端氏河河道治理洪水分析計算

宿 賓

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原030024）

1 工程概況

端氏河流域整治河道共為5段，分別是柿莊鄉(xiāng)河道治理段、應(yīng)郭河道治理段、固縣鄉(xiāng)河道治理段、金峰河道治理段、端氏鎮(zhèn)河道治理段，工程項目主要包括新建堤防工程、舊堤維修加固工程、維持現(xiàn)狀堤防、防護工程、河道清淤工程五部分。

2 工程建設(shè)的必要性

項目區(qū)分別位于端氏河流域內(nèi)的柿莊、應(yīng)郭、固縣、金峰、端氏五個鄉(xiāng)（村）鎮(zhèn)。治理實施的目的主要為了保護各治理段范圍內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)機關(guān)、人口以及耕地的防洪安全。

端氏河流域內(nèi)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道現(xiàn)狀根本無法滿足防洪要求，垃圾隨意傾倒，河床挖沙情況猖獗，河道沿線生態(tài)環(huán)境逐步惡化。為了保證人民生命財產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，改善河道生態(tài)環(huán)境，確保防洪安全，對端氏河進行河道治理是十分必要的。

3 流域概況

端氏河[1]為沁河的一級支流，位于沁水縣城東部，發(fā)源于柿莊鎮(zhèn)秋峪嶺西麓大麻地溝內(nèi)。上游為柿莊河和十里河，兩河在固縣鄉(xiāng)固縣村北匯合后稱端氏河。流域內(nèi)有兩條主要支流十里河支流和胡底河支流。端氏河由東北向西南流經(jīng)柿莊、十里、固縣、樊莊、胡底、端氏6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在端氏鎮(zhèn)小河西匯入沁河，水系形態(tài)為羽毛狀。

端氏河屬山區(qū)季節(jié)性河流，控制流域面積781km2，干流長度56km，主河道平均縱坡10.2‰，河道糙率為0.04左右。

4 洪水計算

端氏河流域?qū)贌o資料地區(qū)，設(shè)計洪水計算采用2011年3月編制的《山西省水文計算手冊》（以下簡稱《手冊》）[2]中的方法進行計算，此外，以臨近沁水河相似流域油房水文站作為參證站進行分析，最后根據(jù)其計算結(jié)果結(jié)合歷史調(diào)查洪水，綜合分析確定采用值。

4.1 油坊水文站設(shè)計洪水

4.1.1 歷史洪水

根據(jù)《山西省歷史洪水調(diào)查成果》[3]成果，端氏河歷史洪水場次、基本情況見表1。

表1 歷史調(diào)查洪水基本情況表

4.1.2 油房站洪水

1）歷史洪水及重現(xiàn)期的確定：油房站收集到1918年和1982年共二場歷史洪水。本次根據(jù)山西省水文水資源勘測局（原山西省水文總站）和沁水縣水利局1982年11月共同編制的《山西省沁水縣82802洪水調(diào)查成果》中分析成果，1918年洪水洪峰流量為1110 m3/s，認為是近百年來首位；1982年洪水洪峰流量為1950 m3/s，重現(xiàn)期約為280年。

2）設(shè)計洪水系列：本次收集到油房水文站1963-2006年的實測洪峰流量，共44年系列。

3）頻率分析：根據(jù)以上實測系列，加入歷史調(diào)查洪峰值，采用P—Ⅲ型曲線[4]，進行設(shè)計洪水頻率分析，其中1982年洪水作為特大值處理，頻率分析見圖1。設(shè)計洪水流量成果見表2。

圖1 油房站洪峰流量頻率曲線圖

表2 油房站頻率分析洪水成果表

4.2 設(shè)計斷面洪水

4.2.1 水文比擬法

端氏河流域與沁水河流域地理位置靠近，處于同一個水文分區(qū)，下墊面條件相似，地貌特征、植被類同。因此，將沁水河流域油房水文站作為參證站，采用該站設(shè)計洪水，按面積比指數(shù)法推求各斷面設(shè)計洪水。公式如下：

式中：Q設(shè)計——設(shè)計斷面設(shè)計洪峰流量，m3/s；

Q油房——油房站設(shè)計洪峰流量，m3/s；

F設(shè)計——設(shè)計斷面處流域面積，km2；

F油房——油房站流域面積，km2；

n——面積指數(shù)，取0.5。

計算結(jié)果見表3。

表3 各斷面設(shè)計洪峰流量成果表

4.2.2 《手冊》法

1）流域特征參數(shù)：設(shè)計洪水按無資料地區(qū)考慮，流域特征參數(shù)包括流域的面積、主河道長、平均寬度、平均坡度、產(chǎn)匯流地類[5]等。洪水計算特征參數(shù)見表4。

