基于洪水調(diào)查的山洪溝設(shè)計洪水計算

郭華

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000）

基于洪水調(diào)查的山洪溝設(shè)計洪水計算

郭華

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000）

為解決哈拉奇鄉(xiāng)南部山區(qū)的山洪災(zāi)害問題，擬實施哈拉奇鄉(xiāng)導(dǎo)洪渠二期工程，需對其進行洪水計算。分別采用推理公式法、面積比擬法、地區(qū)綜合頻率曲線法對導(dǎo)洪渠沿線山洪溝洪水進行計算，通過山洪溝洪水調(diào)查，率定出推理公式計算參數(shù)：m為Ⅰ類，R=1.1、r1=0.76。不同計算方法的結(jié)果顯示：面積比擬法的計算結(jié)果最??；對于流域面積較大的洪溝，采用推理公式法與地區(qū)綜合頻率曲線法的計算結(jié)果相近；對于流域面積較小的洪溝，采用地區(qū)綜合頻率曲線法的計算結(jié)果顯著小于推理公式法的計算結(jié)果。由于山洪溝洪水主要源自暴雨，推理公式法運用成熟，以洪水調(diào)查率定后的參數(shù)進行計算，較符合實際，因此推薦采用推理公式法的計算成果。

設(shè)計洪水；山洪溝；洪水調(diào)查；推理公式；面積比擬；地區(qū)綜合頻率曲線

哈拉奇鄉(xiāng)地處托什干河中游河谷，位于喀拉塔格山北坡沖洪積扇中下部，托什干河南岸的二級階地，距離阿合奇縣城38 km，306省道222 km處。哈拉奇鄉(xiāng)南東西三面環(huán)山，北面為托什干河，山谷延伸至河邊逐漸變寬，總體地形南高北低，兩側(cè)高，中間低。哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程位于托什干河的右岸，哈拉奇鄉(xiāng)西南側(cè)3.5 km處，泄洪渠工程全長17 km，其中一期工程于2015年建成，長4.5 km，擬建二期工程長12.5 km。泄洪渠的工程任務(wù)是攔截來自南部山區(qū)的暴雨洪水，保護哈拉奇鄉(xiāng)的安全，并將洪水導(dǎo)向下游。

1 設(shè)計暴雨

在同一地區(qū)同一氣候情況下降雨與高程密切相關(guān)，其降水量隨高程上升而迅速增大，本次選取距工程區(qū)更近、海拔高程更接近的阿合奇氣象站實測降雨資料。根據(jù)阿合奇氣象站1957~2016年共60年的暴雨資料，對該資料進行分析計算，得各頻率年最大一日降雨設(shè)計值，見表1。

表1 阿合奇氣象站最大一日降雨量設(shè)計成果表單位：mm

2 洪水調(diào)查

2016年新疆水利水電勘測設(shè)計研究院組織專業(yè)人員對哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期、二期工程沿線山洪溝進行了詳盡的洪水調(diào)查工作。

依據(jù)調(diào)查測量的縱、橫斷面成果及洪痕位置，采用水力學(xué)的曼寧公式[1]計算其洪峰流量；其中糙率選擇時，考慮主槽、灘地及彎道等因素，同時參照東北院編制的天然河道糙率表[2]選取，相應(yīng)調(diào)查成果見表2。

表2 哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程沿線山洪溝洪水調(diào)查成果表

根據(jù)本次山洪溝調(diào)查洪水成果，作出調(diào)查洪峰~流域面積相關(guān)圖，見圖1所示?？芍驵l(xiāng)泄洪渠工程沿線山洪溝調(diào)查洪峰與流域面積的相關(guān)關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)在0.95以上，表明該區(qū)域洪水具有一致性的規(guī)律。

圖1哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程山洪溝調(diào)查洪峰~流域面積相關(guān)圖

據(jù)現(xiàn)場勘查，哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期工程已于2015年底建成，其攔截調(diào)查5號斷面以上所有洪溝的洪水并導(dǎo)向下游。此次在泄洪渠一期工程出口位置對2016年發(fā)生洪水進行了調(diào)查，成果見表3。

