馬頰河防洪排澇能力評(píng)價(jià)

馬書濤，蓋廣民

（德州市水文局，山東德州253016）

馬頰河防洪排澇能力評(píng)價(jià)

馬書濤，蓋廣民

（德州市水文局，山東德州253016）

極端天氣復(fù)雜多變，假定現(xiàn)狀水利工程遭遇歷史大暴雨，通過(guò)暴雨頻率分析、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及實(shí)測(cè)資料對(duì)比分析，對(duì)馬頰河防洪排澇能力進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。

歷史大暴雨；重現(xiàn)；馬頰河；防洪標(biāo)準(zhǔn)

馬頰河是魯北平原僅次于徒駭河的大型行洪排澇河道，河道長(zhǎng)443 km，流域面積8 330 km2。由于流域面積大，河道窄長(zhǎng)，入?？诔雎凡粫?、排水能力低，大雨后下游河道經(jīng)常為上游來(lái)水占用，當(dāng)?shù)貪乘y以排除。本文假定以馬頰河遭遇1961年大暴雨為例，重現(xiàn)歷史暴雨在現(xiàn)狀條件下，對(duì)河道防洪排澇能力的影響及評(píng)價(jià)。

1　馬頰河防洪標(biāo)準(zhǔn)

馬頰河治理標(biāo)準(zhǔn)采用的是典型年法。即以1964年雨型，45 d降水量400 mm推算的洪水作為設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)；以1961年45 d降水量600 mm推算的洪水作為防洪標(biāo)準(zhǔn)。采用的峰量值關(guān)系是：Qm=0.0172R·F0.25

隨著水文資料的積累，有必要對(duì)其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較論證，以定量描述河道治理標(biāo)準(zhǔn)，為今后河道治理提供科學(xué)依據(jù)。

2　歷史暴雨的統(tǒng)計(jì)分析

2.1馬頰河流域歷史特大暴雨

在有水文記載的80多年中，最大24 h時(shí)暴雨量發(fā)生在1961年7月11日，寧津站降水量達(dá)384.7 mm；歷史最大45日單站降水量是從1961年7月1日開(kāi)始計(jì)算的德平站達(dá)到785.6 mm。在分析計(jì)算面雨量時(shí)，按流量站的控制斷面將馬頰河流域分為3個(gè)斷面以上流域和三個(gè)區(qū)間。以流域內(nèi)國(guó)家雨量站實(shí)測(cè)的45 d最大暴雨見(jiàn)表1。

2.245d暴雨的頻率計(jì)算

1）計(jì)算樣本的選取采用最大值法。據(jù)6個(gè)分區(qū)統(tǒng)計(jì)的面平均45 d暴雨量的年最大值，組成連續(xù)系列供分析計(jì)算。

2）統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算采用常用公式。考慮到除澇標(biāo)準(zhǔn)較低，不需外延求取稀遇值，所以系列均值、離差系數(shù)CV值采用實(shí)測(cè)值，不做適線處理。偏差系數(shù)CS值取經(jīng)驗(yàn)值CS=3.5CV。

3）計(jì)算成果的摘錄：根據(jù)防洪除澇常用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取3、5、10、20、30年一遇。

4）取魯北地區(qū)45 d暴雨高值點(diǎn)，即馬頰河流域內(nèi)的德平站歷年最大45暴雨量進(jìn)行頻率計(jì)算，以德平站做為代表站。頻率計(jì)算成果見(jiàn)表2。

2.3設(shè)計(jì)暴雨與實(shí)測(cè)暴雨的比較評(píng)價(jià)

馬頰河典型年法暴雨設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定為1964型400 mm除澇，1961年型600 mm防洪，雨期均為45 d，針對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用不同方法，比較評(píng)價(jià)如下：

用上述頻率計(jì)算成果點(diǎn)繪45 d暴雨量～頻率～面積的相關(guān)曲線，然后將同期400 mm與600 mm的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值繪于同一關(guān)系圖上（見(jiàn)圖1）。

表1　馬頰河流域?qū)崪y(cè)45 d暴雨統(tǒng)計(jì)表

表2　馬頰河流域平均最大45 d暴雨頻率計(jì)算成果表

圖1　馬頰河流域暴雨設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較圖

1）分析45 d暴雨量400 mm除澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如圖1可知：當(dāng)流域面積小于1 000 km2時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)在3～5年一遇之間：當(dāng)流域面積在1 000～5 000 km2時(shí)其標(biāo)準(zhǔn)在5～8年一遇之間；當(dāng)流域面積達(dá)到8 500 km2，其標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到10年一遇。

2）45d暴雨量600 mm的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高。在流域面積小于500 km2時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)在10～20年一遇；流域面積在500～1 000 km2時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)在20～30年一遇；流域面積大于1 000 km2時(shí)，則高于30年一遇。

馬頰河防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)具備防御歷史特大暴雨的能力，但在小面積上排洪能力差，即在遭遇局部特大暴雨時(shí)，暴雨區(qū)仍會(huì)嚴(yán)重積澇。作為典型年的設(shè)計(jì)暴雨量，全流域不分面積大小和區(qū)域地理位置，統(tǒng)一用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是欠妥的。

