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1、茅 洲 河 流 域 水 文 特 性崔小新 ,郭睿(深圳市水利规划设计院 ,广东 深圳 518036)摘 要 :由于深圳的特殊地理位置和地形地貌 ,一般河流陡而短小 ,又因常遭遇台风暴雨 ,造成深圳河洪水历时短 ,洪峰高的特点 ,多数河流入海均受潮汐影响较大 。因此 ,水文特性分析对于深圳非常重要 ,直接影响工程实施的费用及 效果 。以茅洲河流域水文特性为例 ,给出了深圳地区水文特性研究的一般方法和步骤 。关键词 :水文特性 ;降雨特征 ;径流量中图分类号 : P331文献标识码 :B和由卵石、沙砾 、沙性土 、粘土组成的冲洪积层 ; 流域下游低丘盆地与平原区大多为冲洪积层和由砂、砂砾石 、淤泥
2、 、淤泥质土 和粘土组成的海陆交互相沉积层 。1 . 2水系特征茅洲河水系呈扇形状 ,流域最长扇径 25 km ; 最短扇径 10 km 。两岸支流均较发达 ,其中流域面积大于 10 km2 的支流有鹅 颈水、楼村水、新陂头河和沙井河。茅洲河流域水系见图 1 。自然概况茅洲河流域位于广东省深圳市西部、东莞市境内 ,在东经1134211433与北纬 22362257之间 ,是深圳市境内流 域面积第二大的河流 。茅洲河发源于深圳市境内的羊台山北 麓 ,流域面积 398 . 13 km2 。河流自东南向西北蜿蜒流经石岩 、 公明 、光明 、松岗和沙井 5 个街道 ,最终汇入珠江口伶仃洋 ,干 流河长
3、 41 . 61 km 。流域东北部的光明、公明街道是深圳重要 的高新农业和生态旅游区 ,其余则分布有多个深圳高新产业集 聚基地 ,共同组成了深圳西部产业组团 。流域内现有石岩 、罗 田 2 座中型水库 ,24 座小型水库 ,大多数水库是深圳市宝安区 各街道社会经济发展和居民生活用水的主要水资源 。1 . 1地形地貌茅洲河流域北 、东和东南地势高 ,西和西南地势低 ,山地起 伏较大 、坡度较陡 ,海拔 200587 m 。山地自然植被多为长绿 季雨林 、长绿阔叶林 、稀树灌丛 、刺灌草丛等 ,主要树种有马尾 松 、桃金娘 、岗松 、鸭脚木 、冬青 、榕树 、樟树 、阴香等 。低山丘陵 区 ,地
4、形较平缓 , 植被主要是人工次生林 , 主要树种有台湾相 思 、桉树 、木荷等 。滨海冲积平原 ,地形平坦 ,水网发育 ,河岸两 侧大多为鱼塘或建成区 。茅洲河流域内基岩主要为燕山四期黑云母混合花岗岩 、加 里东期混合花岗岩以及震旦系云开群变质岩 ; 流域上游 、低山 丘陵区坡面大多为由砂质粘土夹砂页岩碎块组成的残坡积层1图 1 茅洲河流域水系图1 . 3气象特征茅洲河流域处于低纬度地区 ,属于南亚热带海洋性季风气 候区 ,气候温和湿润 ,雨量充沛 。四季变化不明显 ,夏季长 、冬 季短 ,日照时间长 ,无霜期长。流域内降雨时空分配极不平衡 , 夏季常遭遇台风侵袭 ,极易造成暴雨和洪涝等灾害性
5、天气。流 域内多年平均气温为 22 . 3 ,极端最高气温 38 . 7 ,极端最低收稿日期 :2006207210作者简介 :崔小新( 19792) ,男 ,助理工程师。气温 0 . 2 ,多年平均相对湿度 79 % 。影响 ,呈东南向西北逐步递减的趋势 ; 在时间上 ,汛期 ( 49 月份) 降雨量大而集中 ,约占全年降雨量的 80 % 。流域降雨量年 内分配见表 1 。茅洲河流域陆上水面蒸发年际变化大 、年内分配不均 ,其 蒸发特点与降雨特点相似 。每年 410 月是蒸发量较大 ,约占 全年的 80 % 。流域蒸发量年内分配见表 2 。水文特性22 . 1降雨与蒸发茅洲河流域降水丰沛 ,
