山東省中小河流治理工程初步設(shè)計設(shè)計洪水計算分析

何超

諸城市建宏工程監(jiān)理有限公司 262200

1 基本資料的搜集和整理

詳細(xì)分析治理河流所處地理位置、所屬水系，流域面積、河道長度、流域形狀、支流分布、河網(wǎng)密度；流域內(nèi)地形、地貌、植被及水土保持等自然地理概況；該河流所處市（縣、區(qū)）境內(nèi)流域面積、河道長度；治理河段以上流域面積（其中山丘區(qū)、平原區(qū)面積各占比重）、河道長度，并注明樁號。

分析流域內(nèi)水文氣象概況，包括多年平均降水量，汛期降水量，降雨量的年內(nèi)、年際分布特點；多年平均年徑流量，徑流量的年內(nèi)、年際分布特點；多年平均水面蒸發(fā)量；多年平均風(fēng)速、最大風(fēng)速及風(fēng)向等有關(guān)水文、氣象概述。

搜集流域內(nèi)或相鄰流域的實測暴雨、洪水資料，如直接入?；蚴艹彼绊懙暮恿?，應(yīng)搜集潮位等基本資料，并復(fù)核資料的可靠性；搜集調(diào)查歷史暴雨、洪水資料，并說明可靠程度；應(yīng)根據(jù)流域內(nèi)、外資料情況，合理確定設(shè)計洪水計算方法。

2 控制斷面與計算單元的劃分

河道治理工程為一條線，從治理段起點至終點各斷面的面積是變化的，設(shè)計流量也應(yīng)隨著變化，為了合理反映河道設(shè)計流量的變化和工程設(shè)計的需要，應(yīng)將治理河道劃分為不同控制斷面。如有較大支流匯入，明確支流入口以上斷面或支流入口以下斷面；如治理河段上游有大、中型水庫，應(yīng)分析其在治理河段中的位置，壩址樁號、水庫規(guī)模、設(shè)計指標(biāo)等。

在劃分控制斷面的基礎(chǔ)上，可根據(jù)工程及設(shè)計流量計算的需要劃分計算單元，如上游有大、中型蓄水工程，和地形、地貌等下墊面條件有變化，應(yīng)獨立劃分為一個計算單元。

3 河道設(shè)計洪水計算方法

根據(jù)《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》的要求，設(shè)計洪水可采用以下幾種方法計算。

（1）可直接采用的設(shè)計洪水計算方法和成果

對于海河流域設(shè)計洪水計算，可根據(jù)2008年國務(wù)院批準(zhǔn)的《海河流域防洪規(guī)劃》中“61雨型”防洪、“64年雨型”排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，利用徒駭、馬頰河、濱海地區(qū)排水模數(shù)與流域面積的關(guān)系計算各河流治理段設(shè)計防洪、排澇流量。

同時，應(yīng)根據(jù)流域內(nèi)實測暴雨資料，計算20年一遇及5年一遇設(shè)計洪水，與“61雨型”防洪、“64年雨型”排澇設(shè)計流量進(jìn)行對比分析計算，分析“61雨型”及“64年雨型”設(shè)計流量能達(dá)到多少年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

（2）由實測流量資料計算設(shè)計洪水

河道治理工程本流域內(nèi)上、下游，具有30年以上的實測流量資料的水文站，或有大型水庫還原后的入庫洪峰流量資料的水庫站，可作為設(shè)計參證站（或稱計算依據(jù)站）。應(yīng)將資料系列延長至2009年，并附參證站實測流量系列。采用數(shù)理統(tǒng)計法計算設(shè)計參證站不同頻率設(shè)計流量，根據(jù)矩法初估的統(tǒng)計參數(shù)均值X與變差系數(shù)Cv、Cs，采用P－III型頻率曲線進(jìn)行適線，以理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好為佳，并適當(dāng)照顧上部點據(jù)，并附頻率曲線圖。

如河道治理工程與設(shè)計參證站流域面積相差在5%以內(nèi)，可直接作為河道設(shè)計流量采用成果；如流域面積在15%以內(nèi)（最大不可超過20%），可采用水文比擬法計算河道各斷面設(shè)計流量，公式為：

式中：Q設(shè)-治理河段設(shè)計流量，m3/s；

F設(shè)-治理河段流域面積，km2；

Q參-設(shè)計參證站計算流量，m3/s；

F參-設(shè)計參證站流域面積，Km2；

n-指數(shù)，n=0.5～0.8，一般取n=0.67。

如本流域無水文站，而相鄰流域具有30年以上實測流量資料的水文站，其暴雨洪水特性及下墊面條件與治理河道流域相似，亦可采用數(shù)理統(tǒng)計法計算其設(shè)計流量，并采用水文比擬法計算治理河道設(shè)計流量，面積比值限制條件與1相同。

