雀巢公司配套天然氣管道穿越大沽河項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析

李磊 于新好 王備

雀巢公司配套天然氣管道穿越大沽河項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析

李磊 于新好 王備

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

萊西市雀巢公司配套天然氣管道工程穿越大沽河項(xiàng)目位于青島萊西市上海西路大沽河橋南橡膠壩下游100m處。河道斷面寬度約為900m，主槽寬220m，穿越河道內(nèi)多頑石，地層主要由填土、細(xì)砂、粗砂等組成。

大沽河屬于山溪性河流，枯季河水較少，汛期洪水暴漲暴落。根據(jù)國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和《大沽河綜合治理規(guī)劃》，確定該建設(shè)項(xiàng)目穿越河段現(xiàn)狀堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

二、防洪評(píng)價(jià)計(jì)算洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201 -94）及《大沽河綜合治理規(guī)劃》大沽河總體規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98），確定大沽河兩岸的堤防等級(jí)為Ⅱ級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。該建設(shè)項(xiàng)目穿越大沽河河段按照50年一遇和100年一遇兩個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)洪水。

三、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

此次計(jì)算假定產(chǎn)芝水庫(kù)以上流域?yàn)橥l率洪水，產(chǎn)芝水庫(kù)洪水經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪演算后經(jīng)河道匯流演算到設(shè)計(jì)斷面，再與區(qū)間的設(shè)計(jì)洪水疊加為設(shè)計(jì)斷面的設(shè)計(jì)洪水。

1.設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算

（1）設(shè)計(jì)雨期的選定及設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成

根據(jù)該流域水文實(shí)測(cè)資料分析，產(chǎn)芝水庫(kù)入庫(kù)洪水單峰在24h左右，復(fù)峰在72h左右，故此次計(jì)算設(shè)計(jì)雨期采用72h，以滿(mǎn)足洪水計(jì)算和水庫(kù)防洪安全核算的需要。

（2）由實(shí)測(cè)暴雨資料計(jì)算面雨量

選用上海路橡膠壩計(jì)算斷面以上流域內(nèi)霞?jí)]、張家院、產(chǎn)芝、南墅、小羅家、古山屯、道頭、南院莊等8處雨量站的實(shí)測(cè)雨量資料，統(tǒng)計(jì)計(jì)算產(chǎn)芝水庫(kù)以上流域和產(chǎn)芝水庫(kù)至計(jì)算斷面區(qū)間的年最大24h和年最大3d面雨量，采用矩法計(jì)算系列均值、Cv、Cs值，經(jīng)P-Ⅲ理論頻率曲線(xiàn)適線(xiàn)后，確定各種頻率的設(shè)計(jì)24h和3d面雨量。

對(duì)算得的產(chǎn)芝水庫(kù)以上流域及區(qū)間年最大面雨量資料系列進(jìn)行頻率計(jì)算，采用皮爾遜Ⅲ型曲線(xiàn)適線(xiàn)，取Cs=3.5Cv，經(jīng)適線(xiàn)分析后求得不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨成果見(jiàn)表1。

考慮到產(chǎn)芝水庫(kù)以上流域與上游勾山、城子兩座中型水庫(kù)屬串聯(lián)梯級(jí)水庫(kù)，產(chǎn)芝水庫(kù)以上流域考慮設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成，因區(qū)間面積遠(yuǎn)大于中型水庫(kù)控制面積，假定區(qū)間洪水同頻率，勾山、城子水庫(kù)以上流域?yàn)榻M合洪水的方法來(lái)計(jì)算。計(jì)算成果表見(jiàn)表2所示。

2.產(chǎn)流計(jì)算及設(shè)計(jì)凈雨時(shí)程分配

（1）產(chǎn)流計(jì)算

選取產(chǎn)芝水庫(kù)流域?qū)崪y(cè)系列中較大暴雨場(chǎng)次的暴雨日程分配。

流域內(nèi)實(shí)測(cè)的暴雨資料很多，如“79·7暴雨”“85·8暴雨”“97·8暴雨”等。通過(guò)分析實(shí)測(cè)的暴雨資料，本著對(duì)工程不利的原則，決定選取“85·8暴雨”作為典型暴雨，以其日程、時(shí)程分配作為實(shí)測(cè)暴雨法設(shè)計(jì)暴雨的日程、時(shí)程分配。日程分配為：

第一天：H第1d=0.42×（H3d-H24h）

第二天：H第2d=0.58×（H3d-H24h）

第三天：H第3d=H24h

凈雨計(jì)算采用產(chǎn)芝水庫(kù)實(shí)測(cè)水文資料求得的降雨徑流關(guān)系，設(shè)計(jì)前期影響雨量Pa第一天取45mm，第二、三天用計(jì)算值，分別查算出實(shí)測(cè)資料分析和暴雨等值線(xiàn)圖法計(jì)算的各日凈雨量。

