孤山河設(shè)計(jì)洪水初步分析

趙小龍，王宏巖

(遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧營(yíng)口115003)

1 流域概況

孤山河為海城河干流上游段，發(fā)源于海城市孤山鎮(zhèn)瓦子溝村響水溝。該河斷面上流域面積80.5 km2，河長(zhǎng)10.5 km，斷面處平均比降8.95‰。

斷面處地表水總體方向由南向北。河水受季節(jié)性降水控制明顯，雨季降水集中，河水暴漲，水流湍急，地表徑流突增，枯水季節(jié)河流水位下降，地表徑流減少。

河床為松散河床質(zhì)堆積物，多為粗砂及碎石。地下水為第四系孔隙水含水巖組，一般主要以吸奪河水為主。

2 暴雨洪水特性

流域?qū)偬雍恿饔蛳掠螀^(qū)，季風(fēng)氣候顯著，每年7—8月份，受西太平洋副熱帶高壓、華北氣旋、臺(tái)風(fēng)及高空槽等天氣過(guò)程的影響，常常出現(xiàn)暴雨和大暴雨天氣。降水強(qiáng)度大，降水量集中在幾小時(shí)或2～3 d，有時(shí)連續(xù)發(fā)生多日降水。

受暴雨影響，本河段經(jīng)常發(fā)生洪水或大洪水。由于河道曲折，河谷狹窄，比降大，流速快。一般一次天氣過(guò)程造成的暴雨歷時(shí)較短，多為集中在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)，最多集中于一天時(shí)間內(nèi)，致使較大洪水過(guò)程多呈單峰形，洪峰受暴雨雨型控制。

3 河道演變

河道演變是在水流與河床相互作用下，河道形態(tài)的變化，指近代沖積河道的演變發(fā)展。斷面處河床相對(duì)松散，多為粗砂、碎石，地貌為河流侵蝕堆積地貌，河道平直，為“U”型斷面，右岸靠山腳，左岸設(shè)堤岸為民宅。河道漲水時(shí)，比降較大，流速快，水流湍急，河底高程有不同程度的變化，存在局部沖淤現(xiàn)象。

根據(jù)歷史調(diào)查資料分析，河段內(nèi)曾有決堤、漫堤情況發(fā)生，但主槽未有明顯擺動(dòng)，河床沒(méi)有明顯變化，河槽相對(duì)穩(wěn)定。就河道自然演變來(lái)看，經(jīng)過(guò)洪水的多次沖刷、淤積及變遷，河道仍然是自然狀態(tài)，沖刷淤積基本上趨向平衡［1］。

4 水文分析計(jì)算

4.1 資料的選用

孤山河為海城河上游，無(wú)水文站，沒(méi)有實(shí)測(cè)洪水資料。海城水文站位于海城河干流上，實(shí)測(cè)年限較長(zhǎng)、觀測(cè)質(zhì)量較好、精度較高、水文氣象及下墊面條件相似，距分析斷面較近。因此，以海城站資料為基礎(chǔ)，采用海城站的洪水設(shè)計(jì)成果，使用面積比擬法對(duì)分析斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

海城河在海城市市區(qū)設(shè)有控制站為海城水文站，站址以上河長(zhǎng)56 km，流域面積1000 km2，1934年設(shè)立，1953年后有連續(xù)資料。2006年下遷950 m至現(xiàn)在處。基本資料選用1953—2012年，連續(xù)系列資料60 a，每年的實(shí)測(cè)資料均由遼寧省水文水資源勘測(cè)局及鞍山分局進(jìn)行整編、地審、省審、匯編和刊印，資料精度高，分析計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果可靠。

4.2 資料插補(bǔ)延長(zhǎng)

此次洪峰流量實(shí)測(cè)資料系列1953—2012年，計(jì)算100 a一遇的資料系列相對(duì)較短，為此本項(xiàng)分析計(jì)算中，對(duì)以下幾類資料進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟逖a(bǔ)延長(zhǎng)。

與海城站相鄰的站只有湯河水庫(kù)站資料系列更長(zhǎng)，湯河水庫(kù)站和海城站同屬太子河下游山溪性河流代表站，兩站相距50余km，流域面積相近，河流特性、下墊面條件及氣象特點(diǎn)相差不大，因此，采用面積比法進(jìn)行資料的插補(bǔ)延長(zhǎng)。

湯河水庫(kù)站流域面積為1 228 km2，1951、1952實(shí)測(cè)流量分別為719、734 m3/s，計(jì)算得海城站流量分別為586、598 m3/s做為資料插補(bǔ)系列。

4.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法

4.3.1 經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算

依據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》(SL44-93)中的規(guī)定，當(dāng)工程所在地區(qū)具有30 a以上實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長(zhǎng)洪水流量資料，并具有歷史洪水資料時(shí)，應(yīng)采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水［2］。頻率分析計(jì)算公式如下:

1)海城站歷史調(diào)查洪水采用如下經(jīng)驗(yàn)頻率公式計(jì)算:

式中:PM為歷史特大洪水流量或?qū)崪y(cè)系列中特大洪水流量經(jīng)驗(yàn)頻率，%;M為歷史特大洪水流量或?qū)崪y(cè)系列中特大洪水流量在調(diào)查期內(nèi)的序位;N為調(diào)查期年數(shù)。

2)實(shí)測(cè)洪水流量系列經(jīng)驗(yàn)頻率按下式計(jì)算:

式中:Pm為實(shí)測(cè)洪水流量經(jīng)驗(yàn)頻率，%;a為歷史特大洪水的項(xiàng)數(shù);l為實(shí)測(cè)洪水流量系列中按特大洪水流量處理的項(xiàng)數(shù)。

4.3.2 理論頻率曲線

理論頻率曲線采用皮爾遜Ⅲ型分布。

均值計(jì)算公式為:

變差系數(shù)計(jì)算公式為:偏態(tài)系數(shù)計(jì)算公式為:

采用矩法求得各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，偏差系數(shù)CS值，采用CS與Cv的倍比關(guān)系、變差系數(shù)以及年最大洪峰流量平均值均經(jīng)過(guò)優(yōu)選。

經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算方法采用統(tǒng)一處理法。

4.4 設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算

4.4.1 海城站設(shè)計(jì)洪峰流量的推求

海城站100 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為3 840 m3/s;50 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為3 120 m3/s;20 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為2 210 m3/s。

4.4.2 項(xiàng)目位置以上設(shè)計(jì)洪峰流量的推求

基本計(jì)算公式為:

式中:Qp為斷面位置設(shè)計(jì)洪峰流量;Q海海城站洪峰流量;F海為海城站以上流域面積;Fp斷面位置以上流域面積。

斷面位置20 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量Qp=412 m3/s;

斷面位置50 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量Qp=582 m3/s;

斷面位置100 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量Qp=71 6 m3/s。

4.5 設(shè)計(jì)洪水成果及合理性分析

采用海城水文站連續(xù)60 a實(shí)測(cè)資料，系列較長(zhǎng)，成果精度高，調(diào)查資料比較可信;用海城站資料換算工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水，方法得當(dāng)。采用海城站設(shè)計(jì)成果為基礎(chǔ)，對(duì)工程設(shè)計(jì)而言防洪標(biāo)準(zhǔn)更高，對(duì)工程本身更加安全，設(shè)計(jì)洪水成果是合理的。

［1］何超.山東省中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算分析［J］.中國(guó)科技信息，2013(14):10.

［2］中華人民共和國(guó)水利部.SL44-93水利水電工程設(shè)計(jì)供水計(jì)算規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1993.