同安造水溪河道治理工程可行性研究(水文部分)

1同安造水溪河道治理工程可行性研究水文部分1流域概况1.1自然地理同安造水溪地处福建东南沿海，位于厦门市同安区东北部的汀溪镇境内，同安区地理坐标：东经117°54′～118°16′，北纬24°36′～24°55′。同安区东北、北分别与泉州市的南安县、安溪县相接，东邻翔安区，西与漳州市的长泰县为邻，南部临海，西南为厦门市集美区。地势由西北向东南倾斜，北部、西北部为山区。1.2河流同安区河流水量季节性变化大；河水的含沙量，由于植被，一般不大；河流短促，河网密布，具有树枝状的水系特点。造水溪是厦门市同安区东西溪流域汀溪支流的二级支流。东西溪为厦门市最大河流，发源于同安区西北部尖山（海拔1034米）、面前山（海拔966米），控制西部、北部大片地区，由东溪与西溪在大同街道南面的双溪口汇合后称东西溪（双溪口以上，干流长30.44公里，流域面积320.7平方公里，河道比降10.76‰），流至团结埭再分为两股——西股浦声支流、东股石浔支流分别经瑶头、石浔注入东咀湾，全长34公里，流域面积491.48平方公里。汀溪是同安东西溪的一级支流，发源于同安区汀溪镇汪前村的云顶山（海拔1175米），流域面积147.1平方公里，流经荇后、汪前、茂林（五峰）、墩后，于坂头村注入汀溪水库，再经上埔、昆泽洋至西溪草仔市，汀溪有造水溪、茂林溪、西源溪三条二级支流先后汇入。造水溪位于溪东水库上游，发源于汀溪镇造水村的铁峰山（海拔8782米），河长10.35公里，比降27.50‰，流域面积23.4平方公里，流经造水三甲、造水二甲、郑宅，注入1964年夏建成的溪东水库。东堤溪发源于汀溪镇东堤村东山尖（海拔1110米），流经杉际、新田、东堤，于墩后汇入汀溪。西源溪发源于汀溪镇东岭村的乌石岩（海拔852米），流经顶村、西源、古坑、路岭，于坤泽洋注入汀溪。汀溪河长17.34公里，比降2.85‰。河流具体位置见下图。1.3水文站网设置造水溪流域内设有造水(三甲)、造水、罗溪三个雨量站和一个造水水文站。2水文气象2.1气候气温该地区地处东亚大陆的东南边缘，面临台湾海峡，属南亚热带海3洋性季风气候。常年气温较高，雨量充沛，全年平均气温为20℃。一年四季草木常青，蔬菜瓜果不断。按四季候温划分，春季84天，秋季103天，常夏无冬，春秋相连。受海风影响，每年平均最低候温12℃，多年平均相对湿度77%，日照时数达2233小时。12月～3月天气较寒冷，气温一般在8℃～20℃之间，夜间最低气温可降至1℃。4月～10月天气开始转暖，一般在20℃～32℃之间。夏季基本无酷暑，日最高气温≥35℃的，每年平均仅5天。2.2风力风向该地区风力一般3至4级，常向主导风力为东北风。由于太平洋温差气流的关系，每年平均受4至5次台风的影响，且多集中在7至9月份。2.3降水该地区所处的同安区多年平均降水量为1802.6毫米，所在的西溪流域年平均降水量为1715.6毫米,造水溪面平均雨量为2053.6毫米，为厦门市的年降水量的高值区。降水量年内分配不均，每年3～6月份为锋面雨季，降水笼罩面广，雨期长，雨量集中，降水量占年降水量的50%；7～9月份为台风雨季，雨势强，雨区大小不定，面上雨量相差悬殊，降水量占年降水量的35%，其24小时最大暴雨量可达300～500mm。从多年平均降水量来看，均以6月份为最多,为350毫米左右,12月份最少,为25毫米左右。从降水季节分配来看，厦门春雨季（3～4月）降水量200.5毫米，占全年17.5％；雨季（5～6月）降水量361.8毫米，占全年31.6％；台风季（7～9月）降水量390.7毫米，占全4年34.1％。同安春雨季、雨季、台风季分别是252.6毫米、443.9毫米、573.5毫米，占全年比率分别是17.3％、30.5％和39.4％（台风季包括台风雨、热雷雨和辐合带降水等）。本地区的洪水主要来自暴雨，因而有锋面雨型和台风雨型洪水，锋面雨型洪水主要发生在5～6月，台风雨型洪水大部分出现在7～9月，厦门市发生大洪水主要是台风雨型洪水。