表4 流域特征參數(shù)表

2）設(shè)計暴雨：根據(jù)各支流控制流域面積大小及暴雨參數(shù)等值線通過流域的實際情況，按《手冊》表6.6.1選取定點，量算出各定點控制面積占流域面積的權(quán)重系數(shù)，從暴雨等值線圖上查得各支流流域形心處不同歷時的暴雨均值及Cv值，按Hp=Kp計算出不同頻率的設(shè)計點雨量。計算面雨量初值，求解暴雨公式參數(shù)，得出設(shè)計面雨量，進行時程分配，計算出主雨歷時tz和主雨雨量HP（tz）。結(jié)果見表5。

表5 主雨歷時及主雨雨量計算表 單位：mm，h

3）流域產(chǎn)流計算：根據(jù)各支流流域下墊面條件，由《手冊》表7.3.1.2查出和 ，即砂頁巖森林山地 Sr，A=23.0和Ks，A=1.50、砂頁巖灌叢山地Sr，A=18.0和Ks，A=1.20。表7.3.1.1查得流域持水度B0，p=0.5，計算可能損失、凈雨深、產(chǎn)流歷時、損失率和凈雨過程分配。

4）流域匯流計算：匯流計算采用《手冊》中推薦的綜合瞬時單位線法和推理公式法進行計算。

（1）綜合瞬時單位線：納什瞬時單位線將流域匯流過程假設(shè)為由n個等效線性水庫串聯(lián)體對水流的調(diào)蓄過程。把瞬時作用于流域上的單位凈雨水體在流域出口斷面形成的時間概率密度分布曲線稱為瞬時匯流曲線，量綱為1/［T］。把單位凈雨乘以瞬時匯流曲線稱為瞬時單位線。

在計算過程中，匯流地類為灌叢山地、森林山地，β1，β2，α為經(jīng)驗性指數(shù)，分別取為0.047、0.190、0.397；C1為復(fù)合地類匯流參數(shù)，分別取為1.257、1.046；C2為單地類匯流參數(shù)，分別取為1.53、0.717；計算結(jié)果見表6。

（2）推理公式法：最大流量Qm計算采用數(shù)值法。單一地類匯流參數(shù)m取值，灌叢山地為0.15、森林山地為0.08，計算結(jié)果見表6。

4.3 設(shè)計洪水成果的采用

各設(shè)計斷面不同方法的設(shè)計洪水計算結(jié)果列于表6。

從表6可以看出，水文比擬法和《手冊》法計算成果有一定差別，但不是很大。沁水河流域與端氏河流域地理位置靠近，屬同一個水文分區(qū)，且流域內(nèi)下墊面條件一致，植被類同；其次，油房水文站有1963～2006年實測洪峰流量資料，計算精度較高；第三，結(jié)合歷史調(diào)查洪水分析，端氏河2007年調(diào)查洪水560 m3/s與水文比擬法計算的P=10%設(shè)計洪峰流量589m3/s基本一致。

綜合考慮，本次設(shè)計洪水成果采用水文比擬法計算結(jié)果較為合理。

5 結(jié)語

本次洪水計算采用了無資料地區(qū)《手冊》中的計算方法，及參考相近流域的油坊水文站的洪峰流量，經(jīng)過對比，采用水文比擬法計算結(jié)果。

端氏河河道治理后，可以提高沿河兩岸城鎮(zhèn)的防洪標準，更好地保護村莊及耕地，減免沿河兩岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。

表6 端氏河各斷面設(shè)計洪峰流量成果表

［1］李英明，潘軍峰.山西河流［M］.北京:科學出版社.2004:435-439.

［2］山西省水利廳.山西省水文計算手冊［M］.鄭州:黃河水利出版社.2011.

［3］山西省水利廳.山西省歷史洪水調(diào)查成果（山西省水利廳2011年11月）第六分冊 沁河水系［M］.鄭州:黃河水利出版社.2011.

［4］詹道江，葉守澤.工程水文學（第三版）［M］，北京：中國水利水電出版社.2000:184.

［5］山西省水利廳.山西省水文計算手冊選用站水文下墊面產(chǎn)流地類圖冊［M］.鄭州:黃河水利出版社.2011.