金城江區(qū)拉顯村多溶洞排澇工程規(guī)劃設(shè)計研究

金城江區(qū)拉顯村多溶洞排澇工程規(guī)劃設(shè)計研究

Summary：分析確定澇區(qū)多溶洞排泄能力，針對澇區(qū)排泄特點，確定設(shè)計工程規(guī)模，滿足區(qū)域設(shè)計防洪標準。Keys：溶洞、排泄能力、設(shè)計洪水、排澇工程澇區(qū)概況河池市金城江區(qū)拉顯村大祿河、拉矮河洪澇洪災(zāi)頻繁，拉顯村部分房屋、農(nóng)田及村級主要交通道路受淹嚴重，洪澇災(zāi)害造成嚴重的經(jīng)濟損失，同時也影響當?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)生活。大祿河、拉矮河河道萎縮淤積嚴重，河道沿岸雜草、垃圾、殘積木等阻洪嚴重，以至河道排水不暢，造成洪水漫灘沖刷農(nóng)田，同時拉矮河主河道1#消水洞泄流能力不足，洪水位壅高形成澇區(qū)，容易發(fā)生洪澇災(zāi)害。流域概況本工程位于大祿河和拉矮河河段上。大祿河發(fā)源于大祿屯附近后山，流經(jīng)良山塘，經(jīng)過拉顯村后于拉矮屯于紅沙河匯合，匯合口下游300m為紅沙河入巖溶洞口；大祿河上游河段巖溶區(qū)較明顯，洼地有消水洞分布，大祿河在拉矮屯交通路分汊出一條支流，即拉矮河，在枯水期，拉矮河無水，拉矮河主河道下游在拉顯屯進入地下溶洞，而在洪水期，大祿河發(fā)大洪水時，大祿河在拉矮屯由于受拉矮屯交通橋阻擋，同時拉矮河區(qū)域地勢較低，大祿河分流出大部分洪水往拉矮河排泄，同時受紅沙河溶洞頂托，大洪水時溶洞口附近拉矮屯形成壅水，而拉矮河地勢較低，紅沙河部分洪水向拉矮河排泄；拉矮河有兩個消水洞，當拉矮河流域水位低于225.0m時，主要通過拉矮河主河道1#消水洞排水，當水位超過225.0m時，另外一個2#消水洞排水。大祿河集雨面積為4.51km2，河長3.58km，平均坡降4.5‰；拉矮河區(qū)間集雨面積1.35km2，河長1.51km，平均坡降2.3‰，由于受拉矮屯交通橋阻擋，同時受紅沙河洪水位頂托，且拉矮河地勢較低，大祿河洪水主要向拉矮河排泄，則拉矮河消水洞洞口斷面設(shè)計洪水按集雨面積5.37km2進行計算?；举Y料本工程流域范圍內(nèi)無實測氣象水文站，直線距離12km金城江區(qū)城區(qū)境內(nèi)設(shè)有金城江水文站。金城江水文站位于龍江干流上，集雨面積6199km2，金城江水文站累計有1957年～1978年實測流量資料和1954年～今的水位、雨量資料。設(shè)計洪水4.1歷史洪水大祿河及拉矮河工程河段進行歷史洪水的調(diào)查；據(jù)當?shù)囟辔焕先朔从?，解放后，流域發(fā)生的大洪水主要有1991年和2019年兩場洪水，其中1991年比2019年洪水要大。洪水調(diào)查期從解放1950年開始，調(diào)查周期為70年，結(jié)合金城江站1h、6h暴雨資料分析，則確定1991年洪水為70年一遇，2019年為30年一遇。4.2設(shè)計洪水（1）洪水計算工程流域面積較小，本次直接采用2010年版暴雨等值線圖進行查算，得到工程點設(shè)計暴雨值，H1h=52mm，H6h=85mm，H24h=118mm。本次工程設(shè)計設(shè)計洪水采用《廣西暴雨徑流查算圖表》中介紹的推理公式法和瞬時單位線法計算。由于區(qū)域為巖溶地區(qū)，按巖溶地區(qū)公式確定各計算參數(shù)。根據(jù)以上方法計算得到各斷面設(shè)計洪水成果。