当厄尔尼诺或拉尼娜现象严重的年份，一般水文规律会有所变化，并易引发极端的丰水年或枯水年。这些年份往往都是工程设计标准以外允许破坏的年份。2.4蒸发量根据邻近站汀溪水库水文站1957年～2010年的实测蒸发量资料统计，该地区的多年平均年蒸发量为1121.0毫米。2.5地表水资源质量状况2.5.1地表水资源量该地区所在同安区多年平均地表水资源量为6.983亿立方米，多年平均地表径流深为1061.9毫米，径流系数为0.59。西溪流域多年平均地表水资源量为4.747亿立方米，多年平均地表径流深为965.8毫米，流域平均径流系数为0.57。地表径流量年内分配不均，汛期（4～10月）径流量占年径流量的75～80%。本地区地表水资源的来源主要由当地降水产生的径流形成，因此地表水资源的分布受降雨的影响较大，降雨量的时空分布不均导致地表水资源量时空分布不均。52.5.2地表水水质和水土流失情况造水溪发源于汀溪镇造水村的铁峰山（海拔878米），流经三甲、造水二甲、郑宅，注入溪东水库。该区域内没有大的工业项目，政府限制村民大规模养殖，但由于没有建设专门的生活垃圾、污水的收集和处理系统，使得生活垃圾长期处于无人管理的境地。因此污染源主要来自农村的面源污染，包括村民的生活污水；施入农田的氮肥经过排水直接进入河流；散放的垃圾，村民养殖的猪、牛、羊、鸡、鸭等家禽家畜的粪便，一到雨天就通过地表径流被冲进了河里，氮、磷等营养物质和重金属，成为破坏当地水环境重要来源之一。由于近年来政府对当地村民发放补贴，限制村民的大规模养殖，目前河流水质状况较往年有很大的改善。根据《2010年厦门市水资源公报》,通过对溪东水库和汀溪水库入库站的地表水水质的监测，采用《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行评价。2010年溪东水库的水质符合Ⅲ类水标准，上游河流水质符合Ⅲ类水标准，非汛期由于水量较小，水体自净能力较差，水质偶为Ⅳ类。该流域内的植被保护良好，水土流失情况较少，河流含沙量不大。2.6灾害情况该地区自然灾害频繁，主要灾害有洪涝灾害、旱灾、间有冰雹和倒春寒等。62.6.1洪涝灾害该地区地处东亚大陆的东南边缘，面临台湾海峡，属南亚热带海洋性季风气候。七、八、九月，太平洋上的热带气旋形成热带风暴或台风后就沿西北方向移动，当正面登陆或影响本地区时，经常带来持续二至三天范围遍及全区的暴雨。其次，在五、六月，来自太平洋上的副热带高压向北推移，经常会遇到来自西北地区的大陆冷空气，两股气流在区境上空相持，形成长时期的梅雨天气。据《厦门市水利志》、《同安县志》、《同安县水利电力志》、《同安气象志》及其他有关资料记载，从1547年至建国前，同安区共发生特大水灾33次，平均12.2年发生一次；建国后至2010年同安受台风暴雨袭击造成的大小洪涝灾害29次，平均2.14年发生一次，其中较大洪灾12次，尤以1956年、1990年、2005年的洪灾最为严重。2.6.2旱灾干旱也是主要自然灾害。据同安区气象局统计，小旱几乎年年发生，大旱或特旱发生的频率达79%。建国后发生连旱40天以上的特旱年份有1953年、1954年、1956年、1963年、1965年、1969年、1977年、1980年、1986年、1991年和2002年，2003年夏秋发生五十年一遇大旱。2001年秋冬大旱连接2002年春夏大旱共计200多天，为建国后最严重的旱灾。3设计洪水的推求7根据设计河段两岸的实际情况，根据国家《防洪标准》（GB50201-94），以乡村为主的防护区（简称乡村防护区），根据其人口或耕地面积，确定本地区的防护等级为Ⅳ级，设计防洪标准为十年一遇。本设计河段内有一个造水水文站和3个配套的雨量站。3.1水文资料系列分析造水水文站于1967年5月设立，造水水文站1973年1月开始流量观测，具有1973年～2010年实测径流资料，集水面积10.5km2，主河长4.68km，河道坡降66.52‰。