表3 哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期工程2016年洪水調(diào)查洪峰成果表

此次洪水調(diào)查的洪溝大多為寬淺型，遇到較大降雨形成的洪水時會滿槽溢出，即洪水高痕尋找的難度較大，且連續(xù)性較差。而最近發(fā)生的一場洪水為2016年7月30日，據(jù)此次洪水現(xiàn)場調(diào)查時間不足半年，經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，該場洪水的痕跡很清晰，在絕大多數(shù)調(diào)查洪溝斷面洪痕的中痕位置上，分布有清晰的、連續(xù)的條帶狀沖刷泥痕，并與現(xiàn)場村民指認(rèn)位置基本一致，可以認(rèn)定調(diào)查洪水即為2016年7月30日發(fā)生的洪水。

通過調(diào)查，泄洪渠工程區(qū)域山洪溝在1999年發(fā)生過一場大洪水，據(jù)村民描述該場洪水規(guī)模為最大。自1999年以后，2015年及2016年均發(fā)生了較大洪水，因此可知2016年洪水為1999年洪水以來序位為第三，則其重現(xiàn)期為N=（2016-1999+1）/3=6年。

3 設(shè)計洪水計算

本次分別采用推理公式法、面積比擬法、地區(qū)綜合頻率曲線法[3]對哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠二期沿線山洪溝洪水進行計算。

3.1 推理公式法

水利部推薦的推理公式法基本公式如下：式中：Qmp為設(shè)計洪峰流量（m3/s）；τ為匯流歷時（h）；Sp為設(shè)計雨力（mm/h）；m為匯雨參數(shù)；F為流域面積（km2）；L為溝長度（km）；J為溝道平均比降；φ為洪峰徑流系數(shù)，分全面匯流和部分匯流兩種情況考慮，即當(dāng)tc<τ時為部分匯流，當(dāng)tc≥τ時為全面匯流，分別選取相應(yīng)暴雨指數(shù)n1、n2進行試算，推求設(shè)計洪峰流量。

產(chǎn)流歷時tc由下式計算：式中：tc為產(chǎn)流歷時（h）；μ為凈雨歷時內(nèi)平均損失率（mm/h）。

根據(jù)我院此次的山洪溝調(diào)查成果，調(diào)查洪水為2016年洪水，洪水重現(xiàn)期為6年，根據(jù)阿合奇縣氣象站設(shè)計降雨成果[4]，可知該場洪水（P=15%）對應(yīng)的降雨量為42 mm。將初選匯流參數(shù)m及流域下墊面條件損失強度R、r1計算渠線各洪溝洪峰流量。結(jié)合洪溝下墊面實際情況，經(jīng)試算，當(dāng)m取I類下墊面條件，μ?、箢惖貐^(qū)、前期土壤干旱情況，n1=0.72，n2=0.68時，由推理公式計算得到的各洪溝洪峰流量，與此次調(diào)查得到的洪峰流量成果間有基本相同的統(tǒng)計關(guān)系分布規(guī)律，見圖2。

圖2洪溝調(diào)查洪水與推理公式計算洪水關(guān)系圖

結(jié)合圖2，在調(diào)查值的基礎(chǔ)上，經(jīng)過率定的推理公式法計算參數(shù)[5]為：m為I類下墊面條件，n1=0.72，n2=0.68，土壤下墊面條件R=1.08、損失強度r1=0.75。

采用推理公式，根據(jù)率定后的參數(shù)，可計算出阿合奇鄉(xiāng)泄洪渠二期工程沿線山洪溝設(shè)計洪水，成果見表4。

表4 山洪溝設(shè)計洪水成果（推理公式法）

3.2 面積比擬法

根據(jù)在1∶5萬地形圖上量算的各山洪溝面積，利用距離泄洪渠工程較近、且流域面積較小的契恰爾水文站斷面的設(shè)計洪水成果，采用面積比擬法計算各山洪溝不同頻率下的洪峰洪量，其中指數(shù)n取2/3，成果見表5。

