綽勒灌區(qū)山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

楊文斌，樊忠成

（內(nèi)蒙古水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，010020，呼和浩特）

山洪災(zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、洪水歷時(shí)短、洪量集中、破壞力強(qiáng)、預(yù)報(bào)預(yù)警難、防御難度大等特點(diǎn)。近年，山洪災(zāi)害造成人員傷亡、基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)環(huán)境破壞等問題十分突出。

山洪溝與大中流域河流相比有許多特點(diǎn)，流域面積小，分布廣、數(shù)量多，絕大多數(shù)沒有水文站，缺乏實(shí)測徑流資料，甚至無降雨資料，這些均給山洪溝治理工作帶來了一定的難度。山洪溝治理工作離不開山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算。計(jì)算方法概括起來有4種：推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、“洪水圖集”法和綜合單位線法。應(yīng)用最廣泛的是推理公式法，思路是以暴雨形成洪水過程的理論為基礎(chǔ)，按設(shè)計(jì)暴雨推算設(shè)計(jì)凈雨，以此計(jì)算出設(shè)計(jì)洪峰流量。山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量的大小直接影響到排洪溝設(shè)計(jì)規(guī)模。本文以綽勒水利樞紐下游內(nèi)蒙古灌區(qū)（以下簡稱“綽勒灌區(qū)”）為例，采用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法及“洪水圖集”法，分別對該灌區(qū)內(nèi)各山洪溝進(jìn)行計(jì)算，以此確定綽勒灌區(qū)各山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量。

一、計(jì)算原理（方法）簡述

地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法及“洪水圖集”法計(jì)算原理分別如下：

1.地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法

5年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量：Q20%＝2.67 F0.59

10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量：Q10%＝4.80 F0.58

式中，F(xiàn) 為集水面積（km2）。

2.推理公式法

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)SL 44—2006 《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》中計(jì)算小流域暴雨洪峰流量推理公式為：

式中，Qm為設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；F 為流域面積 （km2）；h為時(shí)段的最大凈雨，部分匯流時(shí)代表單一洪峰時(shí)凈雨（mm）；m 為徑流系數(shù)；τ為匯流歷時(shí)（h）；L 為河道長度 （km）；J為河道平均比降。

3.“洪水圖集”法

采用《黑龍江省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》，應(yīng)用徑流資料推求設(shè)計(jì)洪峰流量。

二、工程實(shí)例

1.灌區(qū)概況

綽勒灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部興安盟扎賚特旗境內(nèi)，地處嫩江右岸一級支流綽爾河綽勒水利樞紐下游，由樞紐尾水渠出口起，北緣以綽爾河防洪大堤為界，東接保安沼灌區(qū)，西與低山丘陵沖洪積平原接壤，南至黑龍江省界。北緯 46°30′～46°50′，東經(jīng) 122°30′～123°30′，東西向長 51 km，南北寬 6～23 km，總土地面積536.67 km2。灌區(qū)延綽爾河方向依次由索格營子、五道河子、好力保3個(gè)灌域組成。

索格營子灌域是綽爾河上的一座自流引水灌域，原為綽勒灌域，位于綽勒水利樞紐下游0.46 km處，東西向布置，東起茂林格爾大橋下0.46 km，西至烏蘭套海。東西長14.5 km，南北寬6.0 km?？偼恋孛娣e60.73 km2，耕地面積4.75萬畝(15畝=1 hm2，下同)，均為水田。

五道河子灌域位于五道河子引水樞紐下游，呈南北方向布置，西起五道河子引水樞紐，東至三合村，北靠綽爾河堤防，南與二龍濤河相鄰，東西寬18 km，南北長21 km?？偼恋孛娣e371.60 km2，耕地面積 43.64萬畝，現(xiàn)有水澆地面積17.15萬畝。

好力保灌域位于好力保引水樞紐下游，呈南北方向布置，西起好力保引水樞紐，東至保安沼農(nóng)場，北靠綽爾河堤防，南與泰來縣相鄰，東西寬11 km，南北長17.8 km?？偼恋孛娣e104.33 km2，耕地面積11.67萬畝，現(xiàn)有水田面積3.5萬畝，水澆地面積5.6萬畝。

2.氣象條件

綽勒灌區(qū)屬寒溫帶大陸性半濕潤性氣候，春季干燥多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季涼爽，早晚溫差大，冬季寒冷干旱，歷時(shí)長達(dá)半年之久。多年平均氣溫4.3℃，多年平均年降水量433.2 mm，降水量時(shí)空分布不均勻，年降雨多集中在5—9月份，降雨量為393 mm，多年平均年蒸發(fā)量（20 cm）1760 mm，多年平均日照時(shí)數(shù)2855 h，≥10℃有效積溫2831.8℃。多年平均無霜期164天，最大凍土深2.42 m（1969年），多年平均風(fēng)速3.33 m/s。

3.水文測驗(yàn)資料

綽爾河干流上共設(shè)有3個(gè)水文站，自上而下依次為123公里界碑處、文得根、兩家子。綽勒灌區(qū)位于文得根與兩家子水文站之間。兩水文站均設(shè)立于20世紀(jì)50年代初期?？刂屏饔蛎娣e15544 km2。 實(shí)測水位、流量觀測系列都在40年以上，資料系列較長，且測驗(yàn)整編精度較高，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)。兩家子水文站位于綽勒灌區(qū)下游，區(qū)間產(chǎn)流不多，以兩家子站作為設(shè)計(jì)依據(jù)站，文得根站作為設(shè)計(jì)的主要參證站。文得根、兩家子站同期流量資料系列為1955年1月—2012年12月。

