灃河峪口段河道防洪治理工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

張志霞

摘 要： 灃河峪口段（老環(huán)山公路橋至新環(huán)山公路橋）現(xiàn)狀河道未經(jīng)統(tǒng)一治理，堤岸殘缺不整，且缺少水面及綠化景觀，兩岸環(huán)境較差，亟待整治提升。結(jié)合灃河峪口段存在問題，對(duì)灃河流域暴雨洪水特性進(jìn)行探討，采用經(jīng)驗(yàn)公式法、面積比擬法、由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水方法對(duì)峪口段設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算和分析，為堤防護(hù)岸建設(shè)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 設(shè)計(jì)洪水;水文分析;合理性分析

【中圖分類號(hào)】TV882.8 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）21-0259-01

前言：灃河峪口段（老環(huán)山公路橋至新環(huán)山公路橋）河道防洪治理范圍內(nèi)，河道現(xiàn)狀既有坡式護(hù)岸、墻式護(hù)岸，也有天然河灘、自然岸坎，按照現(xiàn)狀河道水面線計(jì)算結(jié)果，50年一遇洪水未出現(xiàn)狀河槽，確定本工程均為護(hù)岸工程。堤線依據(jù)《灃河流域綜合保護(hù)利用規(guī)劃》確定，通過河道兩岸堤防護(hù)岸工程建設(shè)，使該段河道達(dá)到50年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

1 流域概況

灃河系渭河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于西安市長安區(qū)秦嶺北側(cè)灃峪雞窩子以南，流向由南向北并最終匯入渭河。灃河流域面積1386 km2，河長78km，平均比降8.2‰。全流域多年平均年徑流量為2.47億m3，工程區(qū)以上多年平均年徑流量為0.30億m3。

本工程治理河段為峪口老環(huán)山路（S108省道）橋，終點(diǎn)為新環(huán)山路（S107省道）橋，位于灃河的中游河段。工程區(qū)段以上灃河流域面積165.80km2，河長31.75km，平均比降44‰。

2 存在問題

1）老環(huán)山公路橋下游左岸馨藍(lán)灣別墅區(qū)臨河側(cè)部分擋墻坍塌，已不具擋水及抗沖條件，坍塌的土料和石塊堆積進(jìn)河道內(nèi)，影響河流行洪，未坍塌的擋墻其墻體厚度較薄，穩(wěn)定性較低;

2）老環(huán)山公路橋下游右岸鴻禧山莊別墅區(qū)臨河側(cè)擋墻不符合防洪規(guī)劃堤線位置要求，墻頂高程不滿足防洪超高要求;

3）無堤段河岸不具河流抗沖需要，易產(chǎn)生塌岸等水土流失問題;

4）新環(huán)山路上游左岸已成堤防局部堤線伸向河內(nèi)，不滿足防洪規(guī)劃堤線位置;

5）工程區(qū)全段堤岸頂無防汛搶險(xiǎn)道路，無法滿足防洪工程運(yùn)行管理需要。

為提高峪口段河道防洪能力，對(duì)河道兩岸進(jìn)行護(hù)岸設(shè)計(jì)，左右岸護(hù)岸總長度3625.20m（其中左岸長度1828.70m，右岸長度1796.50m）。為了保證護(hù)岸工程順利實(shí)施，需對(duì)峪口段設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算分析。

3 設(shè)計(jì)洪水

3.1 暴雨洪水特性

灃河流域暴雨最早發(fā)生在4月，最遲出現(xiàn)在10月，但量級(jí)和強(qiáng)度較大的暴雨一般發(fā)生在7～9月。暴雨一般分為鋒面雨和雷暴雨，鋒面雨歷時(shí)長，強(qiáng)度均勻，籠罩面積大;雷暴雨籠罩面積小，強(qiáng)度大，歷時(shí)短[1]。

3.2 水文基本資料

本工程治理河段下游灃河干流上距峪口11.4km處設(shè)有秦渡鎮(zhèn)水文站。該站位于潏河入灃河口以上，1935年1月建成測(cè)流，控制流域面積566km2，距灃河與潏河交匯口約800m，距灃河入渭口約36.0km，有1943年至今66年的實(shí)測(cè)水文資料，資料均進(jìn)行過系統(tǒng)整編和正式刊布。

