雀巢公司配套天然氣管道穿越大沽河項目設計洪水計算與分析

李磊 于新好 王備

雀巢公司配套天然氣管道穿越大沽河項目設計洪水計算與分析

李磊 于新好 王備

一、項目簡介

萊西市雀巢公司配套天然氣管道工程穿越大沽河項目位于青島萊西市上海西路大沽河橋南橡膠壩下游100m處。河道斷面寬度約為900m，主槽寬220m，穿越河道內(nèi)多頑石，地層主要由填土、細砂、粗砂等組成。

大沽河屬于山溪性河流，枯季河水較少，汛期洪水暴漲暴落。根據(jù)國家《防洪標準》（GB50201-94）和《大沽河綜合治理規(guī)劃》，確定該建設項目穿越河段現(xiàn)狀堤防防洪標準為50年一遇。

二、防洪評價計算洪水設計標準

根據(jù)國家《防洪標準》（GB50201 -94）及《大沽河綜合治理規(guī)劃》大沽河總體規(guī)劃防洪標準為50年一遇。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98），確定大沽河兩岸的堤防等級為Ⅱ級，防洪標準為50年一遇。該建設項目穿越大沽河河段按照50年一遇和100年一遇兩個設計標準來設計洪水。

三、設計洪水計算

此次計算假定產(chǎn)芝水庫以上流域為同頻率洪水，產(chǎn)芝水庫洪水經(jīng)水庫調(diào)洪演算后經(jīng)河道匯流演算到設計斷面，再與區(qū)間的設計洪水疊加為設計斷面的設計洪水。

1.設計面雨量計算

（1）設計雨期的選定及設計洪水的地區(qū)組成

根據(jù)該流域水文實測資料分析，產(chǎn)芝水庫入庫洪水單峰在24h左右，復峰在72h左右，故此次計算設計雨期采用72h，以滿足洪水計算和水庫防洪安全核算的需要。

（2）由實測暴雨資料計算面雨量

選用上海路橡膠壩計算斷面以上流域內(nèi)霞塢、張家院、產(chǎn)芝、南墅、小羅家、古山屯、道頭、南院莊等8處雨量站的實測雨量資料，統(tǒng)計計算產(chǎn)芝水庫以上流域和產(chǎn)芝水庫至計算斷面區(qū)間的年最大24h和年最大3d面雨量，采用矩法計算系列均值、Cv、Cs值，經(jīng)P-Ⅲ理論頻率曲線適線后，確定各種頻率的設計24h和3d面雨量。

對算得的產(chǎn)芝水庫以上流域及區(qū)間年最大面雨量資料系列進行頻率計算，采用皮爾遜Ⅲ型曲線適線，取Cs=3.5Cv，經(jīng)適線分析后求得不同歷時的設計暴雨成果見表1。

考慮到產(chǎn)芝水庫以上流域與上游勾山、城子兩座中型水庫屬串聯(lián)梯級水庫，產(chǎn)芝水庫以上流域考慮設計洪水的地區(qū)組成，因區(qū)間面積遠大于中型水庫控制面積，假定區(qū)間洪水同頻率，勾山、城子水庫以上流域為組合洪水的方法來計算。計算成果表見表2所示。

2.產(chǎn)流計算及設計凈雨時程分配

（1）產(chǎn)流計算

選取產(chǎn)芝水庫流域?qū)崪y系列中較大暴雨場次的暴雨日程分配。

流域內(nèi)實測的暴雨資料很多，如“79·7暴雨”“85·8暴雨”“97·8暴雨”等。通過分析實測的暴雨資料，本著對工程不利的原則，決定選取“85·8暴雨”作為典型暴雨，以其日程、時程分配作為實測暴雨法設計暴雨的日程、時程分配。日程分配為：

第一天：H第1d=0.42×（H3d-H24h）

第二天：H第2d=0.58×（H3d-H24h）

第三天：H第3d=H24h

凈雨計算采用產(chǎn)芝水庫實測水文資料求得的降雨徑流關系，設計前期影響雨量Pa第一天取45mm，第二、三天用計算值，分別查算出實測資料分析和暴雨等值線圖法計算的各日凈雨量。

