基于洪水調查的山洪溝設計洪水計算

郭華

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊830000）

基于洪水調查的山洪溝設計洪水計算

郭華

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊830000）

為解決哈拉奇鄉南部山區的山洪災害問題，擬實施哈拉奇鄉導洪渠二期工程，需對其進行洪水計算。分別采用推理公式法、面積比擬法、地區綜合頻率曲線法對導洪渠沿線山洪溝洪水進行計算，通過山洪溝洪水調查，率定出推理公式計算參數：m為Ⅰ類，R=1.1、r1=0.76。不同計算方法的結果顯示：面積比擬法的計算結果最小；對于流域面積較大的洪溝，采用推理公式法與地區綜合頻率曲線法的計算結果相近；對于流域面積較小的洪溝，采用地區綜合頻率曲線法的計算結果顯著小于推理公式法的計算結果。由于山洪溝洪水主要源自暴雨，推理公式法運用成熟，以洪水調查率定后的參數進行計算，較符合實際，因此推薦采用推理公式法的計算成果。

設計洪水；山洪溝；洪水調查；推理公式；面積比擬；地區綜合頻率曲線

哈拉奇鄉地處托什干河中游河谷，位于喀拉塔格山北坡沖洪積扇中下部，托什干河南岸的二級階地，距離阿合奇縣城38 km，306省道222 km處。哈拉奇鄉南東西三面環山，北面為托什干河，山谷延伸至河邊逐漸變寬，總體地形南高北低，兩側高，中間低。哈拉奇鄉泄洪渠工程位于托什干河的右岸，哈拉奇鄉西南側3.5 km處，泄洪渠工程全長17 km，其中一期工程于2015年建成，長4.5 km，擬建二期工程長12.5 km。泄洪渠的工程任務是攔截來自南部山區的暴雨洪水，保護哈拉奇鄉的安全，并將洪水導向下游。

1 設計暴雨

在同一地區同一氣候情況下降雨與高程密切相關，其降水量隨高程上升而迅速增大，本次選取距工程區更近、海拔高程更接近的阿合奇氣象站實測降雨資料。根據阿合奇氣象站1957~2016年共60年的暴雨資料，對該資料進行分析計算，得各頻率年最大一日降雨設計值，見表1。

表1 阿合奇氣象站最大一日降雨量設計成果表單位：mm

2 洪水調查

2016年新疆水利水電勘測設計研究院組織專業人員對哈拉奇鄉泄洪渠一期、二期工程沿線山洪溝進行了詳盡的洪水調查工作。

依據調查測量的縱、橫斷面成果及洪痕位置，采用水力學的曼寧公式[1]計算其洪峰流量；其中糙率選擇時，考慮主槽、灘地及彎道等因素，同時參照東北院編制的天然河道糙率表[2]選取，相應調查成果見表2。

表2 哈拉奇鄉泄洪渠工程沿線山洪溝洪水調查成果表

根據本次山洪溝調查洪水成果，作出調查洪峰~流域面積相關圖，見圖1所示。可知哈拉奇鄉泄洪渠工程沿線山洪溝調查洪峰與流域面積的相關關系較好，相關系數在0.95以上，表明該區域洪水具有一致性的規律。

圖1哈拉奇鄉泄洪渠工程山洪溝調查洪峰~流域面積相關圖

據現場勘查，哈拉奇鄉泄洪渠一期工程已于2015年底建成，其攔截調查5號斷面以上所有洪溝的洪水并導向下游。此次在泄洪渠一期工程出口位置對2016年發生洪水進行了調查，成果見表3。

表3 哈拉奇鄉泄洪渠一期工程2016年洪水調查洪峰成果表

此次洪水調查的洪溝大多為寬淺型，遇到較大降雨形成的洪水時會滿槽溢出，即洪水高痕尋找的難度較大，且連續性較差。而最近發生的一場洪水為2016年7月30日，據此次洪水現場調查時間不足半年，經現場勘察發現，該場洪水的痕跡很清晰，在絕大多數調查洪溝斷面洪痕的中痕位置上，分布有清晰的、連續的條帶狀沖刷泥痕，并與現場村民指認位置基本一致，可以認定調查洪水即為2016年7月30日發生的洪水。

通過調查，泄洪渠工程區域山洪溝在1999年發生過一場大洪水，據村民描述該場洪水規模為最大。自1999年以后，2015年及2016年均發生了較大洪水，因此可知2016年洪水為1999年洪水以來序位為第三，則其重現期為N=（2016-1999+1）/3=6年。

3 設計洪水計算

本次分別采用推理公式法、面積比擬法、地區綜合頻率曲線法[3]對哈拉奇鄉泄洪渠二期沿線山洪溝洪水進行計算。

3.1 推理公式法

水利部推薦的推理公式法基本公式如下：式中：Qmp為設計洪峰流量（m3/s）；τ為匯流歷時（h）；Sp為設計雨力（mm/h）；m為匯雨參數；F為流域面積（km2）；L為溝長度（km）；J為溝道平均比降；φ為洪峰徑流系數，分全面匯流和部分匯流兩種情況考慮，即當tc<τ時為部分匯流，當tc≥τ時為全面匯流，分別選取相應暴雨指數n1、n2進行試算，推求設計洪峰流量。

