冀東地區(qū)河道治理水文分析

米 勇

（保定市水土保持試驗站，河北保定071051）

冀東地區(qū)河道治理水文分析

米 勇

（保定市水土保持試驗站，河北保定071051）

還鄉(xiāng)河位于冀東地區(qū)遷西縣境南部，在遷西縣境內(nèi)長20 km，河床平均寬40 m。河道多年未經(jīng)治理淤積嚴重，加上兩岸村莊侵占河道，使還鄉(xiāng)河河道防洪能力低，現(xiàn)狀防洪標準不足5年一遇。一旦遭遇較大洪水，將嚴重威脅到兩岸村莊及道路的安全。通過對還鄉(xiāng)河河道特征及水文進行分析研究，測算河道斷面不同重現(xiàn)期最大洪峰流量和設計洪水量，為將來進行系統(tǒng)的河道治理提供決策依據(jù)。

冀東；河道治理；防洪；水文分析

1 引言

還鄉(xiāng)河是海河流域薊運河水系的重要河流之一，發(fā)源于遷西縣新集鄉(xiāng)的泉莊，流經(jīng)新集、夾河、巖口，在偏峪流入邱莊水庫，水庫以下有沙流河、雙城河、黑龍河、泥河等支流匯入，在水庫以下流經(jīng)豐潤、玉田等地，于九丈窩出唐山市進入天津市寧河縣，經(jīng)還鄉(xiāng)河分洪道于閻莊匯入薊運河，全長160 km，流域面積1 566 km2。遷西縣還鄉(xiāng)河新集大橋下游至上龐店橋上游段位于唐山市遷西縣的低山丘陵區(qū)，治理河段河道比降為1.8‰。遷西縣山勢一般較為緩和，北部地勢比降為16%～18%，南部比降為20%；地質(zhì)地貌復雜，形成的土壤種類較多，有棕壤、褐土、風沙土等。

2 氣象水文概況

工程項目區(qū)屬東部季風區(qū)暖溫帶半濕潤地區(qū)，大陸性季風氣候顯著，四季分明，冬季受蒙古冷高壓控制，盛行自大陸吹向海洋的冬季風，氣候寒冷干燥，降雪稀少，多有寒潮天氣；春季受蒙古高壓和太平洋高壓影響，冷暖空氣交鋒頻繁，天氣多變，降水少，常有大風；夏季吹東南季風，炎熱多雨；秋季天氣晴朗，晝暖夜涼。年均氣溫10.3℃，7月最熱，平均氣溫25.4℃；1月最冷，平均氣溫-6.3℃；平均年較差31.7℃，極端最高氣溫40℃，極端最低氣溫-25℃。據(jù)遷西縣1956—2013年降水資料統(tǒng)計，多年平均年降水量702.1 mm，降水量有年際變化大、年內(nèi)分配不均勻的特點。降水時間多出現(xiàn)在6—9月，4個月的降雨量占全年降水量的80%以上，其中又以7、8月最為集中。降水的年際變化也比較大，豐、枯年降水極值比在2.8～4.8。無霜期最長201 d，最短167 d，平均184 d。10月中旬到次年4月上旬為凍結期，最大凍土深度84 cm。

3 水文分析

3.1 徑流

還鄉(xiāng)河汛期降雨為徑流主要來源。該流域無實測年徑流資料，本次設計徑流量利用《河北省水資源評價》中的等值線圖查得，工程項目區(qū)在25%、50%、75%保證率下天然年徑流量分別為3 405.2萬、2 270.1萬、1 579.2萬m3。不同保證率年徑流量年內(nèi)分配分析結果，見表1。