3　設(shè)計(jì)洪水的比較評(píng)價(jià)

3.1設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算分析

1）采用某一控制斷面以每年最大一次單位面積上產(chǎn)生的洪量——徑流深（以mm表示），作為洪水頻率分析計(jì)算的系列樣本，并給出不同頻率設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的徑流深。然后選用一個(gè)設(shè)計(jì)雨型和現(xiàn)有河道不積澇的流量過(guò)程線，推出相應(yīng)的洪峰流量。

2）洪水樣本的頻率計(jì)算：洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法、公式以及選用標(biāo)準(zhǔn)均同于暴雨頻率計(jì)算。但偏差系數(shù)CS值取2.5CV值。其頻率計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3　馬頰河流域各站洪水頻率計(jì)算成果

3）各站不同頻率洪水過(guò)程及相應(yīng)排水模數(shù)的推算。

（1）雨型的選用：因平原區(qū)河道調(diào)蓄能力大，單點(diǎn)上的暴雨時(shí)程特性對(duì)整個(gè)流域洪水影響較小，所以雨型選用流域平均雨型較好。因?yàn)檫@種雨型是流域內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的暴雨組合。共選取了8種，有3日、5日、7日的，通過(guò)流量演算求出洪峰流量，選其偏大者作為設(shè)計(jì)雨型。最后選定的即為1990年7月26日至30日一次5日降雨分配過(guò)程。降雨分配過(guò)程（稱毛雨過(guò)程）轉(zhuǎn)化為凈雨過(guò)程是應(yīng)用該站降雨徑流關(guān)系逐時(shí)段（時(shí)段選用△t=6 h）查取求得。凈雨分配過(guò)程見(jiàn)表4。

各站不同頻率洪水過(guò)程均采用此凈雨分配過(guò)程推算。

表4　凈雨時(shí)程分配表

（2）各站不同頻率洪水過(guò)程的演算：洪水過(guò)程的演算采用瞬時(shí)單位線法。

m1=1.34 F0.463；m2=0.59 F－0.14。

式中m1、m2為瞬時(shí)單位線參數(shù)，F(xiàn)為匯流面積，km2。

（3）各站不同頻率排水模數(shù)的計(jì)算：其計(jì)算公式為：Mp=Qmp/A

式中：Mp為不同頻率的排水模數(shù)（m3/s/km2）；Qmp為不同頻率凈雨演算出的洪峰流量（m3/s）；A為各站匯流面積（km2）。

由于上述洪水計(jì)算分析站點(diǎn)最小匯水面積1 331 km2（堤口孫家站），而馬頰河原設(shè)計(jì)排水模數(shù)最小面積為100 km2，為了可比分析，流量演算時(shí)分上、下游各假設(shè)一個(gè)100 km2面積站進(jìn)行演算。假設(shè)站不同頻率凈雨深采用王鋪閘和堤口孫家站的計(jì)算值。以上瞬時(shí)單位線計(jì)算參數(shù)、流量演算出的洪峰流量計(jì)算成果見(jiàn)表5。

3.2以實(shí)際發(fā)生的超標(biāo)準(zhǔn)洪水比較評(píng)價(jià)

1970年河道治理完成后，馬頰河流域也曾經(jīng)歷過(guò)幾個(gè)大水年。這些大水年雖不及1961與 1964年，但在不同河段區(qū)間都有超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生。根據(jù)流域內(nèi)幾處水文站的實(shí)測(cè)洪水資料統(tǒng)計(jì)，在1970年后幾個(gè)大水年中，馬頰河王鋪閘以上只有一次水位超過(guò)64型（積澇型）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有發(fā)生超標(biāo)流量，相當(dāng)于20年一遇。但是在其下游發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水較多。大道王閘共發(fā)生超設(shè)計(jì)流量（64型）4年次，相當(dāng)于6年一遇；但該站卻沒(méi)有發(fā)生超設(shè)計(jì)水位的情況。中游李家橋閘站發(fā)生超設(shè)計(jì)水位（64型）的洪水2次，超設(shè)計(jì)流量1次，相當(dāng)于12年一遇。無(wú)論上、中、下游在河道按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已治理后的45年中，未發(fā)生一次超61型標(biāo)準(zhǔn)的洪水。因而實(shí)測(cè)洪水超標(biāo)現(xiàn)象，與頻率分析計(jì)算的成果基本相似，即上游治理標(biāo)準(zhǔn)高于中、下游，下游低于上游。

表5　馬頰河不同頻率洪水分析計(jì)算成果表

4　結(jié)語(yǔ)

1）實(shí)際比較中設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)上游較高，下游較低，主要是上、下游產(chǎn)流機(jī)制不同。

2）馬頰河防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)具備防御歷史特大暴雨的能力，但在局部區(qū)域遭遇特大暴雨時(shí)，暴雨區(qū)仍會(huì)嚴(yán)重積澇。

（責(zé)任編輯遲明春）

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2016-05-04

馬書濤（1975—），男，工程師