無資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪水及排澇流量設(shè)計(jì)探析

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

1 概述

大洼區(qū)位于遼寧省西南部，遼河的最下游，遼東灣的北岸，地理坐標(biāo)東經(jīng)121°47′～122°20′，北緯40°39′～41°09′。北與盤山縣相依，東南隔大遼河與營口市相望，南鄰海域，西傍遼河，是一個(gè)以水稻種植為主的大型國營灌區(qū)。

大洼區(qū)土地總面積1 526.61 km2，耕地面積77.6萬畝，水稻種植面積75.4萬畝，葦場面積26.6萬畝，尚有大面積灘涂可供開發(fā)利用。下轄15個(gè)鎮(zhèn)、兩個(gè)街道，共計(jì)169個(gè)村，1 001個(gè)村名組。截至2014年底，全區(qū)總戶數(shù)11.73萬戶，戶籍總?cè)丝?15 493人，非農(nóng)業(yè)人口290 114人，占全區(qū)人口比重92%。人口出生率6.64%，死亡率4.16%，自然增長率2.48%。

2 河流水系

大洼區(qū)兩面臨河、一面靠海，地理位置獨(dú)特，河流眾多，河流總數(shù)為22條。大型河流有2條，分別為遼河和大遼河。

大洼區(qū)境內(nèi)遼河北起于崗子排水站，南至遼河口，總長49.8 km，最大安全泄洪量3 000 m3/s，流域人口4.748萬人，耕地面積6.68萬畝，葦田面積15萬畝。區(qū)內(nèi)遼河大堤防洪標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇，堤頂混凝土道路全長約40 km，主要功能為防洪防潮、旅游交通。河道行洪寬度1 000～1 800 m，河灘地最寬處約1 200 m，最窄處200 m左右。境內(nèi)上游7.18 km的河道、堤防由遼河保護(hù)區(qū)管理局管理；下游遼河堤頂路(育新五連至接官廳擋潮閘段)大部分穿越葦塘，為本地旅游項(xiàng)目的基礎(chǔ)工程，道路右側(cè)為遼河及部分灘地，左側(cè)是兆海葦業(yè)的葦塘和耕地，河岸及灘地主要植被為蘆葦、蒲草、水蔥等水生植物。

大遼河為渾太流域，渾河、太子河于三岔河匯流后經(jīng)營口入海，總流域面積1 962 km2。大洼境內(nèi)河道北起東風(fēng)排灌站，南至大遼河口，總長85.2 km。最大安全泄洪量8 795 m3/s，流域人口12萬人，流域耕地面積23萬畝，葦田面積1.5萬畝。區(qū)內(nèi)大遼河堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇，堤頂混凝土道路全長約61.3 km，(東風(fēng)排灌站～遼濱小街)。河道行洪寬度1 000～1 800 m，個(gè)別段落約700 m，較寬的河灘地大部分在上游段，即東風(fēng)排灌站至榮興魏家溝擋朝閘段。河灘地總面積約3.8萬畝，大部分已被當(dāng)?shù)卣娃r(nóng)民開發(fā)利用，主要為稻田、淡水養(yǎng)殖，還有部分旱田種植玉米、大豆等。河岸主要植被為蘆葦、蒲草、水蔥子等當(dāng)?shù)厮参?，近年來污染得到控制，水質(zhì)轉(zhuǎn)好。

3 設(shè)計(jì)暴雨

大洼區(qū)位于遼寧省西南部，屬暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候，雨熱同期，多年平均降水量651.0 mm，多集中在在夏季。由于項(xiàng)目區(qū)缺乏實(shí)測降雨資料，本次設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算采用“查圖法”，根據(jù)遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編制的《遼寧省中小流域(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，查暴雨等值線圖，以P-Ⅲ型分布考慮，計(jì)算不同頻率設(shè)計(jì)暴雨。

根據(jù)《遼寧省中小流域(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，大洼區(qū)水文分區(qū)屬于區(qū)，設(shè)計(jì)暴雨及參數(shù)見表1和表2。

表1 皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)表

表2 大洼區(qū)不同頻率設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算成果表

4 設(shè)計(jì)洪水

應(yīng)用成因推理與經(jīng)驗(yàn)相關(guān)相結(jié)合的方法，確定流域匯流歷時(shí)與河長、比降的經(jīng)驗(yàn)公式，并考慮徑流系數(shù)的相關(guān)關(guān)系，以推求設(shè)計(jì)洪峰流量。經(jīng)驗(yàn)公式如下：

