通遼市南部山區(qū)常用頻率洪水地區(qū)綜合公式的編制

劉艷紅，馬飛華，魏雪瑩，丁曉威

（1.通遼市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，內(nèi)蒙古通遼028000；

2.通遼市科爾沁左翼后旗水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，內(nèi)蒙古通遼028000）

通遼市南部山區(qū)常用頻率洪水地區(qū)綜合公式的編制

劉艷紅1，馬飛華1，魏雪瑩1，丁曉威2

（1.通遼市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，內(nèi)蒙古通遼028000；

2.通遼市科爾沁左翼后旗水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，內(nèi)蒙古通遼028000）

文章通過利用水文站點(diǎn)資料和已經(jīng)批復(fù)的水利工程水文成果，計(jì)算得出的洪水成果，建立本區(qū)域站點(diǎn)流域面積～洪峰/洪量關(guān)系曲線，編制各個(gè)頻率下的洪水地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式。該成果通過已有洪水觀測資料檢驗(yàn)，證明復(fù)核當(dāng)?shù)貙?shí)際觀測成果，精度較高，為該地區(qū)今后的水文計(jì)算提供了簡便的方法，可在該地區(qū)推廣應(yīng)用。

柳河流域；牤牛河流域；洪峰；洪量；誤差

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.020

1 研究區(qū)暴雨洪水

1.1 南部山區(qū)暴雨洪水總體特征

通遼市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，總土地面積為59835km2，其中山區(qū)面積為18624km2，中部平原面積為19750km2，平原區(qū)面積坨沼為21161km2。南部山區(qū)跨越牤牛河和柳河兩個(gè)流域，屬于黃土丘陵區(qū)，是國家水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，南部山區(qū)總面積為4420km2。

柳河流域和牤牛河流域的洪水主要是由暴雨形成的，形成暴雨的主要天氣系統(tǒng)有華北低壓、渤海氣旋、臺(tái)風(fēng)和冷鋒等。受海洋季風(fēng)影響，暴雨洪水均發(fā)生在每年6～9月，區(qū)域內(nèi)大洪水主要集中在7～8月。洪水多為單峰型，個(gè)別年份有雙峰出現(xiàn)。該地區(qū)受西北冷渦的影響，易形成局部暴雨，其特點(diǎn)是暴雨強(qiáng)度大，歷時(shí)短，暴雨主要在1日內(nèi)，最大1日降雨量約占3日降雨量的70%。洪水過程峰型為尖瘦型，主峰靠前，一次洪水過程一般為3日，且洪水含沙量大。

根據(jù)《遼河流域水文年鑒》（1959～1985年，1987～1996年）實(shí)測洪水資料統(tǒng)計(jì)，洪水從起漲到峰頂在12h左右，洪峰滯時(shí)約1h，洪峰退水歷時(shí)略長，在60h左右。一次洪水歷時(shí)3天，主要洪量集中在24h以內(nèi)，多年平均1日洪量W1占3日洪量W3的75～89%。通遼市南部山區(qū)站點(diǎn)洪量比例關(guān)系見表1。

表1 南部山區(qū)洪量比例關(guān)系（P=1%）表

1.2 歷史洪水調(diào)查及重現(xiàn)期的確定

1973年6月吉林省水利勘測設(shè)計(jì)院《牤牛河流域水利規(guī)劃報(bào)告》中指出，牤牛河1949年發(fā)生了自1923年以來較大的洪水，洪水重現(xiàn)期為50年。經(jīng)調(diào)查1949年六合成站洪峰流量為8140m3/s，迷離營子站洪峰流量為14400m3/s。該論文資料年限順延到2011年，洪水重現(xiàn)期為90年。

1963年柳河流域發(fā)生了全流域性的大洪水，三大支流中扣河子石門子水文站，養(yǎng)畜牧河三家子水文站，鐵牛河白廟子水文站最大洪峰及1日洪量見表2。

表2 柳河各站1963年洪水情況表

1993年遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)院完成的《柳河流域規(guī)劃水文分析報(bào)告》中對(duì)上述三站均進(jìn)行了歷史洪水調(diào)查，并且確定了上述各站1963年洪水的重現(xiàn)期，其中石門子站為128年，三家子站為43年，白廟子站1963年洪水未做特大值處理。上述三站洪水重現(xiàn)期的計(jì)算是以1989年為基準(zhǔn)的，根據(jù)本次設(shè)計(jì)收集到的上述三站1957～2007年實(shí)測洪水資料，1963年洪水仍為各站首位，因此，將各站洪水重現(xiàn)期順延至今，見表3。

表3 柳河各站1963年洪水重現(xiàn)期

2 單站洪峰，洪量洪水參數(shù)計(jì)算

用實(shí)測洪峰、洪量加入歷史洪水的系列，依據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL 44_2006）按不連序系列進(jìn)行頻率計(jì)算，其經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算公式為：

特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率：

式中：N為歷史洪水調(diào)查考證期，年；M為特大洪水序位；a為特大洪水個(gè)數(shù)；PM為第M項(xiàng)特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率。

實(shí)測洪水系列的經(jīng)驗(yàn)頻率：

式中：N為重現(xiàn)期，（年）；a為特大洪水項(xiàng)數(shù)；n為實(shí)測洪水系列年數(shù)；L為實(shí)測洪水系列中提取特大洪水項(xiàng)數(shù)；m為實(shí)測洪水的序位。

統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用矩法初步估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，用適線法調(diào)整初步估算的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，各站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見表4。