（2）設(shè)計(jì)凈雨量時(shí)程分配

設(shè)計(jì)凈雨的時(shí)程分配采用山東省最新版的膠東區(qū)1（2）h凈雨時(shí)程分配成果，具體的分配雨型見(jiàn)表3。

3.設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

表1　產(chǎn)芝水庫(kù)流域和區(qū)間年最大H24、H3d頻率分析成果表

表2　產(chǎn)芝水庫(kù)流域各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨成果表

表3　山東省膠東區(qū)1h雨型表

表4　產(chǎn)芝水庫(kù)經(jīng)驗(yàn)單位線(xiàn)參數(shù)表Δt=2h流量m3/s

（1）產(chǎn)芝水庫(kù)以上流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

產(chǎn)芝水庫(kù)流域采用產(chǎn)芝水庫(kù)用實(shí)測(cè)洪水資料分析的經(jīng)驗(yàn)單位線(xiàn)進(jìn)行匯流計(jì)算，產(chǎn)芝水庫(kù)經(jīng)驗(yàn)單位線(xiàn)見(jiàn)表4所示。

要求得產(chǎn)芝水庫(kù)總的入庫(kù)洪水過(guò)程，還要將勾山、城子水庫(kù)各相應(yīng)頻率的入庫(kù)洪水經(jīng)調(diào)洪演算后的出庫(kù)過(guò)程匯流演算至產(chǎn)芝水庫(kù)，與求得的同頻率區(qū)間洪水疊加，才能得到產(chǎn)芝水庫(kù)各設(shè)計(jì)保證率的全流域入庫(kù)洪水。

此次計(jì)算，對(duì)城子、勾山兩座水庫(kù)進(jìn)行調(diào)算時(shí)城子水庫(kù)起調(diào)水位按興利水位127.00m,水庫(kù)水位在128.50m以下時(shí)按下游安全泄量140m3/s控制下泄，當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)128.50m時(shí)按溢洪道泄洪能力下泄；勾山水庫(kù)溢洪道無(wú)閘門(mén)控制，起調(diào)水位按123.78m，按溢洪道泄洪能力下泄。當(dāng)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，水庫(kù)水位達(dá)到壩頂高程時(shí)，水庫(kù)垮壩。

將城子、勾山兩座水庫(kù)的泄量過(guò)程經(jīng)匯流演算（馬司京干法，n=3，△t=2h）至產(chǎn)芝水庫(kù)壩址處即得勾山水庫(kù)相應(yīng)頻率洪水下泄后在產(chǎn)芝水庫(kù)壩址處的洪水過(guò)程。將各設(shè)計(jì)頻率的區(qū)間來(lái)水過(guò)程與上述計(jì)算的勾山水庫(kù)相應(yīng)頻率洪水在產(chǎn)芝水庫(kù)壩址處的洪水過(guò)程以及城子水庫(kù)相應(yīng)頻率洪水下泄過(guò)程經(jīng)匯流演算（馬司京干法，n=3，△t=2h）至產(chǎn)芝水庫(kù)壩址處的過(guò)程疊加，最后得到產(chǎn)芝水庫(kù)壩址處設(shè)計(jì)頻率下的入庫(kù)洪水過(guò)程。將以上產(chǎn)芝水庫(kù)入庫(kù)洪水進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪演算，起調(diào)水位按照汛中限制水位71.50m，防洪高水位73.67m以下按照安全泄量479m3/s進(jìn)行限泄，超過(guò)此水位進(jìn)行敞泄的原則進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪演算，得到產(chǎn)芝水庫(kù)出庫(kù)洪水過(guò)程，經(jīng)調(diào)算，產(chǎn)芝水庫(kù)出庫(kù)流量50年一遇和百年一遇最大洪峰流量分別為479m3/s和2542m3/s。

（2）產(chǎn)芝水庫(kù)至設(shè)計(jì)斷面區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

產(chǎn)芝水庫(kù)至設(shè)計(jì)計(jì)算斷面區(qū)間采用瞬時(shí)單位線(xiàn)法進(jìn)行匯流計(jì)算。瞬時(shí)單位線(xiàn)參數(shù)的推求采用《辦法》中提供的公式：

式中：F—流域面積，區(qū)間109km2；

J—干流平均坡度，區(qū)間0.0014；

R—凈雨量，由P+Pa～R關(guān)系圖查得；

Tc—有凈雨歷時(shí)，根據(jù)雨型表確定；

K—系數(shù)，根據(jù)平原面積權(quán)重確定。

M1確定后，根據(jù)瞬時(shí)單位線(xiàn)查算表得時(shí)段單位線(xiàn)，再用時(shí)段凈雨乘以時(shí)段單位線(xiàn)即得各設(shè)計(jì)保證率的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，加上基流量（流域面積/100），即得各部分總的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。

經(jīng)計(jì)算，產(chǎn)芝水庫(kù)至設(shè)計(jì)斷面區(qū)間50年一遇和100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量分別為247m3/s和298m3/s。

4.設(shè)計(jì)斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析

將產(chǎn)芝水庫(kù)調(diào)算后的出庫(kù)洪水過(guò)程匯流演算至設(shè)計(jì)斷面，再與區(qū)間設(shè)計(jì)洪水過(guò)程相疊加，得到設(shè)計(jì)斷面上海路橡膠壩斷面的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。經(jīng)計(jì)算，上海路橡膠壩設(shè)計(jì)斷面的50年一遇和100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量分別為589m3/s和2596m3/s

（作者單位：青島市水文局266071）