Qp=0.278φpipS

Pip=P24·24n2p-1·6n1p-n2p·τ1-n1p

式中：Qp為設(shè)計(jì)洪峰流量；φp為設(shè)計(jì)洪峰流量徑流系數(shù)；ip為匯流歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度；Pip為設(shè)計(jì)頻率下的歷時(shí)設(shè)計(jì)面雨量；τ為匯流歷時(shí)；x、y為地區(qū)匯流參數(shù)；n1p、n2p為暴雨指數(shù)。

大洼區(qū)水文分區(qū)為區(qū)，根據(jù)《遼寧省中小流域(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，該地區(qū)2.5，0.85，設(shè)計(jì)暴雨參照設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算成果，流域參數(shù)通過實(shí)測地形圖量取，點(diǎn)面折減系數(shù)根據(jù)《遼寧省中小流域(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》附表確定，如表3。

新開西河分為兩個(gè)澇片，賀家排灌站以南為南河沿澇片，以北為楊家澇片。新開西河楊家澇片以雙橋子為界，分為南北兩片，雙橋子以北，自北向南流向，雙橋子以南，自南向北轉(zhuǎn)東向流，至雙橋子匯合，西向流入螃蟹溝。經(jīng)計(jì)算，各段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果如表4。

表3 大洼區(qū)暴雨點(diǎn)面折減系數(shù)表

表4 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表

5 排澇水文分析

5.1 排澇標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)，結(jié)合大洼區(qū)實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，本次設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇3 d暴雨3 d排至對應(yīng)生育期作物淺灌水層，5 d排干恢復(fù)正常水位(即5d排出)的標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 排澇模數(shù)

大洼區(qū)屬于遼寧省沿海圩區(qū)，平原地帶，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)，平原區(qū)水田設(shè)計(jì)排澇模數(shù)采用平均排除法，具體計(jì)算公式如下：

式中：qw為水田設(shè)計(jì)排澇模數(shù)(m3/s·km2)；P為歷時(shí)為的設(shè)計(jì)暴雨量(mm)；h1為水田滯蓄水深(mm)；E為歷時(shí)為的水田蒸發(fā)量(mm)；F為歷時(shí)為的水田滲漏量(mm)；T為排水歷時(shí)(d)。

根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算成果，大洼區(qū)多年最大3 d降雨均值為120.0 mm，10 a一遇最大3 d降雨量P=212.4 mm；水田滯蓄水深取60 mm，其余參數(shù)參照《遼寧省中部平原及東南沿海圩區(qū)排水模數(shù)分析》的分析成果。經(jīng)計(jì)算，大洼區(qū)排水模數(shù)=0.33 m3/s·km2。

5.3 排澇流量

排澇流量根據(jù)排澇模數(shù)和排澇面積確定，公式如下：

Q排=qw·F

式中：Q排為排澇流量(m3/s)；qw為排澇模數(shù)(m3/s·km2)；F為排澇面積(km2)。

新開西河以賀家排灌站為界，以北為楊家澇片，以南為南河沿澇片，經(jīng)計(jì)算，各片排澇流量如表5。

表5 項(xiàng)目區(qū)排澇流量計(jì)算成果表

6 設(shè)計(jì)洪水位

本次工程涉及新開西河主要功能為排澇，河道規(guī)模的確定，考慮澇水以自排的形式匯入河道，即以設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果作為河道過流量，河道水位根據(jù)能量守恒原理，采用河道水面曲線逐段試算法。

6.1 流量

采用設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果。

6.2 糙率

河道糙率的選定依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)，項(xiàng)目區(qū)河道較為平整順直，略有淤積，部分段養(yǎng)護(hù)不佳，綜合選定河道糙率為0.025。

6.3 起推水位

以新開西河渠道末端起推，起推水位根據(jù)渠道末端比降，計(jì)算正常深度，經(jīng)計(jì)算，以1.91 m作為起推水位，推至甄家1閘閘上水位2.81 m，作為本次工程新開西河起推水位。

螃蟹溝起推水位根據(jù)渠道末端比降，計(jì)算正常深度，以2.20 m作為起推水位。

表6 現(xiàn)狀河道部分節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)水位表

6.4 計(jì)算方法

水面線推求根據(jù)能量守恒原理，采用河道斷面水面曲線逐段試算法，其計(jì)算公式為：

過橋落差按下式計(jì)算：

式中：η為系數(shù)：VM為橋下平均流速：VO為斷面平均流速。

河道設(shè)計(jì)水位計(jì)算成果如表6所示。

7 結(jié)語

大洼區(qū)境內(nèi)無實(shí)測水文資料，設(shè)計(jì)過程中采用《遼寧省中小流域(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行洪峰流量計(jì)算，同時(shí)對新開西與螃蟹溝河段設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了計(jì)算，可供該地區(qū)防洪設(shè)計(jì)及排水設(shè)計(jì)時(shí)參考。