唐山市沙河流域中小河流水文計算

崔洪志

（唐山市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，河北 唐山063000）

1 流域概況

沙河是唐山市的骨干河流之一，發(fā)源于遷安市蔡園鎮(zhèn)郝樹店村北大石嶺溝，流經(jīng)遷安市、灤縣、古冶區(qū)、豐南區(qū)、灤南縣、曹妃甸區(qū)等6 個縣（市、區(qū)），于豐南區(qū)黑沿子村南匯入渤海，是一條集防洪、灌溉、排澇等綜合利用的河流，流域總面積1 192 km2，河道全長155.27 km。

1.1 河流水系

沙河自上而下主要有大石河、崇家峪河、老牛河、躍進渠、岳家河、黑沿子排干等支流匯入，見表1。

表1 沙河主要支流河渠一覽表

1.2 氣象暴雨洪水

沙河流域氣候溫和，四季分明，雨熱同季，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型大陸氣候。多年平均氣溫10.6 ℃，多年平均蒸發(fā)量1 758.4 mm，年平均風(fēng)速約3 m/s，最大凍土深80 cm，無霜期180 d。流域多年平均最大24 h 暴雨量120 mm，多年平均年降水量646.9 mm，最大年降水量1 059.9 mm（1967年），最小年降水量387.9 mm（1963年）。流域年降水量的80%集中在汛期的7—8月份，7—8月份降水量都在200 mm 以上。沙河流域洪水具有峰高、量大、歷時長的特點。一般情況下，流域洪水峰高腰瘦，暴漲暴落；如遇特大暴雨，降雨時間長，則峰高量大。一次暴雨一般持續(xù)1～3 d，短則。

1.3 水利工程

截止2010年底，沙河流域上游修建了麻地水庫、潘莊子水庫（1980年報廢）2 座?。?）型水庫，5 座?。?）型水庫，下游建有草泊水庫；在沙河豐南區(qū)嶺上莊村東至黑沿子段修筑了堤防，堤距200～600 m，堤防全長124 km。進入21 世紀以來，沙河遷安首鋼段4.078 km 河道于2003年實施了河道整治，古冶七百戶村南至董各莊橋段于2012—2013年按照中小河流治理的要求實施了河道整治。

沙河流域下游平原區(qū)有老牛河、躍進渠、岳家河、黑沿子排干4 條骨干排水河渠，總長89.8 km。建成排水泵站5座，即西鄭莊揚水站、宋家營揚水站、鄭坨排灌站、蘭橋排灌站、申立村排灌站。排水區(qū)自排標準為10年一遇，機排標準為5年一遇。沙河下游平原區(qū)基本形成自排和機排排水渠網(wǎng)，基本實現(xiàn)了骨干河道與支流河渠相結(jié)合的較為完整的排水體系。沙河目前建成2 座防潮閘，即沙河防潮閘和黑沿子排干防潮閘，防潮閘以下修建了河口海堤。在豐南區(qū)小集鎮(zhèn)西鄭莊村東建有橡膠壩1 座，該橡膠壩設(shè)計最高蓄水位5.50 m（“85”高程基準），總蓄水量為40.00 萬m3。

1.4 防洪形勢

自新中國成立以后，唐山市對沙河防洪治理付出了巨大的努力，沙河流域洪澇災(zāi)害逐步得到有效控制，但是由于沙河防洪的特殊性和復(fù)雜性，沙河防洪形勢依然嚴峻。首先，沙河河道現(xiàn)狀行洪排澇洪標準嚴重偏低，直接導(dǎo)致其防洪能力不堪重負。現(xiàn)狀沙河中游的古冶區(qū)已治理段防洪標準可達到10年一遇，基本可以控制中小洪水的洪澇災(zāi)害，但仍未達到規(guī)劃的防洪標準；豐南錢營以下河段多年來未進行過全面修繕，防洪能力普遍降低，防洪標準僅能維持在10年一遇；目前，沙河遷安段和草泊水庫至沙河防潮閘段防洪能力尤其偏低，是沙河防守的重中之重。其次，沙河流域社會經(jīng)濟發(fā)展在客觀上增大了沙河流域的防洪壓力。近年來沙河流域經(jīng)濟跨越發(fā)展，社會不斷進步，工業(yè)化、城市化進程逐步加快，沙河目前的行洪能力已完全不能適應(yīng)當前流域社會經(jīng)濟快速發(fā)展的需要，其防洪壓力呈現(xiàn)逐年增大趨勢。

鑒于上述情況，啟動沙河流域中小河流綜合治理是非常必要的。水文計算工作是中小河流治理工程設(shè)計的基礎(chǔ)，合理確定設(shè)計頻率下洪水是中小河流治理設(shè)計的關(guān)鍵。下面就沙河流域中小河流水文計算工作中一些常見問題的處理方法進行探討。

2 沙河流域不同類型中小河流水文計算

沙河流域地形大致分為二類，即山丘區(qū)和平原區(qū)。本文針對這2 種類型，分別對其具體的水文計算進行分析。

2.1 山丘區(qū)中小河流

沙河在石佛口水文站以北屬于山丘區(qū)，山丘區(qū)中小河流面積為429 km2，占整個流域面積的36%。山丘區(qū)河流推求設(shè)計洪水的方法主要有流量資料法、暴雨資料法及地區(qū)經(jīng)驗公式法。

