建设项目防洪评价中的水文分析计算要点

建设项目防洪评价中的水文分析计算要点防洪评价工作中的

建设项目防洪评价中的水文分析计算要点

防洪评价 工作中的 水文分析计算 主要包括 设计洪水的计算 和复核、 壅水计算 、 河道河势演变 和 冲淤分析 等几个内容，并对计算计算结果进行合理性分析。

项目所在河段已有水文分析计算成果的，可分析采用。没有相应水文分析计算成果的，应对相关规范规程进行计算。

一、基本资料的搜集、整理和复核

基本资料 的搜集、整理和复核是水文分析计算的 最基础依据 。根据《水利水电工程水文计算规范》和《水利水电工程设计洪水计算规范》等规范的要求和水文计算的需要，广泛收集和整理流域自然地理、河道特征、暴雨、洪水以及流域内水利和水土保持措施等资料。

充分利用实测暴雨洪水资料，并重视、利用历史资料。需搜集原设计阶段所依据的原始数据及设计成果，并重视运行期新增的水文、气象资料，及流域和河道内变更的情况等。

为了保证计算的设计洪水具有足够精度，对设计洪水复核和计算所依据的暴雨洪水资料和流域特征资料应予以检查和评价，对大暴雨洪水资料应进行重点复核，在检查复核中发现对计算成果影响较大的或系统性问题应予以分析改正。

二、设计洪水的复核

《洪水影响评价报告编制导则》（ SL 520 - 2014 ）强调了洪水对建设项目的淹没、冲刷与淤积影响分析，但河道管理范围内非防洪建设项目的设计、施工多为非水利单位，受资料和技术能力的限制，对建设项目采用的防洪标准计算常常不能满足防洪要求，因此，防洪评价报告中应加强对 建设项目自身防洪标准 、 施工期防洪标准等的 复核计算 。

设计洪水复核可以通过 经验公式法 、 推理公式法 和 水文比拟法 等。对于无资料或者资料缺乏的小流域，往往采用经验公式法和推理公式法进行计算，对于资料条件较好的流域，通常采用水文比拟法进行计算。

1、计算方法

（1）经验公式法

（2） 推理公式法

小流域下垫面条件分类m值表

推理公式法的基本原理和方法如上，但是各个省区的推理公式计算往往又不尽一致，计算的参数可以采用当地的相关图表进行查算。

（3） 水文比拟法

水文比拟法是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至设计流域的一种简便方法。

参证流域的下垫面条件应与设计流域相似或者相近，主要是指流域的地质条件、地貌特征以及流域坡面和河道对水流起阻抗作用的地貌和植被要类同，参证流域的地理位置应该尽可能靠近设计流域，起码要同处于一个水文分区内。下垫面条件、产汇流特性比较相近的区域，上下游面积相差在 20% 以内，可以通过建立地区经验公式如下：

式中： n 为面积折减系数，一般取 0.6 ～ 0.7 。

2、成果合理性分析

成果的合理性检查包括3个方面：本工程设计洪水、洪峰流量和不同时段洪量成果及参数的合理性检查；地区性综合检查；本工程不同阶段设计成果合理性对比检查。

不同阶段设计洪水成果的比较 ，是 最终确定 推荐 采用成果 必不可少的一环。由于计算时采用的资料条件不同、采用的方法也可能不完全一致，加之设计人员的经验处理上的差别等原因，将不可避免地使复核成果与原各阶段成果存在一定的差别，通过比较，应查找并分析不同阶段设计洪水差异的原因，并对不同阶段设计洪水成果作出评价。由于不同标准设计洪水的改变牵涉面较大。因此，一般情况，如复核的设计洪水成果与原设计成果相比，偏小在 10%以内 或偏大在 5%以内 时，可以 认定原设计成果 仍可继续作为工程设计依据，否则应对原采用的设计洪水成果进行修改。

三、壅水计算

壅水是指因水流受阻而产生的水位升高现象。壅水和行洪能力分析计算应主要包括： 阻水比 、 壅水高度 、 壅水范围 和 工程建设前后河道行洪能力变化 。应针对各计算工况，计算水位、流速分布及建设项目所产生的壅水高度、壅水范围，分析流态变化和对河道行洪的影响。壅水计算方法为跨河类建筑物和河道内建筑物类。对于复杂河道水力条件和建筑物，往往需要 HEC-RAS 、 MIKE-SHE 等专业水利计算工具软件，进行更精细的模拟和计算。