3.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.3.1 經(jīng)驗(yàn)公式法

《西安市實(shí)用水文手冊(cè)》中采用實(shí)測(cè)和調(diào)查洪水，利用面積和洪峰流量建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。項(xiàng)目區(qū)以上流域面積為165.8km2，當(dāng)流域面積介于50～1000km2之間時(shí)，計(jì)算不同頻率洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)公式為：

QN=KNFn

式中： QN——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為N的洪峰流量（m3/s）;

KN、n——經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和面積指數(shù)，KN=33.83，n=0.465;

F——設(shè)計(jì)流域面積（km2），F(xiàn)=165.8km2

經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算工程區(qū)段50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量Q2%=364m3/s。

3.3.2 面積比擬法

1）灃河秦渡鎮(zhèn)水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

本次設(shè)計(jì)收集到灃河秦渡鎮(zhèn)水文站1943～2012年共70年實(shí)測(cè)洪水資料。根據(jù)有關(guān)資料介紹，灃河流域調(diào)查歷史洪水以1957年洪水最大，按連續(xù)系列用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率。經(jīng)計(jì)算，秦渡鎮(zhèn)水文站50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量Q2%=1079m3/s。

2）工程區(qū)段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)計(jì)算出的秦渡鎮(zhèn)水文站50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量成果，采用面積比擬法計(jì)算工程區(qū)段50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量。面積比擬法計(jì)算公式為：

Qp設(shè)=Qp站×F設(shè)F站n

式中：Qp設(shè)——設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）;

Qp站——水文站控制流域面積的洪峰流量（m3/s）;

F設(shè)——設(shè)計(jì)流域面積（km2）;

F站——水文站的流域面積（km2）;

n——面積指數(shù)取0.667。

面積比擬法計(jì)算工程區(qū)段50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量Q2%=476m3/s。

3.3.3 推理公式法

根據(jù)經(jīng)審定的《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及《西安市實(shí)用水文手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》），在假定設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水的頻率相應(yīng)和暴雨全面籠罩的前提下，分析產(chǎn)流和匯流過程，進(jìn)而推求工程區(qū)段設(shè)計(jì)洪水[2]。

工程區(qū)段以上控制流域面積為165.80km2，根據(jù)《手冊(cè)》，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)取T=12 h。

根據(jù)《手冊(cè)》中1、3、6、24小時(shí)點(diǎn)暴雨量均值及變差系數(shù)等值線圖，查算工程區(qū)段以上流域中心點(diǎn)暴雨量均值及變差系數(shù)見表4。

渭河以南地區(qū)產(chǎn)流模式為蓄滿產(chǎn)流，秦嶺北麓土壤最大蓄水量Im=70mm，前期影響雨量Pa=2/3Im，Pa=46.7mm，初損I0=23.3mm，將初損一次扣除，設(shè)計(jì)12小時(shí)面暴雨量扣除損失后即得暴雨凈雨量。

匯流計(jì)算采用推理公式法，根據(jù)工程區(qū)段河流特性確定匯流參數(shù)m為0.74。

工程區(qū)段50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量計(jì)算成果見表1。

3.3.4 合理性分析

以上三種方法計(jì)算工程區(qū)段灃河50年一遇設(shè)計(jì)洪水成果匯總見表2。

根據(jù)工程區(qū)段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果匯總表，經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算洪水成果最小，推理公式法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果最大，而面積比擬法計(jì)算成果介于上述兩種方法成果之中。推理公式法是在缺少實(shí)測(cè)流量資料的中小流域計(jì)算設(shè)計(jì)洪水時(shí)常用的一種方法，該方法假定設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水頻率一致，暴雨通過扣損、產(chǎn)流、匯流進(jìn)而形成設(shè)計(jì)洪水，因而計(jì)算成果較為合理。

本次工程區(qū)段50年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量采用推理公式法計(jì)算成果，即Q2%=600m3/s。

結(jié)論：結(jié)合灃河流域概況及水文條件，對(duì)灃河峪口段設(shè)計(jì)洪水分別采用三種不同方法進(jìn)行計(jì)算，通過對(duì)洪水計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比，最終確定采用推理公式法計(jì)算成果作為灃河峪口段河道防洪治理工程設(shè)計(jì)洪水較為合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 芮孝芳，張超. 論設(shè)計(jì)洪水計(jì)算[J]. 水利水電科技進(jìn)展，2014，34（001）：20-26.

[2] 劉依松. 不同設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法的比較[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2012（06）：41-45.