（2）設計凈雨量時程分配

設計凈雨的時程分配采用山東省最新版的膠東區(qū)1（2）h凈雨時程分配成果，具體的分配雨型見表3。

3.設計洪水計算

表1　產(chǎn)芝水庫流域和區(qū)間年最大H24、H3d頻率分析成果表

表2　產(chǎn)芝水庫流域各時段設計暴雨成果表

表3　山東省膠東區(qū)1h雨型表

表4　產(chǎn)芝水庫經(jīng)驗單位線參數(shù)表Δt=2h流量m3/s

（1）產(chǎn)芝水庫以上流域設計洪水計算

產(chǎn)芝水庫流域采用產(chǎn)芝水庫用實測洪水資料分析的經(jīng)驗單位線進行匯流計算，產(chǎn)芝水庫經(jīng)驗單位線見表4所示。

要求得產(chǎn)芝水庫總的入庫洪水過程，還要將勾山、城子水庫各相應頻率的入庫洪水經(jīng)調(diào)洪演算后的出庫過程匯流演算至產(chǎn)芝水庫，與求得的同頻率區(qū)間洪水疊加，才能得到產(chǎn)芝水庫各設計保證率的全流域入庫洪水。

此次計算，對城子、勾山兩座水庫進行調(diào)算時城子水庫起調(diào)水位按興利水位127.00m,水庫水位在128.50m以下時按下游安全泄量140m3/s控制下泄，當水庫水位超過128.50m時按溢洪道泄洪能力下泄；勾山水庫溢洪道無閘門控制，起調(diào)水位按123.78m，按溢洪道泄洪能力下泄。當遭遇超標準洪水，水庫水位達到壩頂高程時，水庫垮壩。

將城子、勾山兩座水庫的泄量過程經(jīng)匯流演算（馬司京干法，n=3，△t=2h）至產(chǎn)芝水庫壩址處即得勾山水庫相應頻率洪水下泄后在產(chǎn)芝水庫壩址處的洪水過程。將各設計頻率的區(qū)間來水過程與上述計算的勾山水庫相應頻率洪水在產(chǎn)芝水庫壩址處的洪水過程以及城子水庫相應頻率洪水下泄過程經(jīng)匯流演算（馬司京干法，n=3，△t=2h）至產(chǎn)芝水庫壩址處的過程疊加，最后得到產(chǎn)芝水庫壩址處設計頻率下的入庫洪水過程。將以上產(chǎn)芝水庫入庫洪水進行水庫調(diào)洪演算，起調(diào)水位按照汛中限制水位71.50m，防洪高水位73.67m以下按照安全泄量479m3/s進行限泄，超過此水位進行敞泄的原則進行水庫調(diào)洪演算，得到產(chǎn)芝水庫出庫洪水過程，經(jīng)調(diào)算，產(chǎn)芝水庫出庫流量50年一遇和百年一遇最大洪峰流量分別為479m3/s和2542m3/s。

（2）產(chǎn)芝水庫至設計斷面區(qū)間設計洪水計算

產(chǎn)芝水庫至設計計算斷面區(qū)間采用瞬時單位線法進行匯流計算。瞬時單位線參數(shù)的推求采用《辦法》中提供的公式：

式中：F—流域面積，區(qū)間109km2；

J—干流平均坡度，區(qū)間0.0014；

R—凈雨量，由P+Pa～R關系圖查得；

Tc—有凈雨歷時，根據(jù)雨型表確定；

K—系數(shù)，根據(jù)平原面積權重確定。

M1確定后，根據(jù)瞬時單位線查算表得時段單位線，再用時段凈雨乘以時段單位線即得各設計保證率的設計洪水過程，加上基流量（流域面積/100），即得各部分總的設計洪水過程。

經(jīng)計算，產(chǎn)芝水庫至設計斷面區(qū)間50年一遇和100年一遇設計洪峰流量分別為247m3/s和298m3/s。

4.設計斷面設計洪水計算與分析

將產(chǎn)芝水庫調(diào)算后的出庫洪水過程匯流演算至設計斷面，再與區(qū)間設計洪水過程相疊加，得到設計斷面上海路橡膠壩斷面的設計洪水過程。經(jīng)計算，上海路橡膠壩設計斷面的50年一遇和100年一遇設計洪峰流量分別為589m3/s和2596m3/s

（作者單位：青島市水文局266071）