1、壅水计算方法

3） HEC-RAS 模拟计算

HEC-RAS 是一个设计为多任务多用户网络环境交互式使用的完整软件系统。该系统由图形用户界面（ GUI ）、独立的水力分析模块、数据存储和管理、图形和报告工具组成。 HEC-RAS 系统最终包含恒定流水面线、非恒定流模拟、运动边界的泥沙输送等三个一维水力分析模块。

a ）一维恒定流计算能量方程原理

一维恒定流水面线可通过求解能量方程来获得，具体表达式如下：

式中：

Z ₁ ， Z ₂ 为河道底高程；

Y ₁ ， Y ₂ 为断面水深；

V ₁ ， V ₂ 为断面平均流速；

为动能修正系数；

g为重力加速度；

h _e 为水头损失。

b ）一维恒定流计算动量方程原理

当水面线越过临界水深，能量方程已经不再适用，在比降变化较大的渠道、桥梁、堰、河流汇合处，会发生缓流过渡到急流或者从急流过渡到缓流现象。因此，需要采用动量方程对水面线进行求解。动量方程是通过牛顿第二定律推导得来的，表达式如下：

式中：

P ₁ 、 P ₂ 分别为断面 1 和断面 2 上所受的水压力；

W _x 为水重力沿 X 轴分量；

F _f 为摩擦力；

Q为流量；

为水的密度；

为流速变化沿X轴分量。

4 ） MIKE-SHE

MIKE-SHE 为分布式水文模型，基于 2D diffusive-wave 方程，可模拟洪水或长期水文过程。 MIKE-SHE 采用一维水动力模型，用于一维条件下河流和河道水动力模拟。 MIKE 常用以及核心模块是水动力模块（ HD ， Hydrodynamic ），还包含洪水预报模块、对流扩散模块、水质模块、泥沙输送模块。 MIKE 的输入通常是一维的河网断面、边界的水位流量等，输出的结果如整个河道的水位、流量等。

2、壅水计算结果分析

壅水和行洪能力分析计算，一般可参照有关规范规程推荐的公式计算。可根据水位、流速分布及壅水高度、壅水范围，分析对河道行洪能力的影响。

三、冲刷计算

河床的冲淤是由于上游来沙量与本河段的水流挟沙力不平衡而引起。来沙量大于水流挟沙力，河床淤积；反之冲刷。冲刷淤积计算应主要包括：各工况下河道主槽及滩地冲刷深度、淤积厚度、冲淤范围等内容的计算。计算方法为跨河类（桥墩等）、护岸等。

（1）跨河类（桥墩等）冲刷

1）一般冲刷

一般冲刷计算包括：主槽一般冲刷计算和滩槽一般冲刷计算。

采用《公路桥位勘测设计规范》中的非粘性土河床一般冲刷计算公式进行冲刷计算。冲刷公式为：

2 ）局部冲刷

局部冲刷计算采用《公路桥位勘测设计规范》中的非粘性土河床局部冲刷计算公式为：

（2）护岸冲刷

按《堤防工程设计规范》水流平于防护岸产生的冲刷用 D2.2-1 公式计算：

式中：

h _B —从水面算起的冲刷深度， m ；

h _p —计算点的水深， m ；

V _cp —河道平均流速， m/s ；

V _允 —河床上面允许冲刷流速， m/s 。

n — 系数取 n=1/4 。

按《堤防工程设计规范》水流斜冲防护岸坡产生的冲刷按 D2.2-2 公式计算：

式中：

△h _p — 从河床底算起的局部冲深；

α — 水流流向与岸坡交角， α=10° ；

m — 防护建筑物边坡系数；

d —坡脚处土壤计算粒径，m ；

V _j —水流的局部冲刷流速， m/s 。

、、

（3）冲刷淤积计算成果要求

采用数值模拟计算或河工模型试验方法时，应根据实测资料情况，进行模型的率定和验证。冲刷淤积分析成果应包括深（厚）度、时壁分布特征、总量等内容。成果精度应符合有关标准要求。

四、总结

水文分析计算防洪评价中的核心工作，是进行防洪评价的基础。通过分析工程河段近期河势演变及其未来演变趋势、河道冲淤情况，计算分析工程施工期间和正常运行后对河道洪水水位、河道流速、河道冲刷影响的大小和范围。在此基础上，分析工程建设对现有的防洪提、桥梁等涉河建筑物的影响程度，为建设工程防洪评价提供最重要的技术支持。