山東省棗莊市沿運(yùn)地區(qū)河網(wǎng)排澇水文分析與研究

劉 罡

韓莊運(yùn)河是南四湖韓莊閘以下的泄洪通道，也是棗莊市南部的主要泄洪河道，該區(qū)間流域?yàn)楸┯昙蓄l發(fā)地區(qū)，因暴雨形成較大洪水，加之上游微山湖韓莊閘泄洪和下游頂托，河道排水不暢，致使運(yùn)北地區(qū)經(jīng)常發(fā)生區(qū)域性洪澇災(zāi)害，故該地區(qū)有“洪水走廊”之稱。本次對(duì)棗莊市沿運(yùn)地區(qū)主要入運(yùn)排澇河道進(jìn)行了較為詳盡、系統(tǒng)的排澇水文分析與研究，由實(shí)測(cè)降雨資料推求設(shè)計(jì)暴雨，再進(jìn)行產(chǎn)流、匯流水文分析計(jì)算，最終推求出該流域內(nèi)主要入運(yùn)排澇河道的設(shè)計(jì)洪水過程。

一、水文資料的引用

沿運(yùn)山丘平原混合區(qū)河道水文分析計(jì)算所采用的水文資料，為歷年國(guó)家基本雨量站水文資料整編成果，資料系列為設(shè)站以來至2007年，代表站分別為陰平雨量站、澗頭集雨量站、嶧城水文站、泥溝雨量站和臺(tái)兒莊閘水文站。

二、資料合理性審查

此次水文資料選取的代表雨量站分布較合理，有連續(xù)的實(shí)測(cè)降雨量記錄，系列較長(zhǎng)，滿足設(shè)計(jì)暴雨規(guī)范中所要求的系列長(zhǎng)度。雨量資料來源均為國(guó)家正規(guī)觀測(cè)的整編資料，系列具有較高的可靠性、連續(xù)性。所選取的5個(gè)代表站均為超過50年的長(zhǎng)系列降雨資料，包含了多個(gè)連續(xù)豐水組和枯水年組，其中最大24h較大的豐水組有1958～1960 年，1963～1964 年，1971～1972年，連續(xù)枯水組有1965～1967年，1976～1977年，1994～1995年。降雨資料豐枯交替出現(xiàn)，具有較好代表性。

三、設(shè)計(jì)暴雨的分析計(jì)算

根據(jù)沿運(yùn)地區(qū)多山區(qū)、丘陵的自然地理特點(diǎn)和中小流域河道暴雨洪水特性，確定設(shè)計(jì)暴雨選用流域內(nèi)各代表站歷年最大24h雨量系列資料，進(jìn)行頻率分析計(jì)算。經(jīng)排序整理和頻率分析計(jì)算，求得各站年最大暴雨系列的均值和變差系數(shù)Cv值，采用“地區(qū)綜合頻率曲線法”進(jìn)行頻率計(jì)算，選定一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合較好的頻率曲線確定Cv值，其中以Cs=3.5Cv，Cv調(diào)整范圍一般不超過實(shí)測(cè)資料的計(jì)算值的10%進(jìn)行適線。由于沿運(yùn)地區(qū)流域面積較小，“地區(qū)綜合頻率曲線法”為多站綜合分析，故不再做點(diǎn)面換算，結(jié)果即為設(shè)計(jì)面暴雨。成果見表1。

表1 棗莊市沿運(yùn)地區(qū)最大24h設(shè)計(jì)暴雨成果表

四、設(shè)計(jì)暴雨成果的合理性分析

1.與以往設(shè)計(jì)暴雨的成果的對(duì)比分析

沿運(yùn)地區(qū)自建國(guó)以來主要進(jìn)行過以下兩次設(shè)計(jì)暴雨的分析計(jì)算，受水文資料及其他多種因素影響，計(jì)算結(jié)果有所差異。

①《山東省水文圖集》（1975年）中“山東省年最大24h降雨量變差系數(shù)（Cv）等值線圖”和“山東省多年平均最大24h降雨量等值線圖”分別查得沿運(yùn)地區(qū)的Cv=0.52，均值為118.0mm。比較得出，本次結(jié)果比圖集中Cv的偏小9.6%，均值偏小8.3%。

②《中國(guó)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》（2006年，水利部水文局、南京水利科學(xué)研究院）中 Cv=0.50，均值為115.0mm。比較得出，本次分析得出的Cv偏小6%，均值偏小5.9%。

2.計(jì)算成果的合理性分析

與以往設(shè)計(jì)暴雨的成果的對(duì)比分析，本次成果較《山東省水文圖集》中沿運(yùn)地區(qū)的成果偏小。水文圖集采用的水文資料到1973年，且資料系列為20世紀(jì)70年代前的豐雨系列，缺少了70年代至今的30多年的降雨系列，因而影響變差系數(shù)Cv及均值比系列延長(zhǎng)到現(xiàn)在的Cv和均值偏大。