表4 通遼市南部山區(qū)水庫除險(xiǎn)加固成果表（已批復(fù)）

石門子站、白廟子站和三家子站采用1957～2013年系列成果，鬧得海水庫采用建庫至2013年實(shí)測資料，其余站點(diǎn)的成果為已經(jīng)批復(fù)的水文成果，各站洪水計(jì)算成果見表5。

表5 通遼市南部山區(qū)各個(gè)站點(diǎn)洪水成果表

續(xù)表5

3 設(shè)計(jì)洪水區(qū)域綜合公式

通遼市南部山區(qū)柳河流域上的三家子站、石門子站、白廟子站、鬧得海水庫、石灰窯、平房水庫、漠河溝水庫、小南京洼水庫以及牤牛河流域的六合成站、迷力營子站和崗崗水庫等站點(diǎn)的常用頻率下的洪峰，最大1日洪量，在雙對(duì)數(shù)紙上分別點(diǎn)繪洪峰，最大1日洪量與各站流域面積的關(guān)系，在雙對(duì)數(shù)紙上定出該地區(qū)的洪峰均值，最大1日與流域面積的地區(qū)綜合關(guān)系線，求得地區(qū)綜合關(guān)系式。從而得到通遼市南部山區(qū)各種頻率洪峰和洪量地區(qū)洪水綜合關(guān)系式，即：

式中：Q為洪峰流量，m3/s；W為洪量，104m3；A為設(shè)計(jì)洪峰折算系數(shù)；B為設(shè)計(jì)洪量折算系數(shù)；n為面積指數(shù)；F為流域面積，km2。公式中各參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 通遼市南部山區(qū)地區(qū)洪水綜合關(guān)系參數(shù)表

4 研究成果在實(shí)踐中的檢驗(yàn)

2011年7月20日通遼市普降大雨，收集到南部山區(qū)部分水庫庫容變化資料。采用同頻率暴雨產(chǎn)生同頻率洪水的推算相應(yīng)水庫站點(diǎn)的理論洪水成果，實(shí)測洪水成果和理論洪水成果對(duì)比，見表7。

表7 2011年7月通遼市南部山區(qū)部分水庫實(shí)測成果與推算成果對(duì)比表

根據(jù)表7可知，大部分站點(diǎn)的理論計(jì)算洪水量與實(shí)際產(chǎn)生的洪水量的誤差在3.59～5.06%之間。對(duì)于道老都水庫和石碑水庫的誤差較大，分析其原因有2點(diǎn)：（1）該水庫利用泄水建筑物泄水，在降雨過程中，水庫的泄水建筑物開始調(diào)度運(yùn)行，使得降雨產(chǎn)生的洪水量與實(shí)際庫容增量的差值較大。（2）道老杜水庫壩址以上的植被覆蓋率較柳河流域其他地區(qū)低，但是壩址以上主要為坨甸相見區(qū)域，降雨產(chǎn)生的洪水前期入滲至地面以下，大都已補(bǔ)給地下水。

5 結(jié)論

（1）本文建立的通遼市南部山區(qū)地區(qū)洪水綜合關(guān)系式較適合該地區(qū)小型水庫的洪水計(jì)算。300年一遇洪水計(jì)算公式Qm=42.2F0.62，W1=22.3F0.84；200年一遇洪水計(jì)算公式Qm=38.5F0.62，W1= 18.2F0.84；100年一遇洪水計(jì)算公式Qm= 28.12F0.62，W1=15.07F0.84；50年一遇洪水計(jì)算公式Qm=25.78F0.62，W1=12.55F0.84；30年一遇洪水計(jì)算公式Qm=25.5F0.62，W1=10.4F0.84；20年一遇洪水計(jì)算公式Qm=24.1F0.62，W1=9.9F0.84；10年一遇洪水計(jì)算公式Qm=10.75F0.62，W1=5.92F0.84。

（2）通過實(shí)測檢驗(yàn)暴雨產(chǎn)生的理論洪水量與實(shí)際洪水量間的誤差小于10%，比較符合當(dāng)?shù)貙?shí)際，該成果適用于黃土丘陵山區(qū)。根據(jù)實(shí)測暴雨檢驗(yàn)成果，建議適當(dāng)考慮植被的影響，在本公式計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，中小洪水折減3～5%。

（3）建議在黃土丘陵山區(qū)，植被覆蓋率在30～60%的地區(qū)推廣應(yīng)用。該公式能為通遼市南部山區(qū)中小流域治理和中小型水庫水文計(jì)算提供很大的方便。

［1］水利部東北勘測設(shè)計(jì)研究院，柳河流域規(guī)劃水文分析報(bào)告［R］.長春.2000.

［2］劉艷紅.巴爾敦溝水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.通遼.2008.

［3］劉志強(qiáng)，劉艷紅.嘎海山水庫初步設(shè)計(jì)水文分析報(bào)告［R］.通遼.2014.

［4］李娜偉，葉建新.鬧得海水庫水沙規(guī)律分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（08）：18_19.

［5］吉林省水利勘測設(shè)計(jì)院，牤牛河流域水利規(guī)劃報(bào)告［R］.長春.1999.

［6］李淑萍.牤牛河水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.通遼.2007.

［7］劉東升.漠河溝水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.通遼.2006.

［8］馬立新，紅旗水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.通遼.2005

［9］劉艷紅，臥牛山水庫初步設(shè)計(jì)水文分析報(bào)告［R］.通遼.2007.

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劉艷紅（1981年—），女，工程師。