藉河南溝河匯流口以上段設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

張超

摘? 要：通過(guò)水文比擬法和瞬時(shí)單位線法計(jì)算藉河南溝河匯流口以上段洪水洪峰流量，并對(duì)計(jì)算成果進(jìn)行分析，根據(jù)流域?qū)嶋H和暴雨特征合理選取洪峰流量值。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)洪水;水文比擬法;瞬時(shí)單位線法

中圖分類號(hào)：TV122? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）11-0102-02

Abstract： The flood peak discharge above the confluence of Xihe River and Nangou River is calculated by hydrological analogy method and instantaneous unit line method， and the calculation results are analyzed. The flow value of flood peak is reasonably selected according to the reality of the basin and the characteristics of rainstorm.

Keywords： design flood; hydrological analogy method; instantaneous unit curve method

1 流域特性

藉河是渭河右岸的一級(jí)支流，發(fā)源于甘谷縣南部海拔2472m的瘦驢嶺，西東流向，于麥積區(qū)花牛鎮(zhèn)以西2.0km處的峽口匯入渭河，主流長(zhǎng)81.2km，流域面積1267km2，主河道平均比降為7.91‰，主要支流有金家河、南溝河等。藉河流域南部屬西秦嶺山地的北延部分，北部為隴東黃土溝壑區(qū)。

藉河徑流主要由降水補(bǔ)給，主要徑流集中在每年的5～10月，其中6～9月主汛期四個(gè)月的來(lái)水量占全年的49.6%，據(jù)藉河天水水文站1958～1997年40年的徑流系列資料分析，多年平均流量為2.52m3/s。

藉河洪水主要由暴雨產(chǎn)生，年最大洪水最早出現(xiàn)在5月，最遲出現(xiàn)在10月，尤以7～8月最為集中，流域暴雨為局部偏多，則發(fā)生的各支流區(qū)域性洪水也偏多。藉河洪水過(guò)程多以單峰為主，中小洪水一般在3小時(shí)左右，歷時(shí)較短。

2 水文基本資料

藉河流域設(shè)有天水水文站，位于天水市秦州區(qū)天水郡橋頭，1958年7月設(shè)立后觀測(cè)至今，控制流域面積1019km2。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)等。該站測(cè)驗(yàn)河段基本順直，兩岸均筑有砌石護(hù)堤，河床為砂卵石組成。該站上游600m處有南溝河匯入，下游220m處為藉河天水郡公路大橋。

3 歷史洪水

藉河歷史上曾發(fā)生過(guò)兩次特大洪水，分別是1959年、1936年。據(jù)《甘肅省洪水調(diào)查資料》記載，甘肅省水文總站黃委會(huì)設(shè)計(jì)院1974年9月23日的調(diào)查：被訪問(wèn)者當(dāng)時(shí)54歲，聽(tīng)父親說(shuō)是1928年洪水最大，而黃委會(huì)調(diào)查的1928年的洪水遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1959年，而1959年3260m3/s的實(shí)測(cè)洪水也存在偏大問(wèn)題，其次是1936年的洪水，洪峰流量為2320m3/s，當(dāng)時(shí)被訪問(wèn)者說(shuō)他父親是1900年以前出生的，根據(jù)以上情況分析，1959年的特大洪水的重現(xiàn)期為2010-1900+1=111年（根據(jù)省設(shè)計(jì)院《渭河流域防洪治河規(guī)劃水文專題報(bào)告》，1959年的特大洪水重現(xiàn)期從1900年起算）。

4 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

由于與參證站面積相差超過(guò)20%，且有大支流南溝河匯入，為保證設(shè)計(jì)洪水成果的合理性。該段設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算可采用水文比擬和瞬時(shí)單位線法兩種方法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

4.1 水文比擬法

4.1.1 參證站設(shè)計(jì)洪水

藉河天水水文站1958年起有實(shí)測(cè)洪水資料，本次計(jì)算搜集到藉河天水郡水文站1958至2010年53年的年最大洪峰流量值，再加上1936年的調(diào)查歷史特大洪水，把藉河天水水文站1936年以來(lái)調(diào)查及實(shí)測(cè)的共54個(gè)年份的洪水作為一個(gè)連續(xù)系列，將其中的首兩項(xiàng)（1959、1936年），按歷史特大洪水處理，在N=111年內(nèi)排位，其經(jīng)驗(yàn)頻率公式為：

式中：PN-特大洪水第N項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率;N-特大洪水重現(xiàn)期;M-特大洪水序位;M=1.2……a

其余年份洪峰按一般洪水對(duì)待，其經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算采用“統(tǒng)一處理法”，計(jì)算公式為：