3.2 泥沙分析

依據(jù)《唐山市水文手冊》，工程項目區(qū)土壤侵蝕類型為土石山地輕度侵蝕，多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為220～270 t/km2。經(jīng)現(xiàn)場勘查，該流域淤積較輕，且其上游為低山丘陵區(qū)，植被覆蓋良好。綜合考慮各方面影響因素，確定多年平均年懸移質(zhì)侵蝕模數(shù)為255 t/km2。推移質(zhì)占比根據(jù)附近水文站的推懸比資料確定為10%，則由此確定其多年平均年侵蝕模數(shù)為280.5 t/km2[1]。經(jīng)計算，工程項目區(qū)多年平均年輸沙量為2.47萬t。

表1 不同保證率年徑流量年內(nèi)分配成果

3.3 洪水分析

還鄉(xiāng)河為季節(jié)性河流，本流域洪水的主要來源是暴雨，本地區(qū)暴雨同西太平洋副熱帶高壓的活動有密切關系，每年6月下旬至9月上旬是暴雨最為活躍的季節(jié)，水汽沿太平洋高壓西北前沿輸送至此，與西風帶中的冷渦氣旋配合，冷暖氣流的交匯提供了本區(qū)暴雨形成的有利條件。從多年雨量分布規(guī)律上看，經(jīng)常出現(xiàn)局部地區(qū)短歷時暴雨。

本次設計采用暴雨資料推求設計洪水的方法進行計算，即分別采用《唐山市水文手冊》（1997年）和《河北省設計暴雨圖集》（2002年）中推薦的方法進行計算。還鄉(xiāng)河遷西段流域，如圖1所示。

圖1 還鄉(xiāng)河遷西段流域

根據(jù)遷西縣1∶5 000地形圖復核斷面以上控制流域特征值情況，見表2。

表2 遷西縣還鄉(xiāng)河新集大橋下游至上龐店橋上游流域特征值情況

3.4 分析方法及成果

（1）單因子經(jīng)驗公式法。設計洪峰流量計算公式為：

式中：Qmp為某一頻率的設計洪峰流量（m3/s）；Cp為設計頻率洪峰模系數(shù)，Cp=Kp·Cˉp；F為流域面積（km2）。

（2）多因子經(jīng)驗公式法。多因子經(jīng)驗公式比單因子經(jīng)驗公式多考慮了流域形狀以及河道狀況對設計洪水的影響，設計洪峰流量計算公式為：

式中：C為系數(shù)；H24p為某一頻率的年最大24 h降雨量（mm）；Ψ為流域形狀系數(shù)，Ψ=F/L2；L為主河道長度（km）；J為河流比降（‰）；其他符號意義同上。

（3）推理公式法。設計洪峰流量計算公式為：

式中：Qmp為某一頻率的洪峰流量（m3/s）；Hτ為τ歷時內(nèi)的最大降雨量（mm）；τ為匯流歷時（h）；tc為凈雨歷時（h）；R為次洪水徑流深（mm）；μ為產(chǎn)流參數(shù)（mm/h）；m為匯流參數(shù)，m=0.7θ0.137，θ=L/J1/3；F為流域面積（km2）；L為主河道長度（km）；J為河道比降（‰）；ip為某一頻率24 h降雨平均強度（mm/h）；a為參數(shù)；θ為流域特征值。

依據(jù)上述3種方法分別計算，得到工程各設計斷面的最大洪峰流量成果，見表3。

由以上計算成果可見，單因子經(jīng)驗公式法、多因子經(jīng)驗公式法和推理公式法計算結果相當[2]。經(jīng)計算，不同重現(xiàn)期3種計算方法得到的結果相差均不到10%，說明計算結果比較一致。

從本治理段安全角度考慮，本次設計采用較大值作為設計值，即采用單因子經(jīng)驗公式法的計算成果作為設計成果，則本治理段10年一遇樁號5+200斷面設計洪峰流量為293 m3/s、10年一遇樁號12+ 100斷面設計洪峰流量為326 m3/s。

TV122+.5

B

1004-7328（2015）01-0053-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.019

2014-09-12

米勇（1982-），男，助理工程師，主要從事水利水保工程設計工作。