4.洪水

綽爾河洪水多由暴雨形成，洪水的大小、洪水的多寡取決于暴雨量、暴雨強(qiáng)度及其分布。暴雨多發(fā)生在7—8月，形成暴雨的主要天氣系統(tǒng)有高空槽、貝加爾湖低壓、蒙古低壓和華北氣旋。暴雨中心多在綽爾河中上游，降雨量自上游向下游逐漸減少。1998年暴雨中心在文得根站附近。以兩家子水文站暴雨資料統(tǒng)計(jì)，一次暴雨歷時(shí)1～3天，主要暴雨量集中在一天。最大一日雨量占最大三日雨量的70%～85%。實(shí)測最大一日暴雨量為126.8 mm（1983年 7月 2日），實(shí)測最大三日暴雨量為154.9 mm（1983年7月1日）。暴雨資料統(tǒng)計(jì)成果見表1。年最大洪峰流量發(fā)生與暴雨同期，出現(xiàn)在6—9月份，其中以7—8月份最多，占70%以上，其他月份年最大洪峰出現(xiàn)比例僅占30%，而且流量數(shù)值較小。

綽爾河上游山區(qū)區(qū)域形成洪水的特點(diǎn)是：洪峰陡漲陡落，峰大量小，年際變化很大。洪水過程一般可分為單峰型或雙峰型（主峰在后），一次洪水過程歷時(shí)在20天左右，主要洪量多集中在7天內(nèi)，最大7天洪量占最大15天洪量的50%～70%。

5.山洪溝流量計(jì)算成果

綽勒灌區(qū)自西南邊界起，穿越灌區(qū)腹部的自然山洪溝共有19條，其中：索格營子灌域9條，五道河子灌域10條。每逢汛期，這些山洪溝和坡面溝（有的直接匯入綽爾河，有的匯入滯洪泡子）洪水順地勢入侵灌區(qū)，淹沒農(nóng)田，每年均有不同程度災(zāi)害發(fā)生。為了確保灌區(qū)不受洪水災(zāi)害威脅，綽勒灌區(qū)設(shè)計(jì)中對這些山溝進(jìn)行治理，建立一個(gè)山溝洪水的防御系統(tǒng)。根據(jù)灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范及防洪設(shè)計(jì)規(guī)范，山洪溝洪水防御標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇～10年一遇，由此確定本次山洪溝洪水設(shè)計(jì)防御標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇。分別采用地區(qū)綜合法、推理公式法及“洪水圖集”法，對此19條山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行計(jì)算。

（1）地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法

灌區(qū)內(nèi)諸多山洪溝，均未設(shè)有水文測站，調(diào)查資料也很少，給洪水分析計(jì)算工作帶來不少困難。這次山洪溝洪水分析計(jì)算中，采用系列截至2010年的綽爾河、洮兒河流域設(shè)計(jì)洪峰流量地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，見表2。

表1 兩家子水文站暴雨統(tǒng)計(jì)分析

表2 索格營子、五道河子灌域山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

（2）推理公式法

根據(jù)小流域推理計(jì)算公式，確定各山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量Q10%，結(jié)果見表2。

（3）黑龍江省“洪水圖集”法

《黑龍江省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》是以20年一遇最大流量進(jìn)行地區(qū)綜合，資料系列截至到1992年，其20年一遇地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式：Q5%＝1.3×3.2F0.67，成果見表 2。

考慮經(jīng)驗(yàn)公式參證站的流域面積均在1000 km2以上，而溝道流域面積較之相差較大。因此采用1996年版《黑龍江省水文圖集》中綽爾河下游地區(qū)小面積設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行復(fù)核，較本次設(shè)計(jì)成果偏小近15%～25%。設(shè)計(jì)成果基本符合綽爾河地區(qū)小流域面積設(shè)計(jì)洪峰流量地區(qū)綜合關(guān)系線，成果基本合理。

經(jīng)分析比較，上述3種方法的設(shè)計(jì)成果值相差不大，偏差不超過30%，但流域面積越小，地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算結(jié)果越偏保守，隨著流域面積增加，其計(jì)算結(jié)果愈顯偏小。從對資料系列的要求和計(jì)算成果精度上分析，地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法采用的測站資料系列到2010年，資料系列最長。采用成果較黑龍江省“洪水圖集”法偏大是由于資料系列延長后加入1998年特大洪水年，偏大是合理的。為此，本次設(shè)計(jì)采用介于中間成果的地區(qū)綜合法，確定山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量。

三、結(jié)論與建議

①山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量直接影響到排洪溝規(guī)模的大小，小流域推理公式法很難全面反映當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法較能更好地反映當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。

②由于近年小流域山洪溝洪水暴發(fā)頻率不斷提升，以此帶來的泥石流、滑坡等災(zāi)害也不斷加重，建議加大對小流域山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式的研究及修正工作。

③我國大部分地區(qū)的 “洪水圖集”水文系列截至20世紀(jì)八九十年代，很難滿足現(xiàn)階段小流域洪水預(yù)警需求，給工程設(shè)計(jì)帶來許多不確定因素。為此建議加大對其水文系列的延長及圖集的修正工作。

[1]何秉順,黃先龍,郭良.我國山洪災(zāi)害防治路線與核心建設(shè)內(nèi)容[J].中國水利，2012（10）.

[2]肖念婷.小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法的探討[J].節(jié)水灌溉，2013（5）.

[3]水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范（SL 44—2006）[S].2006.

[4]黑龍江省水利勘測設(shè)計(jì)院.黑龍江省水文總站,黑龍江省雨洪辦公室,黑龍江省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集[R].1985.

[5]內(nèi)蒙古水利水電勘測設(shè)計(jì)院.綽勒水利樞紐下游內(nèi)蒙古灌區(qū)可行性研究報(bào)告[R].2013.