產流歷時tc由下式計算：式中：tc為產流歷時（h）；μ為凈雨歷時內平均損失率（mm/h）。

根據我院此次的山洪溝調查成果，調查洪水為2016年洪水，洪水重現期為6年，根據阿合奇縣氣象站設計降雨成果[4]，可知該場洪水（P=15%）對應的降雨量為42 mm。將初選匯流參數m及流域下墊面條件損失強度R、r1計算渠線各洪溝洪峰流量。結合洪溝下墊面實際情況，經試算，當m取I類下墊面條件，μ取Ⅲ類地區、前期土壤干旱情況，n1=0.72，n2=0.68時，由推理公式計算得到的各洪溝洪峰流量，與此次調查得到的洪峰流量成果間有基本相同的統計關系分布規律，見圖2。

圖2洪溝調查洪水與推理公式計算洪水關系圖

結合圖2，在調查值的基礎上，經過率定的推理公式法計算參數[5]為：m為I類下墊面條件，n1=0.72，n2=0.68，土壤下墊面條件R=1.08、損失強度r1=0.75。

采用推理公式，根據率定后的參數，可計算出阿合奇鄉泄洪渠二期工程沿線山洪溝設計洪水，成果見表4。

表4 山洪溝設計洪水成果（推理公式法）

3.2 面積比擬法

根據在1∶5萬地形圖上量算的各山洪溝面積，利用距離泄洪渠工程較近、且流域面積較小的契恰爾水文站斷面的設計洪水成果，采用面積比擬法計算各山洪溝不同頻率下的洪峰洪量，其中指數n取2/3，成果見表5。

表5 山洪溝設計洪水成果（推理公式法）

3.3 地區綜合頻率曲線法

采用距離泄洪渠工程較近的契恰爾站、沙里桂蘭克站及協合拉站三站的洪峰流量模比系數進行綜合適線，地區綜合頻率曲線適線成果表6。

表6 地區綜合頻率曲線成果表

哈拉奇鄉泄洪渠工程一期與二期交界處調查洪峰流量為232.6 m3/s，調查洪水重現期為6年一遇（接近P=15%），根據地區綜合頻率曲線成果表，可知KP=10%是KP=15%的1.21倍，則哈拉奇鄉泄洪渠一期與二期交界處斷面）QP=10%=232.6×1.21=281.1 m3/s，已知該斷面以上控制山洪溝流域面積為156.6 km2，則哈拉奇鄉泄洪渠工程區域洪峰模數P=10%為1.795，相應可得到區域洪峰模數P=5%為2.381，P=20%為1.289。

根據1∶5萬地形圖量算出哈拉奇鄉泄洪渠二期沿線各個山洪溝流域面積，由推算出的洪峰模數可相應得到哈拉奇鄉泄洪渠二期沿線山洪溝設計洪峰流量，見表7。

表7 山洪溝設計洪水成果（地區綜合頻率曲線法）

4 結論

根據以上計算成果，可知面積比擬法計算結果較小，面積比擬法以托什干河上游的契恰爾水文站設計洪水成果為基礎，按照面積比折算成各山洪溝斷面設計洪水，由于大河干流與山洪溝產流機制不同，同時山洪溝流域面積均較小，按照比值折算出的洪峰成果明顯小于實際發生情況，故本次不采用。對于流域面積較大的洪溝，可以看出推理公式法與地區綜合頻率曲線法的計算成果相近，在同一設計頻率下，流域面積越小，洪峰模數越大，因此對于面積較小的洪溝，地區綜合頻率曲線法的計算成果明顯偏小。

山洪溝洪水主要源自區域暴雨，而推理公式法近幾十年應用較為成熟，考慮因素較全面，在計算參數的選擇上，本次以實際山洪溝調查洪峰率定后的參數進行計算，較符合實際，結合工程安全的角度，本次推薦采用推理公式法的計算成果。

[1]詹道江，葉守澤．工程水文學[M]．北京：中國水利水電出版社，1999．

[2]陳家琦，張恭肅．小流域暴雨洪水計算[M]．北京：中國水利水電出版社，1985．

[3]水利部長江水利委員會水文局，水利部南京水文水資源研究所．水利水電工程設計洪水計算手冊[M]，北京：水利電力出版社，1995．

[4]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區中小流域設計暴雨洪水圖集[R]．烏魯木齊：新疆水利廳，1983．

[5]中國市政工程東北設計研究院．給排水設計手冊（城鎮防洪）[M]．中國建筑工業出版社，2000．

Calculation of the Flood on Mountain Flood Ditch Design Based on Flood Investigation

Guo Hua
（XinjiangWater Resources and Hydropower Surveyand Design Institute Urumchi 830000,Xinjiang）

In order to solve the flood disaster problem of the southern mountain area in Harachi town,the second phase work of the flood channel is to be implemented in the town and so it is necessary to calculate the flood quantity.The article is based on the method of reasoning formula,area ratio method and regional comprehensive frequency curve method to calculate the flood alongthe flood channel this area.Through the above investigation,the reasoning formula is rated out:m is classⅠ,R =1.1,r1=0.76.The results of different calculation methods show that the results of the area comparison method are the smallest.For the flood ditch with large basin area,the calculation result of the inductive formula method and the regional comprehensive frequency curve method is similar.For the flood ditch with smaller basin area,the results of the comprehensive frequency curve method are quite smaller than ones of the reasoning formula method.Because the flood is mainly from the heavy rain,the reasoning formula method is mature and the calculation of the parameters of the flood survey rate is more realistic.Therefore,the calculation result ofthe reasoningformula method is suggested tobe referred.

Design flood；mountain flood ditch；flood investigation；the reasoning formula；area ratio and the regional comprehensive frequency curve

TV122

B

1673-9000（2017）03-0159-03

2017-02-13

郭華（1987-），女，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事工程水文及水資源規劃設計工作。