表4.2-1設(shè)計洪水成果匯總表項目P=3.3%P=5%P=10%P=20%P=50%紅沙河（拉矮斷面）瞬時單位線法（采用）203.1167.6145.1122.5101推理公式法19515713911896誤差（%）4.146.764.353.805.0大祿河（與拉矮河交匯段面）瞬時單位線法（采用）38.735.830.624.517.2推理公式法35.933.829.722.716.5誤差（%）7.805.923.037.934.0拉矮河（拉顯屯斷面）瞬時單位線法（采用）46.442.936.729.420.6推理公式法42.339.935.026.819.2誤差（%）9.67.74.89.86.8（2）設(shè)計洪水過程線從紅沙河溶洞水位情況看，降雨停止后的四五個小時水位已經(jīng)開始消退，第二天流域來水量已經(jīng)很小、水位降至較低水位，典型的山區(qū)洪水特性。由此判斷24h降雨在紅沙河區(qū)域產(chǎn)生的洪水歷時應(yīng)為1天左右。天然消水洞過流能力測算本次消水洞過流能力按兩種方法進行計算：①按泄排平衡進行估算；②按歷史洪水過程及洪水位過程進行反算。按泄排平衡進行估算紅沙河澇區(qū)退水時間不超過兩天，說明紅沙河消水洞過流能力較順暢；當上游不再降雨時，紅沙河溶洞河段洪水一般四個小時退去，不再淹沒紅沙河兩岸農(nóng)田，紅沙河干流滿槽排洪，一般持續(xù)8個小時左右，此時的紅沙河溶洞暗河達到了一個水量平衡狀態(tài)，即來水流量與泄流量相等，本次紅沙河溶洞最大泄流能力的估算按紅沙河河段滿槽時的過洪流量進行計算，反算紅沙河溶洞上游100m斷面河槽的最大過流能力，紅沙河河寬12m，河床至河岸高度約6m，按曼寧公式計算得到紅沙河溶洞泄流能力約為144m3/s。（2）按歷史洪水過程及洪水位過程進行反算本次調(diào)查到紅沙河消水洞上游拉矮屯2019年最高洪水位為218.5m，紅沙澇區(qū)內(nèi)農(nóng)田一個上午（約6個小時）就快速退去，不再淹兩岸農(nóng)田（227.0m）；此時由于紅沙河澇區(qū)頂托影響，拉矮河澇區(qū)水位低，2019年場次洪水紅沙河澇區(qū)向拉矮河澇區(qū)排泄，根據(jù)計算，紅沙澇區(qū)水位228.5m時倒灌入拉矮河澇區(qū)最大排泄流量為26.3m3/s，依次疊加到拉矮河洪水過程線（由于拉矮河流域面積小，拉矮河洪峰比紅沙河洪峰較早到達消水洞口，因此本次不進行拉矮河最大洪峰的疊加），根據(jù)現(xiàn)場洪痕測量，2019年拉矮河澇區(qū)最高洪水位為218.12m，經(jīng)過一天時間，河道兩岸農(nóng)田不再受淹（225.0m）。根據(jù)分析，2019年洪水約為30年一遇。本次通過2019年設(shè)計洪水過程及假定消水洞的過流能力，進行調(diào)洪擬合計算，確定各消水洞過流能力。本次紅沙河消水洞按兩種方法進行計算，兩種方法計算的消水洞過流能力接近，本次推薦采用歷史洪水推算的消水洞過流能力。本次調(diào)洪計算成果與2019年調(diào)查到的歷史洪水最高水位及退水過程接近，因此本次認為擬定的消水洞過流能力是合理的，即消水洞過流能力成果見表5-1和表5-2。