《中國(guó)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》是2006年國(guó)家發(fā)布的權(quán)威性圖集，本次分析得出Cv和均值偏差均不大于6%。綜上計(jì)算與分析，本次設(shè)計(jì)暴雨的推求成果是合理的。

五、產(chǎn)流計(jì)算

1.降雨徑流關(guān)系的確定

沿運(yùn)地區(qū)入運(yùn)排澇河道產(chǎn)流計(jì)算的降雨徑流關(guān)系采用水利部淮委沂沭泗水利管理局《淮河流域沂沭泗水系實(shí)用水文預(yù)報(bào)方案》（以下簡(jiǎn)稱《方案》）中對(duì)韓莊運(yùn)河臺(tái)兒莊閘站降雨徑流關(guān)系的分析成果。將《方案》中實(shí)測(cè)降雨徑流關(guān)系展點(diǎn)在關(guān)系格紙上，根據(jù)各點(diǎn)據(jù)分布情況，得出實(shí)測(cè)次降雨徑流關(guān)系中心線①。分別將①中各點(diǎn)的凈雨深擴(kuò)大20%得出實(shí)測(cè)次降雨徑流關(guān)系外包線②。分析1972年計(jì)算成果，并將該降雨徑流關(guān)系展點(diǎn)在格紙上，由此得出沿運(yùn)地區(qū)降雨徑流關(guān)系。1972年降雨徑流關(guān)系為實(shí)測(cè)降雨徑流關(guān)系展點(diǎn)的外包線，且外包于徑流關(guān)系②線。考慮1972年采用資料的系列長(zhǎng)度及代表性，并為該流域水利工程的安全性確定本次沿運(yùn)地區(qū)的降雨徑流關(guān)系采用徑流關(guān)系線②。降雨徑流關(guān)系成果見表2。

表2 沿運(yùn)地區(qū)降雨徑流關(guān)系成果表

2.前期影響雨量的選用

前期影響雨量的確定也是建立在對(duì)韓莊運(yùn)河臺(tái)兒莊閘站降雨徑流關(guān)系中逐次洪水前期影響雨量分析的基礎(chǔ)上。通過對(duì)臺(tái)兒莊閘逐次洪水的前期影響雨量分析得知，多年平均前期影響雨量為47.4mm，考慮本次沿運(yùn)地區(qū)的排澇設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算設(shè)計(jì)頻率均不大于50%，因此前期影響雨量在計(jì)算設(shè)計(jì)頻率為3年一遇時(shí)取Pa=50mm，設(shè)計(jì)頻率小于3年一遇時(shí)取Pa=55mm。沿運(yùn)地區(qū)各設(shè)計(jì)頻率凈雨成果見表3。

表3 沿運(yùn)地區(qū)各設(shè)計(jì)頻率凈雨成果表

本次計(jì)算雨型的選擇，由于沿運(yùn)地區(qū)河流多為中小流域，故選泰沂山南北區(qū)1、2小時(shí)雨型。

六、匯流計(jì)算

流域匯流計(jì)算采用《山東省水文圖集》中瞬時(shí)單位線進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算采用下式：

式中：K—系數(shù)，與平原占全流域面積比例有關(guān)；

F—流域集水面積；

J—河道干流平均坡度；

R—各頻率設(shè)計(jì)凈雨，單位mm。

Tc—有效凈雨歷時(shí)，單位h。

由計(jì)算的M1值，查《山東省水文圖集》中“山東省山丘地區(qū)、山丘平原混合區(qū)瞬時(shí)單位線參數(shù)M1與1h單位線關(guān)系表”，得出各日單位時(shí)段單位線，各單位流量乘以面積比F/100，即為本流域的時(shí)段單位線。再以各日凈雨過程和單位線求出洪水過程，加基流（取1.0m3/100km2）即得相應(yīng)的洪水過程。見表4。

表4 沿運(yùn)地區(qū)入運(yùn)主要河道設(shè)計(jì)流量成果表

七、結(jié)論

本次對(duì)棗莊市沿運(yùn)地區(qū)河網(wǎng)排澇水文分析與研究，采用實(shí)測(cè)降雨資料推求設(shè)計(jì)暴雨，選取陰平、澗頭集、嶧城、泥溝和臺(tái)兒莊閘5處國(guó)家水文、雨量站的實(shí)測(cè)降雨資料進(jìn)行分析，采用的雨量站點(diǎn)分布合理；采用地區(qū)綜合頻率法對(duì)50年長(zhǎng)系列降雨資料進(jìn)行分析，提高了資料代表性，減小了樣本的抽樣誤差。因此，計(jì)算得出暴雨成果是合理的。降雨徑流關(guān)系采用韓莊運(yùn)河臺(tái)兒莊閘多年實(shí)測(cè)降雨徑流關(guān)系分析得出，并由此確定前期影響雨量Pa值，選用山丘平原混合區(qū)瞬時(shí)單位線進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水的推求。綜上分析，本次沿運(yùn)地區(qū)主要排澇河道設(shè)計(jì)洪水的推求過程和成果是合理的