式中：a-在N年中連續(xù)順位的特大洪水項(xiàng)數(shù);N-調(diào)查考證期;n-實(shí)測(cè)洪水系列項(xiàng)數(shù);L-實(shí)測(cè)洪水系列中抽出作為特大值處理的洪水項(xiàng)數(shù);m-實(shí)測(cè)一般洪水的序位，m=L+1、L+2……n;Pm-實(shí)測(cè)系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率。

然后用矩法計(jì)算出P-Ⅲ型曲線的三參數(shù)

（3）

式中：-加入特大歷史洪水后系列的均值（m3/s）;Qj-歷史特大洪水，j=1.2.a;Qi-實(shí)測(cè)一般洪水，i=L+1……n;L-在實(shí)測(cè)洪水中作為特大洪水處理的項(xiàng)數(shù);

（4）

式中：CV-加入歷史特大洪水后的變差系數(shù)

經(jīng)計(jì)算并調(diào)整：CV=1.5CS/CV=2.6Q=360m3/s，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

4.1.2 藉河南溝河匯流口以上段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

藉河與南溝河匯流口以上控制流域面積為734.9km2，藉河天水水文站控制流域面積1019km2，兩者面積相差27.9%，因流域內(nèi)自然地理?xiàng)l件較為一致，降雨比較均勻，多為全流域面上產(chǎn)流，可用面積比擬法進(jìn)行縮放。

采用藉河天水水文站洪峰流量計(jì)算成果，按照水文比擬法計(jì)算藉河南溝河匯流口以上段設(shè)計(jì)洪水洪峰流量。計(jì)算公式如（5）：

Q設(shè)=（F設(shè)/F參）0.6Q參? （5）

Q設(shè)-擬建工程控制流域面積設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）;

Q參-參證站控制流域面積設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）;

F設(shè)-擬建工程控制流域面積（km2），734.9km2;

F參-參證站控制流域面積（km2），1019 km2。

將計(jì)算參數(shù)數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

4.2 瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水

選取藉河流域關(guān)子鎮(zhèn)、黃集寨和天水3處雨量站主雨峰為6h的綜合雨型，按6h、24h雨量同頻率放大，計(jì)算得百年一遇設(shè)計(jì)雨量，用3站平均值計(jì)算面設(shè)計(jì)雨量。項(xiàng)目區(qū)百年一遇面雨量計(jì)算表見(jiàn)表3。

流域下墊面屬黃土區(qū)（藉口以上有樹(shù)林分布），用《甘肅省暴雨洪水圖集》黃土山林區(qū)入滲率f查用表進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算項(xiàng)目區(qū)100年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為1960m3/s。

同理采用瞬時(shí)單位線法計(jì)算得50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為1591m3/s;20年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為1056m3/s;10年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為698m3/s。

兩種方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水洪峰流量成果對(duì)比表見(jiàn)表4。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

上述兩種方法各頻率設(shè)計(jì)洪水成果較為接近。由臨近水文站實(shí)測(cè)流量資料推求該測(cè)驗(yàn)斷面設(shè)計(jì)洪水，用水文比擬法推至項(xiàng)目區(qū)河段是目前常用的一種較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法，本次計(jì)算中藉河天水站歷史洪水考證清楚，實(shí)測(cè)系列較長(zhǎng)（1958～2010年），洪水計(jì)算方法正確，參數(shù)符合流域特性。歷史洪水的引用排位和《渭河流域防洪治河規(guī)劃水文專題報(bào)告》一致。瞬時(shí)單位線法選用參數(shù)、系數(shù)資料系列較短，故本次采用水文比擬法的分析計(jì)算成果作為設(shè)計(jì)采用值更為合理。

5.2 建議

（1）對(duì)于流域面積與參證站相差超過(guò)20%，區(qū)間有較大支流匯入的河段水文分析計(jì)算中，應(yīng)采用至少兩種方法進(jìn)行分析計(jì)算，相互比較。（2）應(yīng)對(duì)流域下墊面和暴雨特征進(jìn)行認(rèn)真分析，考慮局部暴雨中心的影響。（3）設(shè)計(jì)洪水成果的選用，要綜合考慮，充分論證，既充分考慮通過(guò)水文測(cè)站分析計(jì)算所得的結(jié)果，又能與流域?qū)嶋H相結(jié)合，合理選用設(shè)計(jì)采用值。

參考文獻(xiàn)：

[1]天水市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.天水市秦州區(qū)藉河平峪溝至南溝河河口段初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].天水：天水市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2014.

[2]甘肅省水文水資源局.甘肅省暴雨特性研究[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2003.

[3]甘肅省水利廳.甘肅省暴雨洪水圖集[M].蘭州：甘肅省水利廳，1988.