設(shè)計(jì)洪峰流量的小流域驗(yàn)證

肖景輝

(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150030)

1 引言

小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，如水利行業(yè)中的小水庫、水電站;鐵路、公路線上的橋、涵設(shè)計(jì);電力線路上的常年洪水位推求等。

由于小流域設(shè)計(jì)洪水受多種因素的影響，因此無論采用何種計(jì)算方法，均應(yīng)在現(xiàn)地充分調(diào)查研究，根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)鼐唧w條件和地區(qū)水文特征，進(jìn)行認(rèn)真分析相互核對比較，選擇合理的成果作為設(shè)計(jì)依據(jù)，本次以內(nèi)蒙錫林郭勒盟正藍(lán)旗至河北張家口段鐵路為例，闡述該項(xiàng)目中設(shè)計(jì)洪水洪峰的小流域驗(yàn)證。

2 概況

正藍(lán)旗至張家口鐵路、線路全長226.98 km，正藍(lán)旗境內(nèi)38.43 km，河北境內(nèi)188.55 km。設(shè)計(jì)年運(yùn)量為4 000萬t。線路走向;正藍(lán)旗、黑城子、賽北開發(fā)區(qū)、沽源縣、崇禮縣、最終在沙嶺子與京包線接軌。

正藍(lán)旗至張家口地方鐵路在CK194+820m處跨越喜順溝，喜順溝為安固里河的二級支流。從五萬分之一軍用地形圖中查得，本橋位距上游分水嶺長度L=8.56 km，流域面積F=13.17 km2，流域平均坡度為I=36.5‰。水系及工程位置見圖1。

3 測站情況

喜順溝為安固里河2級支流，安固里河屬內(nèi)陸河流域，發(fā)源于張北縣南皮坊附近，河流較短，季節(jié)性強(qiáng)，河水經(jīng)黃蓋淖水庫入注安固里淖。安固里河主要測站為張北水文站，觀測項(xiàng)目有降水、流量、蒸發(fā)等，該站具有10 min、30 min、60 min、24 h雨量觀測資料，資料測驗(yàn)精度較高，整編成果可靠。

圖1 喜順溝水系圖

4 設(shè)計(jì)洪峰

本次工程地點(diǎn)洪峰流量分別采用河北省經(jīng)驗(yàn)公式法、河北省推理公式法、鐵三院法推求。

4.1 河北省經(jīng)驗(yàn)公式推求設(shè)計(jì)洪水

經(jīng)驗(yàn)公式如下:

式中:QP為求某頻率洪峰流量，m3/s;C為多年平均洪峰模系數(shù);F為流域面積，km2;n為指數(shù)，本地區(qū)均用0.5;Kp為求某頻率K值數(shù);該地區(qū)洪水Cs/Cv=3.5，由河北省經(jīng)驗(yàn)公式推求洪峰流量成果見表1。

表1 河北省經(jīng)驗(yàn)公式推求喜順溝設(shè)計(jì)洪峰成果表

4.2 河北省推理公式推求設(shè)計(jì)洪水

河北省小匯水面積的洪峰流量計(jì)算推理公式如下:

式中:QP為求某頻率洪峰流量，m3/s;SP為不同重現(xiàn)期雨力，h;Ψ為洪峰徑流系數(shù);τ為集流歷時(shí)，h;F為流域面積，km2。

各種參數(shù)確定如下:

SP由暴雨公式A+BlgonN計(jì)算，A、B、n根據(jù)《河北省水文圖集》查出;Ψ為洪峰徑流系數(shù)根據(jù)《河北省水文圖集》查出;τ根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)公式τ=0.278×L/U求得，其中:U為集流流速，m/s;L為河道長度，km。

由河北省推理公式推求洪峰流量成果見表。

表2 河北省推理公式推求喜順溝設(shè)計(jì)洪峰成果表

4.3 鐵三院公式

根據(jù)東北、華北地區(qū)洪水特點(diǎn)制定的鐵道部第三勘測設(shè)計(jì)院公式如下:

公式中:C2參數(shù)可按下式計(jì)算:

上式中 Sp為雨力，β0、r0、m0、A4均為參數(shù)，可由鐵三院公式參數(shù)值表中查得。

P0為參數(shù)，可按下式計(jì)算:

上式中N0為參數(shù)，可由鐵三院公式參數(shù)值表中查得。g0為參數(shù)，可按下式計(jì)算:

式中:L4為流域長度，從分水嶺算起;I4為流域坡度，從分水嶺算起，用加權(quán)法計(jì)算。

參考該地區(qū)下墊面情況:巖石露頭，風(fēng)化嚴(yán)重成粗粒狀，占流域面積的30%以上，溝壑較多，坡面草木稀少，耕地大部分為斜坡式、土質(zhì)沙性大，符合鐵三院二類公式。由鐵三院公式推求洪峰流量成果見表3。

表3 鐵三院公式推求喜順溝設(shè)計(jì)洪峰成果表

4.4 成果比較

河北省經(jīng)驗(yàn)公式、河北省推理公式、鐵三院公式推求設(shè)計(jì)洪峰比較成果見表4。

表4 設(shè)計(jì)洪峰成果表

從表4可以看出采用河北省經(jīng)驗(yàn)公式推求50 a一遇洪峰成果大于鐵三院成果8.1%，鐵三院成果大于河北省推理公式成果24.7%。

4.5 成果選取

根據(jù)張北縣1956～2005年24 h降雨量分析，1970年降雨接近于50 a一遇，通過洪水調(diào)查到1970年洪水洪痕，測量洪痕位置的橫斷面及河道縱比降根據(jù)曼寧公式計(jì)算1970年洪峰流量，經(jīng)計(jì)算1970年洪峰流量為62.4 m3/s，與鐵三院公式計(jì)算成果較為接近，因此該鐵路在張北縣境內(nèi)小流域洪峰計(jì)算宜使用鐵三院公式。

5 結(jié)語

小流域洪水由于流域面積小，受地形、氣候、下墊面因素影響較大，所以在使用公式之前一定要通過多種方法比較選擇與該區(qū)域最為接近的公式計(jì)算。

[1] 鐵道部第三勘測設(shè)計(jì)院.橋渡水文[M].北京:中國鐵道出版社，1993.

[2] 河北省水利廳.河北省水文圖集[J].石家莊:河北省水利廳，1996.

[3] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院吉林中鐵鐵道勘察設(shè)計(jì)院.新建鐵路正藍(lán)旗至張家口地方鐵路初測[R].吉林:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院，2007.

[4] 葉守澤.水文水利計(jì)算[M].北京:水利水電出版社，1992.