計算公式如下：

式中：WA.P～設(shè)計斷面頻率P的設(shè)計洪量；

WAB.P～與設(shè)計斷面頻率P相同的區(qū)間面積上的設(shè)計洪量；

WB.相應(yīng)P～設(shè)計斷面上游水庫工程相應(yīng)頻率P的設(shè)計洪量。

（3）由實測暴雨資料間接計算設(shè)計洪水

①直接面雨量法

根據(jù)流域內(nèi)及相鄰流域分布較均勻的多處具有30年以上的實測暴雨過程系列，采用算數(shù)平均法或加權(quán)平均法計算逐年的面雨量過程系列，按照設(shè)計暴雨時段（最大24小時、72小時），采用固定時段滑動法選取逐年的設(shè)計時段的面暴雨量，組成面雨量系列；采用數(shù)理統(tǒng)計法計算設(shè)計面雨量，根據(jù)矩法初估的統(tǒng)計參數(shù)均值X與變差系數(shù)Cv，一般取Cs=3.5Cv，采用P－III型頻率曲線適線，以理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好為佳，并適當(dāng)照顧上部點據(jù)，并附頻率曲線圖。

②間接面雨量法

根據(jù)流域內(nèi)單個雨量站實測年最大24小時暴雨資料，采用數(shù)理統(tǒng)計法計算設(shè)計點雨量，設(shè)計面雨量采用點面系數(shù)法計算。

根據(jù)山東省各區(qū)域的實際情況，設(shè)計暴雨的日程、時程分配劃分為膠東地區(qū)、泰沂山南區(qū)、泰沂山北區(qū)、平原地區(qū)。

凈雨計算采用超滲產(chǎn)流原理進(jìn)行凈雨計算，表現(xiàn)形式為P＋Pa～R降雨徑流關(guān)系。

4 施工期設(shè)計洪水計算

（1）施工導(dǎo)流期的確定

施工導(dǎo)流期應(yīng)選擇在非汛期，根據(jù)需要導(dǎo)流施工的工程量的大小和施工設(shè)計安排，合理確定導(dǎo)流期的時間。

（2）施工期設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)

施工導(dǎo)流期設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)一般為5年一遇。

（3）施工導(dǎo)流期設(shè)計洪水計算方法。

施工導(dǎo)流期設(shè)計洪水計算一般采用實測流量法直接計算或由暴雨資料間接計算。直接流量法計算內(nèi)容同設(shè)計洪水計算部分；由暴雨資料推求設(shè)計洪水計算方法中設(shè)計暴雨計算、點面關(guān)系、設(shè)計暴雨的日程、時程分配、產(chǎn)流及匯流計算都與設(shè)計洪水計算部分相同，但無論采用哪種方法計算，都應(yīng)明確和注意以下幾個問題：

①應(yīng)明確采用的水文站或雨量站名稱、系列起訖年份，并附流量或雨量系列。

②無論采用何種辦法計算，都應(yīng)該在施工期內(nèi)選樣，跨期選樣不宜超過5～10天，跨期選樣計算的施工期設(shè)計洪水不宜跨期使用。

③由數(shù)理統(tǒng)計法計算，應(yīng)明確適線原則，給出統(tǒng)計參數(shù)，附頻率曲線圖及設(shè)計成果。

④由暴雨資料間接計算設(shè)計洪水時，凈雨計算中應(yīng)注意設(shè)計Pa采用值應(yīng)取20mm～25mm；或根據(jù)實測雨量資料計算，但計算時間不宜小于15天，應(yīng)明確前期影響系數(shù)K及最大初損Imax值。

⑤如治理河段上游有大、中型水庫時，計算過程中應(yīng)扣除其流域面積；如在大、中型水庫與設(shè)計河段區(qū)間有小（1）型水庫時也應(yīng)扣除其流域面積。

5 涵閘排水流量計算方法

涵洞排水流量采用由暴雨資料計算，應(yīng)計算出設(shè)計點雨量，查涵閘所在地區(qū)的降雨徑流關(guān)系，求出設(shè)計雨期24小時或72小時的凈雨量，乘涵洞的排水面積可得出需排水總水量，再除以排水時間得出排水流量。排水時間的確定應(yīng)根據(jù)涵洞排水范圍內(nèi)對象的重要性，綜合分析，合理確定。一般情況，24小時降雨排水時間取6～12小時；72小時降雨排水時間取18～36小時。

[1]水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范.SL44－2006

[2]防洪標(biāo)準(zhǔn).GB50201－94

[3]山東省大、中型水庫防洪安全復(fù)核設(shè)計洪水計算辦法

[4]水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn).SL44－2000

[5]堤防工程設(shè)計規(guī)范.GB50286－98