硕士ꎬ主要从事水文水资源等方面的研究ꎮ Ｅ － ｍａｉｌ:８７４９６０５０１＠ ｑｑ. ｃｏｍ
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熊 刚 等 宜昌市柏临河干流防洪特性分析及流域生态需水量评估
和保持生态系统稳定、保证河流生态环境所需的水 量ꎮ 生态需水量的计算方法一般有水文学法和水力 学法ꎮ 水文学法包括 Ｔｅｎｎａｎｔ 法、Ｔｅｘａｓ 法、逐月频率 计算法ꎻ水力学法包括湿周法和 Ｒ２ － Ｃｒｏｓｓ 法ꎬ此外 还有生境模拟法和综合法ꎮ 考虑到其他方法要求较 高ꎬ结合柏临河流域的实际情况ꎬ本文拟采用 Ｔｅｎｎａｎｔ 法和湿周法计算流域生态需水量ꎮ
河道最小生态需水量即维护河道基本生态功能 以及维持河道内水生生物生存所需的水量[９] ꎮ 国外 对河道 内 生 态 需 水 量 的 研 究 起 步 较 早ꎬＭ. Ｆａｌｋｅｎ￣ ｍａｒｋ[１０] 等提出了“ 绿水” 的概念ꎬ即同时满足人类生 存发展和河流生态所需的水量ꎮ Ｐ. Ｄ. Ｒａｓｋｉｎ[１１] 认为 足够的水量是维持河流、湖泊及湿地生态的前提ꎮ 国 内关于生态需水量的研究始于 ２０ 世纪 ７０ 年代ꎬ汤奇 成[１２] 首次提出了生态环境用水的概念ꎬ认为保护绿 洲生态环境的用水即为生态环境用水ꎮ 王芳[１３] 等探 讨了生态需水量的概念ꎬ指出生态需水量是用来恢复
２０１９ 年 ２ 月 水 利 水 电 快 报 ＥＷＲＨＩ 第 ４０ 卷第 ２ 期
文章编号:１００６ － ００８１(２０１９)０２ － ００９４ － ０５
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宜昌市柏临河干流防洪特性分析及 流域生态需水量评估
熊 刚ꎬ成金海ꎬ张年洲
( 长江水利委员会水文局 长江三峡水文水资源勘测局ꎬ 湖北 宜昌 ４４３０００)
摘要:柏临河流域水安全问题突出ꎬ亟需对其进行整治ꎮ 采用推理公式法计算流域设计洪水ꎬ根据一 维水动力数学模型计算柏临河干流不同频率的防洪水面线ꎬ进一步分析干流的防洪特性ꎮ 计算了柏临河 干支流最小生态需水量ꎬ并结合流域水资源量对生态需水量进行了评估ꎮ 研究表明:①在柏临河流域采用 推理公式法计算设计洪水成果可靠ꎻ②柏临河罗家畈、宋家咀和龙泉古镇几座拦水坝附近堤防欠高ꎬ其他 河段堤防高程基本能满足防洪要求ꎻ③在保证率 ９５％ 来水条件下ꎬ除柏临河下段、杨树河能满足河道最小 生态需水量外ꎬ其他河段不能满足河道最小生态需水量的要求ꎮ
采用一维水动力数学模型计算柏临河干流水面 线ꎮ 吴树煌[５] 等提出了工程设计中天然河道水面线 计算的方法及建议ꎮ 陈瑞方[６] 分析了传统恒定流推 算方法与非恒定流数学模型计算方法的差异ꎮ 方神 光[７] 等基于一维数学模型对西江干流黔江段防洪特 性进行了分析ꎮ 何书会[８] 等对天然河道洪水水面线 推算中的技术问题及处理方法进行了研究ꎮ 柏临河 干流上下游建有较多拦水坝ꎬ河道遭到连续性破坏ꎬ 圣维南方程组的适用性受到限制ꎬ因此ꎬ计算过程中ꎬ 在拦水坝处对河道进行分段处理ꎬ并采用堰流公式对 坝址处水位进行控制ꎬ自下而上逐一计算沿程水面 线ꎮ