6、多年平均降雨量为 1 606 mm ,降雨 年际变化较大 , 最大年降雨量 2 382 mm , 最小年降雨量 761 mm 。降雨量时空分布不均 ,在地区上受海岸山脉等地貌因素表 1 茅洲河流域石岩站多年平均降雨量年内分配月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月降雨量/ mm百分比/ %35 . 7123 . 3193 . 4206 . 5192 . 6374 . 8174 . 390203 . 47 . 1041 . 22 . 177 . 5111 . 7812 . 5711 . 7322 . 8210 . 615 . 4812 . 390 . 4
7、302 . 51表 2茅洲河流域多年平均蒸发量年内分配mm月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月蒸发量/ mm百分比/ %108 . 976 . 3150 . 7127 . 3213 . 3223 . 0208 . 1156 . 0192 . 1141 . 6106 . 198 . 86 . 044 . 238 . 367 . 0611 . 8412 . 3711 . 558 . 6610 . 667 . 865 . 895 . 482 . 2径流茅洲河流域径流主要依靠降雨补给 ,枯水期依靠地下水和 基岩裂隙水补给 。全年径流主要集中在 49 月 。
8、由于无实测 径流资料 ,径流分析计算采用广东省暴雨参数等值线图查流 域多年平均径流深和年径流变差系数 。根据资料分析计算 ,茅 洲河流域多年平均径流量为 34 713 万 m3 , 丰水年径流量为43 817万 m3 ,枯水年径流量为 21 990 万 m3 。丰水期为 19651966 、19751976 、19921993 、19971998 、20002001 年 ; 枯水期为 1962 1963 、1967 1968 、1977 1978 、1984 1985 、19901991 年。茅洲河为雨源性河流 , 其天然径流量变化与降雨密切相 关 ,径流年内分配与降雨量年内分配相对应 。流域
9、天然径流年 内分配见表 3 。表 3 茅洲河流域不同频率天然径流年内分配万 m3月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月径流量/ mm百分比/ %频率20 %1 22270 . 181 . 04 8458 0425 35310 2245 5987 10799228302 . 790 . 160 . 1811 . 0618 . 3512 . 2223 . 3312 . 7816 . 222 . 260 . 640径流量/ mm百分比/ %频率50 %6591 . 941 6934 . 988632 . 544 02811 . 846 54019 . 23
10、8 67725 . 512 6037 . 653 2559 . 573 47010 . 204111 . 211 2213 . 595971 . 76径流量/ mm百分比/ %7773 . 53870 . 401 3286 . 044562 . 072 67912 . 183 90717 . 773 84117 . 475 10023 . 191 6477 . 491 4946 . 791960 . 894782 . 17频率95 %2 . 3暴雨、洪水茅洲河流域的暴雨主要为台风雨和锋面雨 ,46 月洪水主 要由锋面雨造成 ,710 月洪水主要由台风造成 。茅洲河流域 上游以山地丘陵为主 ,
11、具有明显的山溪性河流特点 , 洪水持续时间短 ,陡涨陡落 ;下游地势平缓 ,加之河流为感潮河道 ,洪潮相遇 ,常形成内涝 。2 . 3 . 1设计暴雨采用广东省暴雨参数等值线图查算不同历时的暴雨均 值 、变差系数 CV 等参数 ,并选择代表雨量站实测最大 1 、6 、24 h和 3 d 的时段暴雨资料 ,运用 P - 频率曲线进行适线试算 ,求得各时段不同频率下的设计暴雨量 。2 . 3 . 2设计洪水根据设计暴雨成果 ,按照广东省暴雨径流查算图表使用 手册中的“综合单位线”和“推理公式”计算设计洪水 。2 . 4枯水 (施工期洪水)每年一次枯水径流阶段 ,即每年的 10 月至次年的 3 月
