設計洪峰流量的小流域驗證

肖景輝

(黑龍江農墾勘測設計研究院，哈爾濱 150030)

1 引言

小流域設計洪水計算廣泛應用于各行各業中，如水利行業中的小水庫、水電站;鐵路、公路線上的橋、涵設計;電力線路上的常年洪水位推求等。

由于小流域設計洪水受多種因素的影響，因此無論采用何種計算方法，均應在現地充分調查研究，根據當時當地具體條件和地區水文特征，進行認真分析相互核對比較，選擇合理的成果作為設計依據，本次以內蒙錫林郭勒盟正藍旗至河北張家口段鐵路為例，闡述該項目中設計洪水洪峰的小流域驗證。

2 概況

正藍旗至張家口鐵路、線路全長226.98 km，正藍旗境內38.43 km，河北境內188.55 km。設計年運量為4 000萬t。線路走向;正藍旗、黑城子、賽北開發區、沽源縣、崇禮縣、最終在沙嶺子與京包線接軌。

正藍旗至張家口地方鐵路在CK194+820m處跨越喜順溝，喜順溝為安固里河的二級支流。從五萬分之一軍用地形圖中查得，本橋位距上游分水嶺長度L=8.56 km，流域面積F=13.17 km2，流域平均坡度為I=36.5‰。水系及工程位置見圖1。

3 測站情況

喜順溝為安固里河2級支流，安固里河屬內陸河流域，發源于張北縣南皮坊附近，河流較短，季節性強，河水經黃蓋淖水庫入注安固里淖。安固里河主要測站為張北水文站，觀測項目有降水、流量、蒸發等，該站具有10 min、30 min、60 min、24 h雨量觀測資料，資料測驗精度較高，整編成果可靠。

圖1 喜順溝水系圖

4 設計洪峰

本次工程地點洪峰流量分別采用河北省經驗公式法、河北省推理公式法、鐵三院法推求。

4.1 河北省經驗公式推求設計洪水

經驗公式如下:

式中:QP為求某頻率洪峰流量，m3/s;C為多年平均洪峰模系數;F為流域面積，km2;n為指數，本地區均用0.5;Kp為求某頻率K值數;該地區洪水Cs/Cv=3.5，由河北省經驗公式推求洪峰流量成果見表1。

表1 河北省經驗公式推求喜順溝設計洪峰成果表

4.2 河北省推理公式推求設計洪水

河北省小匯水面積的洪峰流量計算推理公式如下:

式中:QP為求某頻率洪峰流量，m3/s;SP為不同重現期雨力，h;Ψ為洪峰徑流系數;τ為集流歷時，h;F為流域面積，km2。

各種參數確定如下:

SP由暴雨公式A+BlgonN計算，A、B、n根據《河北省水文圖集》查出;Ψ為洪峰徑流系數根據《河北省水文圖集》查出;τ根據地方經驗公式τ=0.278×L/U求得，其中:U為集流流速，m/s;L為河道長度，km。

由河北省推理公式推求洪峰流量成果見表。

表2 河北省推理公式推求喜順溝設計洪峰成果表

4.3 鐵三院公式

根據東北、華北地區洪水特點制定的鐵道部第三勘測設計院公式如下:

公式中:C2參數可按下式計算:

上式中 Sp為雨力，β0、r0、m0、A4均為參數，可由鐵三院公式參數值表中查得。

P0為參數，可按下式計算:

上式中N0為參數，可由鐵三院公式參數值表中查得。g0為參數，可按下式計算:

式中:L4為流域長度，從分水嶺算起;I4為流域坡度，從分水嶺算起，用加權法計算。

參考該地區下墊面情況:巖石露頭，風化嚴重成粗粒狀，占流域面積的30%以上，溝壑較多，坡面草木稀少，耕地大部分為斜坡式、土質沙性大，符合鐵三院二類公式。由鐵三院公式推求洪峰流量成果見表3。

表3 鐵三院公式推求喜順溝設計洪峰成果表

4.4 成果比較

河北省經驗公式、河北省推理公式、鐵三院公式推求設計洪峰比較成果見表4。

表4 設計洪峰成果表

從表4可以看出采用河北省經驗公式推求50 a一遇洪峰成果大于鐵三院成果8.1%，鐵三院成果大于河北省推理公式成果24.7%。

4.5 成果選取

根據張北縣1956～2005年24 h降雨量分析，1970年降雨接近于50 a一遇，通過洪水調查到1970年洪水洪痕，測量洪痕位置的橫斷面及河道縱比降根據曼寧公式計算1970年洪峰流量，經計算1970年洪峰流量為62.4 m3/s，與鐵三院公式計算成果較為接近，因此該鐵路在張北縣境內小流域洪峰計算宜使用鐵三院公式。

5 結語

小流域洪水由于流域面積小，受地形、氣候、下墊面因素影響較大，所以在使用公式之前一定要通過多種方法比較選擇與該區域最為接近的公式計算。

[1] 鐵道部第三勘測設計院.橋渡水文[M].北京:中國鐵道出版社，1993.

[2] 河北省水利廳.河北省水文圖集[J].石家莊:河北省水利廳，1996.

[3] 鐵道第三勘察設計院吉林中鐵鐵道勘察設計院.新建鐵路正藍旗至張家口地方鐵路初測[R].吉林:鐵道第三勘察設計院，2007.

[4] 葉守澤.水文水利計算[M].北京:水利水電出版社，1992.