表5-1紅沙河溶洞區(qū)洪水調(diào)節(jié)成果表重現(xiàn)期起調(diào)水位(m)洪峰流量(m3/s)最大泄量(m3/s)最高水位(m)洪水退至兩岸農(nóng)田（227.0m）以下所用的時間2019年221203158228.486小時表5-2拉矮河溶洞區(qū)洪水調(diào)節(jié)成果表重現(xiàn)期起調(diào)水位(m)洪峰流量(m3/s)最大泄量(m3/s)最高水位(m)洪水退至225.0m所用的時間2019年21846.426.5（兩個消水洞最大過流疊加）228.1025小時6、規(guī)劃方案6.1工程任務(wù)由于大祿河河道嚴重萎縮，造成區(qū)域河段本工程主要以護岸為主，對局部河段進行擴寬、清淤和疏浚，連通大祿河至拉矮河河段，新建拉矮河排洪渠以便連通1#、2#消水洞，使大祿河、拉矮河滿足5年一遇洪水標準。6.2工程建設(shè)規(guī)模大祿河段：大祿河段新建左、右岸護岸；同時疏浚擴寬河道。拉矮河段：拉矮河段新建左、右岸護岸；同時疏浚擴寬河道。排洪渠段：新開挖河道，主要承擔排泄拉矮河部分洪水。6.3工程建設(shè)規(guī)模6.3.1計算工況（1）紅沙河與大祿河匯合口5年一遇設(shè)計洪水位為226.75m，大祿河受紅沙河洪水位頂托，排泄能力較小，且下游河大僅有兩米寬，過流能力較小；根據(jù)調(diào)洪計算，拉矮河消水洞連通工程實施后，拉矮河排泄能力大幅提高，因此本次在防洪標準下，大祿河上游洪水將主要由汊流拉矮河承擔排泄任務(wù)，該斷面5年一遇設(shè)計排水流量24.5m3/s。（2）由于拉矮河直接排入1#消水洞，1#消水洞受過流限制，拉矮河區(qū)域容易形成澇區(qū)，排水時間緩慢，而2#消水洞排水高程為225.0m，而且位于村屯后山，并不是拉矮河的直排通道，當拉矮河洪水位壅高至225m左右時，洪水才越過農(nóng)田及交通道路，由2#隧洞排出，共同承擔拉矮河排泄任務(wù)。本次調(diào)查得到拉矮河拉顯屯進村道路年年受淹（225.0m），給當?shù)厝罕娚睢W生上課帶來不便，因此本次在防洪標準下（5年一遇），工程實施后，拉矮河區(qū)域防洪水位控制在225.0m以下。（3）由于拉矮河澇區(qū)1#消水洞和2#消水洞之間受地形阻隔，并不能發(fā)揮2#消水洞最大消水能力，當拉矮河澇區(qū)水位達到225.0m時，2#消水洞才開始消水，因此，本次實施1#消水洞和2#消水洞連通工程，確保澇區(qū)能快速排洪，連通后2#消水洞排水高程為221.0m，設(shè)計連通渠道最大過流能力為24m3/s。表6-1紅沙河溶洞區(qū)洪水調(diào)節(jié)成果表重現(xiàn)期起調(diào)水位(m)洪峰流量(m3/s)最大泄量(m3/s)最高水位(m)10年221145135227.055年122120226.75本次大祿河與拉矮河河口10年一遇設(shè)計洪水位為227.32m，而大祿河下游與紅沙河匯合口水位10年一遇設(shè)計洪水高程227.15m，該河段大祿河整治寬度為3m，計算得到從汊口流向大祿河的流量為1.5m3/s，流向拉矮河的流量為29.1m3/s。同理，計算得到5年一遇洪水工況下，從汊口流向大祿河的流量為1.2m3/s，流向拉矮河的流量為23.3m3/s。（4）拉矮河澇區(qū)調(diào)洪計算：本次實施1#消水洞和2#消水洞連通工程，確保澇區(qū)能快速排洪，連通后2#消水洞排水高程為221.0m，設(shè)計連通渠道最大過流能力為24m3/s，1#消水洞排水高程218.0m。