12、,这期间河道径流主要依靠地下水和基岩裂隙水补给 , 流量逐渐减少 。枯水期 (103 月) 洪水计算方法采用广东省洪峰流量经 验公式:Q P = C H 24 P F0. 84式中 : Q P 为洪峰流量 , m3 / s ; C 为与频率相关的综合流量系数 ; H24 P 为 24 h 设计雨量 ,mm ; F 为汇水面积 , km2 。2 . 5泥沙茅洲河流域内无泥沙实测资料。随着城市化进程不断加快 , 流域内的植被遭受到不同程度的破坏 ,水土流失逐年加剧 ,使得茅 洲河含沙量不断增加 ,根据深圳市城市水土保持规划所进行的 调查和类比计算 ,茅洲河流域平均每年淤积量达到 11 万 m3 。
13、2 . 6潮汐茅洲河入海口海域潮汐属于不规则半日潮 ,日潮不等现象 显著 。一个太阴日内有两次高潮和两次低潮 ;月内大小潮一般 (下转第 60 页)同样每次作业前 (或作业结束时) ,对使用的测深仪通过专门的测深仪校准板进行测深检查校正 ,保证测深中误差在水深10 m 以内不大于 0. 15 m ,水深大于 10 m 的不大于 0. 20 m ,并作 记录 ,确认该仪器测深值在允许的误差范围内 ,才开始作业。另 外 ,在测深过程中 ,如果发现测深仪工作异常 ,立即停测检查 ,排 除故障 ,保证水深数据的准确。(4) 在有风浪的情况下 , 测船会前后左右摇摆 , 从而导致 GPS 天线 、换能器
14、和测深仪不在一条垂线上 ,从而影响定位和 定深精度 。为有效减少风浪对测量精度的影响 ,必须弄清楚在 测船具有多大的晃动情况下时必须终止测量 。设某一瞬间横摇( Roll) 、纵摇( Pitch) 的角度分别为r ,p , GPS天线到换能器的距离为 W ,则天线高为 V = W cosr co sp 。库容计算采用断面法 ,其计算公式为 : diV =/ 3si + si +1 +si s i +1i = 1式中 : di 为第 i 个断面到第 i + 1 个断面间的距离 ( 等深线间距) ; S i 为断面面积 , 即闭合等深线的面积 。很显然 , 水库库容计算精度取决于 S i 的精度
15、, 而 S i 的精度 与 D TM 的描述精度有关 。将水位高程及对应的水面面积、分层库容等数据列于 EXCEL 表中 ,并根据上述数据由 EXCEL 自动绘制出高程 - 面积曲线图以 及高程 - 库容曲线图。断面间距取 1. 0 m ,自库底开始计算至30. 95 m 为止。水面面积即为闭合等高线的面积 ,当等高线不闭合时 ,以与该等高线相交的范围线或坡坎线形成闭合曲线。结语假定 W= 25 . 0 m , 并不妨设r = p , 为了使 V4- W 0 . 1 m ,则在小于 1130的情况下 ,可以满足要求 。设测量船的长度为 5 . 0 m ,宽度 2 . 5 m ,假定船头和船尾分
16、别处于波峰和波 谷 ,则浪高与倾角的关系为 H = 5 . 0 ta nr , 当r = 1130时 , H= 1 . 0 ,因此 ,在实际工作中 ,浪高大于 1 m 时应停止测量 。(5) 测船速度的确定 。测船航速的确定是一个重要的问 题 。航速过快 ,会造成点位坐标精度急剧下降 ,从而影响水下 地形测绘的精度 ,而航速过慢 ,又会迅速增加数据 ,造成数据处 理的复杂性 ,而且还会贻误工期 , 造成人力 、物力和财力的浪 费 。对航速的确定 ,须综合多方面的因素进行考虑 ,包括 R T K 仪器的采样频率 ,测深仪测深数据的延时问题以及水流的速度 等 。根据有关文献 ,将船速定为 2 .