配套雨量站有造水站、罗溪站和造水(三甲)站等。根据南京水文水资源研究所等单位编制的《厦门市水资源合理配置与对策研究》一文对造水水文站的径流分析，1962～1971年是一个长达近10年的偏枯年份，其次是1977～1982年和1986～1989年，是两个分别为6年和4年的偏枯年份，以及由同安县史料表明，1977年2月11日至5月1日，春旱80天，汀溪、策槽、坂头灌区供水十分紧张，各级政府发动群众挖沙堀，抽溪泉抢插早稻。接着从6月中旬起又出现夏旱，54天没有降雨，溪河断流，水库干涸，三分之一稻田断水，粮油作物大幅度减产。1978年6月27日至8月9日，同安大旱44天，夏收作物减产。1979年5月25日至7月24日，受旱61天，旱情严重，同安县19万晚稻有16万亩缺水插秧，个别地区人畜饮水困难，8月9日同8安县在驻军支援下，实施人工降雨，旱情在八月底缓解。1980年5月25日至7月11日，厦门市郊区、杏林区连旱45天，受旱面积9.85万亩，其中晒死花生1.86万亩，秋粮无水插秧，粮油作物失收。气温达历年最高值。同安县从6月7日至7月11日夏旱34天。1982年8月21日起，连旱70多天，汀溪、溪东两座中型水库水位已到死水位，小（一）型以下水库全部干涸，受旱面积16.5万亩，有3.6万亩晚稻减产，2700亩绝收，晚地瓜6.17万亩欠收，甘蔗晒死1450亩。1986年7月14日至8月22日，滴雨未降，9月17日降雨20～30毫米，以后又持续高温干旱至10月中旬，日平均蒸发量7.8毫米，同安县有5座小（一）型水库、78座小（二）型水库干涸，严重受旱面积14.2万亩，其中晒死晚稻1.1万亩、晚地瓜1.78万亩、秋花生3750亩、甘蔗3580亩。有48个村饮水极其困难，山区28个贫困村山泉干涸，全县减产四成左右。1991年春夏两季少雨干旱，全市受旱面积33.32万亩，有5座小（一）型水库、57座小（二）型水库干涸。全市数万人投入抗旱斗争，两次实施人工降雨，粮食、油料、水果减产二成。1992年，夏秋连旱，全市受旱面积17.71万亩，晒死作物5.91万亩，农业经济损失540.6万元，工业损失约6049.5万元。1995年，夏、秋、冬连旱，受旱面积7.6万亩。2001年10月份到次年7月初，厦门持续干旱少雨，全市受旱面9积达19万亩，旱情仅次于1955年。6月12日，全市25座小（一）型以上水库总蓄水量仅为2150万立方米，是近年来最少的。2003年6月28日至8月3日，出现37天的高温少雨天气，降雨量仅3.3毫米，发生50年来最严重的夏季大旱，全市农作物受旱面积达15万亩，龙眼等水果受旱20多万亩。10月15日至2004年2月9日，又出现连续117天少雨天气，发生了严重的秋冬特旱。据2004年1月12日统计，全市小（一）型以上水库总蓄水量只有5280万立方米，占正常蓄水量的31％，全市农作物受旱面积达12.72万亩，9000多人饮水受影响。实施两次人工增雨后，旱情大大缓解。2005年8月14日11：33出现设站以来，实测最高洪水位为9.28m。3.2设计暴雨的推求由于该地区有实测的暴雨资料，利用造水雨量站1970年～2010年40年的最大24h暴雨量资料系列，经频率计算，采用P-Ⅲ线型适线后的统计参数24H=208.6mm，Cv=0.45,Cs=3.5Cv。造水水文站设计暴雨统计参数表时段参数1小时6小时24小时均值H（mm）57.9116.6208.6CV0.380.420.45根据溪东水库的集水面积，查福建省暴雨点面关系表，得到不同10历时的暴雨点面转换系数，计算溪东水库流域各设计频率24h、6h、1h的面暴雨量，成果详见下表。溪东水库各时段设计面雨量成果表时段频率1小时6小时24小时P=10%79.0173.7299.53.3设计洪峰流量的推求造水溪经郑宅汇入溪东水库，郑宅入库断面设计洪峰流量用三种方法计算，计算方法分别采用水文比拟法、推理公式法和瞬时单位线法。一、水文比拟法：造水水文站流域面积10.5km2，溪东入库断面流域面积21.3k