1#消水洞和2#消水洞連通后泄流能力為：表6-2拉矮河1#和2#消水洞連通后總過流能力成果水位（m）流量（m3/s）21802190.52204.52216.322211.122314.922421.222534.622641表6-3消水洞連通前后拉矮澇區(qū)洪水調(diào)節(jié)成果表重現(xiàn)期起調(diào)水位(m)洪峰流量(m3/s)最大泄量(m3/s)最高水位(m)備注10年21836.722.9226.891#消水洞與2#消水洞連通之前5年29.418.9226.410年21836.734.7225.051#消水洞與2#消水洞連通之后5年29.428.5224.50（5）紅沙河10年一遇、拉矮河2年一遇洪水遭遇工況調(diào)洪計算當紅沙河發(fā)生10年一遇時，紅沙河澇區(qū)設(shè)計水位為227.05m，此時紅沙河河段水面線成果如下：表6-4紅沙河拉矮河段設(shè)計水面線成果表斷面河床m10年一遇水面線m5年一遇水面線m紅沙河消水洞221227.05226.750+100221.2227.11226.760+200221.8227.13226.790+310（大祿河與紅沙河匯合口）222.3227.15226.80而此時拉矮河發(fā)生2年一遇設(shè)計洪水，拉矮河與大祿河匯合口整治后河床高程為224.5m，2年一遇設(shè)計洪水位為226.30m。此時大祿河與紅沙河匯合口10年一遇設(shè)計水位為227.15m，則紅水河洪水將向大祿河倒灌并流向拉矮河，此時大祿河與紅沙河河口至大祿河與拉矮河河口區(qū)間設(shè)計水面線成果見下表：表6-5紅沙河10年一遇、拉矮河2年一遇工況下大祿河區(qū)間水面線成果表斷面河床m大祿河設(shè)計水面線m紅沙河河口（大1+473）222.3227.151+200224.65227.061+100224.6227.01大0+928（大祿河與拉矮河匯合口）224.53226.86拉矮河224.52226.30在該工況下，根據(jù)測算，紅沙河向拉矮河排泄流量10.2m3/s，本次拉矮河2年一遇設(shè)計洪峰流量為20.6m3/s，疊加后洪峰流量為30.8m3/s，超過了拉矮河設(shè)計防洪標準為5年一遇設(shè)計標準（29.4m3/s），因此本次紅沙河向拉矮河排泄流量通過拉矮河5年一遇設(shè)計防洪標準進行設(shè)計。由于拉矮河設(shè)計防洪標準為5年一遇，設(shè)計洪峰流量為29.4m3/s，本次拉矮河2年一遇設(shè)計洪峰流量為20.6m3/s，因此本次設(shè)計拉矮河與大祿河匯合口處最大泄流流量為29.4-20.6=8.8m3/s，可以保證紅沙河遇到超標準洪水時，減輕紅沙河澇區(qū)防洪壓力的同時（減少淹沒時間），拉矮河河段仍滿足5年一遇設(shè)計洪水標準要求。在該工況下，紅沙河澇區(qū)向拉矮河最大排泄流量8.8m3/s，疊加拉矮河2年一遇設(shè)計洪水過程線，并進行拉矮河澇區(qū)調(diào)洪計算，計算成果如下：表6-6消水洞連通后拉矮澇區(qū)洪水調(diào)節(jié)成果表（紅沙河10年、拉矮河2年）重現(xiàn)期起調(diào)水位(m)洪峰流量(m3/s)最大泄量(m3/s)最高水位(m)備注紅沙河10年、拉矮河2年21829.428.6224.551#消水洞與2#消水洞連通后6.3.2工程實施效果本次實施拉矮河1#消水洞和2#消水洞連通工程后，在5年一遇設(shè)計防洪標準下，最高洪水位為224.50m，不會淹沒交通道路（225.0m），澇區(qū)洪水位較整治前5年一遇設(shè)計洪水位226.4m降低了近2m，整治效果非常明顯；同時在遇到紅沙河超標準洪水時，紅沙河向拉矮河排泄洪水，減輕紅沙河澇區(qū)防洪壓力的同時（減少淹沒時間），拉矮河河段仍滿足5年一遇設(shè)計洪水標準要求，5年一遇拉矮河澇