表5 山洪溝設(shè)計洪水成果（推理公式法）

3.3 地區(qū)綜合頻率曲線法

采用距離泄洪渠工程較近的契恰爾站、沙里桂蘭克站及協(xié)合拉站三站的洪峰流量模比系數(shù)進行綜合適線，地區(qū)綜合頻率曲線適線成果表6。

表6 地區(qū)綜合頻率曲線成果表

哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程一期與二期交界處調(diào)查洪峰流量為232.6 m3/s，調(diào)查洪水重現(xiàn)期為6年一遇（接近P=15%），根據(jù)地區(qū)綜合頻率曲線成果表，可知KP=10%是KP=15%的1.21倍，則哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期與二期交界處斷面）QP=10%=232.6×1.21=281.1 m3/s，已知該斷面以上控制山洪溝流域面積為156.6 km2，則哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程區(qū)域洪峰模數(shù)P=10%為1.795，相應(yīng)可得到區(qū)域洪峰模數(shù)P=5%為2.381，P=20%為1.289。

根據(jù)1∶5萬地形圖量算出哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠二期沿線各個山洪溝流域面積，由推算出的洪峰模數(shù)可相應(yīng)得到哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠二期沿線山洪溝設(shè)計洪峰流量，見表7。

表7 山洪溝設(shè)計洪水成果（地區(qū)綜合頻率曲線法）

4 結(jié)論

根據(jù)以上計算成果，可知面積比擬法計算結(jié)果較小，面積比擬法以托什干河上游的契恰爾水文站設(shè)計洪水成果為基礎(chǔ)，按照面積比折算成各山洪溝斷面設(shè)計洪水，由于大河干流與山洪溝產(chǎn)流機制不同，同時山洪溝流域面積均較小，按照比值折算出的洪峰成果明顯小于實際發(fā)生情況，故本次不采用。對于流域面積較大的洪溝，可以看出推理公式法與地區(qū)綜合頻率曲線法的計算成果相近，在同一設(shè)計頻率下，流域面積越小，洪峰模數(shù)越大，因此對于面積較小的洪溝，地區(qū)綜合頻率曲線法的計算成果明顯偏小。

山洪溝洪水主要源自區(qū)域暴雨，而推理公式法近幾十年應(yīng)用較為成熟，考慮因素較全面，在計算參數(shù)的選擇上，本次以實際山洪溝調(diào)查洪峰率定后的參數(shù)進行計算，較符合實際，結(jié)合工程安全的角度，本次推薦采用推理公式法的計算成果。

[1]詹道江，葉守澤．工程水文學(xué)[M]．北京：中國水利水電出版社，1999．

[2]陳家琦，張恭肅．小流域暴雨洪水計算[M]．北京：中國水利水電出版社，1985．

[3]水利部長江水利委員會水文局，水利部南京水文水資源研究所．水利水電工程設(shè)計洪水計算手冊[M]，北京：水利電力出版社，1995．

[4]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集[R]．烏魯木齊：新疆水利廳，1983．

[5]中國市政工程東北設(shè)計研究院．給排水設(shè)計手冊（城鎮(zhèn)防洪）[M]．中國建筑工業(yè)出版社，2000．

Calculation of the Flood on Mountain Flood Ditch Design Based on Flood Investigation

Guo Hua
（XinjiangWater Resources and Hydropower Surveyand Design Institute Urumchi 830000,Xinjiang）

In order to solve the flood disaster problem of the southern mountain area in Harachi town,the second phase work of the flood channel is to be implemented in the town and so it is necessary to calculate the flood quantity.The article is based on the method of reasoning formula,area ratio method and regional comprehensive frequency curve method to calculate the flood alongthe flood channel this area.Through the above investigation,the reasoning formula is rated out:m is classⅠ,R =1.1,r1=0.76.The results of different calculation methods show that the results of the area comparison method are the smallest.For the flood ditch with large basin area,the calculation result of the inductive formula method and the regional comprehensive frequency curve method is similar.For the flood ditch with smaller basin area,the results of the comprehensive frequency curve method are quite smaller than ones of the reasoning formula method.Because the flood is mainly from the heavy rain,the reasoning formula method is mature and the calculation of the parameters of the flood survey rate is more realistic.Therefore,the calculation result ofthe reasoningformula method is suggested tobe referred.

Design flood；mountain flood ditch；flood investigation；the reasoning formula；area ratio and the regional comprehensive frequency curve

TV122

B

1673-9000（2017）03-0159-03

2017-02-13

郭華（1987-），女，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事工程水文及水資源規(guī)劃設(shè)計工作。