2.1.1 流量資料法

水文計算斷面處有水文站情況下，要求水文站要有較長的實測洪水資料系列，一般要求大于30年且需要對資料的可靠性、一致性、代表性進行審查。上述條件滿足后，可應(yīng)用水文站多年洪峰系列加歷史洪水資料，采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線計算水文站不同頻率的洪峰流量。如果水文測站不在水文計算斷面處，但是二者處于同一流域，流域面積相差在30%以內(nèi)且氣候條件及下墊面條件比較一致的情況下，可采用水文比擬法計算設(shè)計斷面處的洪峰流量。

在采用數(shù)理統(tǒng)計方法計算設(shè)計洪水時，考慮到沙河流域的大洪水主要有1894，1949，1959，1962年洪水，近期未發(fā)生較大洪水，因此水文系列延長后計算的設(shè)計洪峰比已有的沙河規(guī)劃設(shè)計中設(shè)計洪峰成果偏小，這種情況是合理的。

2.1.2 暴雨資料法

中小流域常因流量資料不足無法直接由流量資料推求設(shè)計洪水，而暴雨資料較多，故可用暴雨資料推求設(shè)計洪水。當出現(xiàn)以下幾種情況時，需由暴雨資料推求設(shè)計洪水：1）設(shè)計流域?qū)崪y流量資料不足或代表性差，難于使用相關(guān)方法插補延長；2）由于人類活動的影響，使徑流形成的條件發(fā)生顯著的改變，破壞了洪水資料的一致性；3）為了用多種方法推算設(shè)計洪水，以論證設(shè)計成果的合理性，即使流量資料充足的情況下，也要用暴雨資料推求設(shè)計洪水。

由暴雨資料推求設(shè)計洪水可分三步進行：1）推求設(shè)計暴雨：根據(jù)實測暴雨資料，采用統(tǒng)計分析和典型放大法求得；2）推求設(shè)計凈雨：根據(jù)實測暴雨洪水資料，利用徑流形成的基本原理，通過成因分析法求得；3）推求設(shè)計洪水過程線：由求得的設(shè)計暴雨，利用產(chǎn)流方案推求設(shè)計凈雨過程，再利用流域匯流方案由設(shè)計凈雨過程求得設(shè)計洪水過程。

2.1.3 地區(qū)經(jīng)驗公式法

唐山市水務(wù)局于1997年12月出版《唐山市水文手冊》。該手冊在以往工作的基礎(chǔ)上，采用1956—1993年水文資料，對歷史洪水調(diào)查資料進行了深入分析，闡述了唐山市洪水、暴雨時空變化規(guī)律，深入分析了暴雨、洪水相關(guān)參數(shù)，結(jié)合地理特征進行綜合，重新對洪水進行頻率計算，提出了適合該區(qū)特點的3 種洪峰流量計算經(jīng)驗公式。該方法在300 km2以下的小流域及300～500 km2的中等流域水文計算中具有科學(xué)、準確、快捷的優(yōu)點。

在沙河流域中小河流水文計算中，如需計算距離水文測站較遠且流域面積相差超過30%或下墊面條件差異明顯的斷面時，該方法具有很強的實用性。

2.2 平原區(qū)中小河流

沙河石佛口水文站以下進入冀東沿海平原區(qū)，平原區(qū)中小河流面積占整個流域面積的64%。平原區(qū)河流推求排水流量計算方法主要是地區(qū)經(jīng)驗公式，包括《唐山市水文手冊》（1997年版）中的平原排澇經(jīng)驗公式和《河北省平原地區(qū)中小面積除澇水文手冊》（2000年修訂版）中的排水模數(shù)經(jīng)驗公式。

通過對該流域排澇分析計算，發(fā)現(xiàn)兩手冊計算結(jié)果誤差在10%左右，省手冊結(jié)果偏大；與原規(guī)劃成果比較，唐山手冊結(jié)果與之更接近，更能正確反映該流域的水文實際情況和平原地區(qū)排水特性。

2.3 計算成果合理性分析

水文計算完成后，要對成果的合理性進行分析，以選擇最科學(xué)合理的成果，從而保證后續(xù)規(guī)劃設(shè)計工作的順利進行。按照“綜合分析、合理選用”的原則，首先將計算結(jié)果點繪在沙河流域水文測站設(shè)計洪峰流量～面積關(guān)系圖上，根據(jù)洪水成果在圖上的離散程度對結(jié)果的合理性作出定性判斷；然后對不同方法計算的設(shè)計洪水成果進行對比，分析資料合理性、下墊面條件等要素，對成果作定量分析；最后與流域規(guī)劃報告、已審批文件中的成果相協(xié)調(diào)。

3 結(jié) 語

采用上述方法計算的設(shè)計洪水比較符合實際且偏于安全，部分已實施的中小河流治理工程經(jīng)過了洪水的檢驗，效果良好，對今后沙河流域中小河流治理水文計算工作具有一定參考意義。

［1］ 葉守澤.水文水利計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

［2］ 唐山市水利規(guī)劃設(shè)計研究院. 唐山市沙河防洪規(guī)劃報告［R］.2013.

［3］ SL44—2006，水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范［S］.

［4］ SL278—2002，水利水電工程水文計算規(guī)范［S］.

［5］ 馮金鵬，丁立國，王凱，童麗麗.遼西大凌河流域中小河流水文計算［J］.東北水利水電，2010(10).