冀東地區河道治理水文分析

米 勇

（保定市水土保持試驗站，河北保定071051）

冀東地區河道治理水文分析

米 勇

（保定市水土保持試驗站，河北保定071051）

還鄉河位于冀東地區遷西縣境南部，在遷西縣境內長20 km，河床平均寬40 m。河道多年未經治理淤積嚴重，加上兩岸村莊侵占河道，使還鄉河河道防洪能力低，現狀防洪標準不足5年一遇。一旦遭遇較大洪水，將嚴重威脅到兩岸村莊及道路的安全。通過對還鄉河河道特征及水文進行分析研究，測算河道斷面不同重現期最大洪峰流量和設計洪水量，為將來進行系統的河道治理提供決策依據。

冀東；河道治理；防洪；水文分析

1 引言

還鄉河是海河流域薊運河水系的重要河流之一，發源于遷西縣新集鄉的泉莊，流經新集、夾河、巖口，在偏峪流入邱莊水庫，水庫以下有沙流河、雙城河、黑龍河、泥河等支流匯入，在水庫以下流經豐潤、玉田等地，于九丈窩出唐山市進入天津市寧河縣，經還鄉河分洪道于閻莊匯入薊運河，全長160 km，流域面積1 566 km2。遷西縣還鄉河新集大橋下游至上龐店橋上游段位于唐山市遷西縣的低山丘陵區，治理河段河道比降為1.8‰。遷西縣山勢一般較為緩和，北部地勢比降為16%～18%，南部比降為20%；地質地貌復雜，形成的土壤種類較多，有棕壤、褐土、風沙土等。

2 氣象水文概況

工程項目區屬東部季風區暖溫帶半濕潤地區，大陸性季風氣候顯著，四季分明，冬季受蒙古冷高壓控制，盛行自大陸吹向海洋的冬季風，氣候寒冷干燥，降雪稀少，多有寒潮天氣；春季受蒙古高壓和太平洋高壓影響，冷暖空氣交鋒頻繁，天氣多變，降水少，常有大風；夏季吹東南季風，炎熱多雨；秋季天氣晴朗，晝暖夜涼。年均氣溫10.3℃，7月最熱，平均氣溫25.4℃；1月最冷，平均氣溫-6.3℃；平均年較差31.7℃，極端最高氣溫40℃，極端最低氣溫-25℃。據遷西縣1956—2013年降水資料統計，多年平均年降水量702.1 mm，降水量有年際變化大、年內分配不均勻的特點。降水時間多出現在6—9月，4個月的降雨量占全年降水量的80%以上，其中又以7、8月最為集中。降水的年際變化也比較大，豐、枯年降水極值比在2.8～4.8。無霜期最長201 d，最短167 d，平均184 d。10月中旬到次年4月上旬為凍結期，最大凍土深度84 cm。

3 水文分析

3.1 徑流

還鄉河汛期降雨為徑流主要來源。該流域無實測年徑流資料，本次設計徑流量利用《河北省水資源評價》中的等值線圖查得，工程項目區在25%、50%、75%保證率下天然年徑流量分別為3 405.2萬、2 270.1萬、1 579.2萬m3。不同保證率年徑流量年內分配分析結果，見表1。

3.2 泥沙分析

依據《唐山市水文手冊》，工程項目區土壤侵蝕類型為土石山地輕度侵蝕，多年平均年懸移質輸沙模數為220～270 t/km2。經現場勘查，該流域淤積較輕，且其上游為低山丘陵區，植被覆蓋良好。綜合考慮各方面影響因素，確定多年平均年懸移質侵蝕模數為255 t/km2。推移質占比根據附近水文站的推懸比資料確定為10%，則由此確定其多年平均年侵蝕模數為280.5 t/km2[1]。經計算，工程項目區多年平均年輸沙量為2.47萬t。

表1 不同保證率年徑流量年內分配成果

3.3 洪水分析

還鄉河為季節性河流，本流域洪水的主要來源是暴雨，本地區暴雨同西太平洋副熱帶高壓的活動有密切關系，每年6月下旬至9月上旬是暴雨最為活躍的季節，水汽沿太平洋高壓西北前沿輸送至此，與西風帶中的冷渦氣旋配合，冷暖氣流的交匯提供了本區暴雨形成的有利條件。從多年雨量分布規律上看，經常出現局部地區短歷時暴雨。

本次設計采用暴雨資料推求設計洪水的方法進行計算，即分別采用《唐山市水文手冊》（1997年）和《河北省設計暴雨圖集》（2002年）中推薦的方法進行計算。還鄉河遷西段流域，如圖1所示。

圖1 還鄉河遷西段流域

根據遷西縣1∶5 000地形圖復核斷面以上控制流域特征值情況，見表2。

表2 遷西縣還鄉河新集大橋下游至上龐店橋上游流域特征值情況

3.4 分析方法及成果

（1）單因子經驗公式法。設計洪峰流量計算公式為：

式中：Qmp為某一頻率的設計洪峰流量（m3/s）；Cp為設計頻率洪峰模系數，Cp=Kp·Cˉp；F為流域面積（km2）。

（2）多因子經驗公式法。多因子經驗公式比單因子經驗公式多考慮了流域形狀以及河道狀況對設計洪水的影響，設計洪峰流量計算公式為：

式中：C為系數；H24p為某一頻率的年最大24 h降雨量（mm）；Ψ為流域形狀系數，Ψ=F/L2；L為主河道長度（km）；J為河流比降（‰）；其他符號意義同上。

（3）推理公式法。設計洪峰流量計算公式為：

式中：Qmp為某一頻率的洪峰流量（m3/s）；Hτ為τ歷時內的最大降雨量（mm）；τ為匯流歷時（h）；tc為凈雨歷時（h）；R為次洪水徑流深（mm）；μ為產流參數（mm/h）；m為匯流參數，m=0.7θ0.137，θ=L/J1/3；F為流域面積（km2）；L為主河道長度（km）；J為河道比降（‰）；ip為某一頻率24 h降雨平均強度（mm/h）；a為參數；θ為流域特征值。

依據上述3種方法分別計算，得到工程各設計斷面的最大洪峰流量成果，見表3。

由以上計算成果可見，單因子經驗公式法、多因子經驗公式法和推理公式法計算結果相當[2]。經計算，不同重現期3種計算方法得到的結果相差均不到10%，說明計算結果比較一致。

從本治理段安全角度考慮，本次設計采用較大值作為設計值，即采用單因子經驗公式法的計算成果作為設計成果，則本治理段10年一遇樁號5+200斷面設計洪峰流量為293 m3/s、10年一遇樁號12+ 100斷面設計洪峰流量為326 m3/s。

TV122+.5

B

1004-7328（2015）01-0053-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.019

2014-09-12

米勇（1982-），男，助理工程師，主要從事水利水保工程設計工作。