17、0 m/ s ,这样可保证船速对测 量精度的影响在厘米级 。从以上叙述可知 ,要获取高精度的水库库容数据 ,必须提高水下地形测量的精度 。要提高水下地形测量的精度 ,可从 3 方面考虑 : 优化测量方案 ,布设适当的测线密度和数据点采 集密度 ,可提高 D TM 的描述精度 ; 作业过程中 ,每天对仪器 进行测深校正和检测 , 根据情况调整仪器参数 ,减小仪器的测 深误差 ; 选择较好的测量环境 , 合适的船速和风浪较小的天 气可提高平面定位和水深测量精度 。在现阶段条件下 ,应用 R T K 技术 + 测深仪系统 + 电子平 板测图系统 ,是水下地形测量的一种高科技 、高效益的现代化 技术
18、。由于该技术具有全天候、导航性能好、速度快 、同步性 好 、高精度和自动化程度高等特点 ,因此 ,这种高新技术在今后的水下地形测量中具有广阔的前景 。水库库容计算上述 3 部分分别建立数字地面模型 D TM ,根据地面模型3(上接第 58 页)15 d 为一周期 ;年内潮一般夏潮高于冬潮 。台风和径流对潮位 影响较大 ,年最大潮位一般出现在汛期 。茅洲河入海口海域属 于弱潮型河口 ,潮差不大 。设计潮位频率计算采用皮尔逊 型频率曲线 ,用图解适线 法进行设计潮水位计算 。设计中的偏差系数 CS 和变差系数 CV 采用实测资料统计值 。2 . 7 洪潮遭遇分析洪水与潮汐的组合遭遇问题是一个比较复
19、杂的问题 ,两者 之间既有相关的一面 , 又有相互独立的一面 ,不能描述为简单 的事件相乘或事件相加 。分析洪潮相遇可以分以洪水为主潮 汐相应和以潮汐为主洪水相应这两个方面进行。(1) 年最大洪水与潮汐遭遇 。根据对赤湾水文站和深圳气 象站的实测统计资料分析 ,历年最大洪水相应的赤湾站最高潮 位一般都小于多年平均最高潮位 ,而对于最高潮位高于多年平 均最高潮位所对应的降雨根据分析也只相当于 3 . 5 a 一遇洪 水 。根据分析 ,采用多年平均最高潮位与设计洪水相遭遇 。(2) 年最高潮位与洪水遭遇。根据对赤湾水文站和深圳气象站的实测统计资料分析 ,当赤湾发生最高潮位时 ,相应的深圳 气象站
20、24 h 降雨量均小于年最大 24 h 降雨量 ,因此采用多年平 均年最大 24 h 暴雨产生的洪水与设计年最高潮水位遭遇。结语3由于深圳的特殊地理位置和地形地貌 , 一般河流陡而短小 ,又因常遭遇台风暴雨 ,造成深圳河流洪水历时短 、洪峰高的 特点 ,多数河流入海均受潮汐影响较大 。因此 ,水文特性分析对于深圳非常重要 ,直接影响工程实施的费用及效果。参考文献 :詹道江 , 叶守泽. 工程水文学 M . 北京 : 中国水利水电出版社 ,2000 .深圳市水务局. 深圳市水文资料年鉴 Z . 2004 . 广东省水文局. 广东省暴雨参数等值线图 Z . 2003 . 广东省水文总站. 广东省暴雨径流查算图表 Z . 1991 . 1 2 3 4
