養息牧河防洪規劃設計洪水組成計算淺析

周 明

（沈陽市水利規劃院，遼寧 沈陽 110015）

設計洪水計算是防洪規劃中的基礎工作之一，對于編制好防洪規劃具有決定性控制作用［1-2］。在計算設計洪水中，規劃河段上游有調蓄作用的水庫對天然洪水進行調節，實現消減和滯留洪峰的作用，需要考慮水庫下游與規劃河段之間無工程控制的流域洪水，因此，規劃河段設計洪水應考慮區間洪水和水庫泄水在統一的時間坐標上疊加，即設計洪水組成［3-4］。設計洪水地區組成法是考慮水庫調蓄影響的設計洪水計算的常用方法之一［5］。本文以養息牧河防洪規劃為例，針對中小河流設計洪水地區組成的技術問題作簡要分析。

1 流域概況

養息牧河是遼河右側的較大支流，發源于遼寧省阜新市彰武縣北部的章古臺鎮，流經彰武、新民，在新民市東城街道吉祥堡東南匯入遼河。河口以上全流域面積1 981 km2，河長123 km，河道平均比降0.933‰。養息牧河流域地勢呈東北高、西南低，上游為沙荒、低山丘陵區，中下游為平原洼地澇區。養息牧河主要支流有：頭道河、三道河、地河、小地河、雙徐河。養息牧河流域水系見圖1。

根據養息牧河流域特點及工程現狀，并結合歷史文獻資料分析，河口設計洪水由3部分組成：①三道河匯入口以上，包含頭道河、二道河（干流）、三道河；②三道河河口至小地河河口區間；③小地河河口至養息牧河河口平原區。

圖1 河流水系

本文主要就小地河河口的設計流量組合情況進行分析。三道河口至小地河匯入口區間面積為238.7 km2，河長35 km，河道比降1.73‰。長坨子水庫以上面積為90.1 km2，河長8.7 km，河道比降2.44‰；長坨子水庫以下至小地河河口面積為148.6km2，河長26.3 km，河道比降1.50‰。

2 設計洪水地區組成計算中的技術問題

在分析設計洪水地區組成前，先了解流域設計洪水計算方法的特點，分析流域暴雨洪水特性，選定該地區較不利洪水組成。分別在分析上游水庫的設計洪水和調洪后的下泄洪水以及無工程控制的區間洪水的基礎上，考慮水庫下泄洪水傳播至規劃河段的時間，然后按時程疊加組合計算規劃河段的設計洪水。

2.1 洪水組成方案的選擇

首先，各分區的設計洪水計算采用《遼寧省中小河流（無資料地區）設計暴雨洪水計算方法》（98版）（以下簡稱《計算方法》），其中各時段年最大暴雨均值、相應Cv值均需根據各分區的重心在附圖中查找。但因圖中流域各分區重心較為集中，肉眼區分難度大，故增加了在兩條Cv等值線之間估值的難度。其次，計算的各分區均屬小流域（流域面積小于300 km2），根據歷史氣象資料分析，長坨子水庫以及長坨子水庫至規劃河段區間屬于同一暴雨區，水文氣象特性一致，當發生中等暴雨或大暴雨時，雨區將籠罩各分區，各分區暴雨差異不大。因此，在研究中等或稀遇洪水的地區組成時，應重點考慮各分區來水較均勻的方案。從當地實際考慮，計算設計洪水地區組成時，采用水庫洪水與區間洪水同頻率組成更為合理。

2.2 各分區設計洪水計算

應用《計算方法》，分別根據長坨子水庫上游和長坨子水庫下游至小地河河口的流域重心，確定其水文分區，再查得各時段的最大暴雨均值和相應偏差系數，通過各分區的面積、各河段長度和平均比降，分別求出點面折減系數和匯流時間。最后分別推求出各頻率的長坨子水庫入庫和水庫下游至小地河河口的設計洪水，并應用列表法對流域內長坨子水庫的設計洪水進行調洪演算，得到水庫下泄洪水，計算成果見表1。

表1 各區間設計洪水成果

2.3 匯流時間的確定

洪水疊加后，主峰與后面的波形主峰重合。在實際工程中，長坨子水庫位于流域上游，區間位于流域下游；區間洪峰在前，水庫控制流域的洪峰在后，匯合后主峰與水庫調洪泄流洪峰重合。各分區位于養息牧河上游，屬于低山丘陵區，洪水波在河道傳播中變形不大，洪水在區間的傳播可不考慮洪水演進。洪水波沿河段的傳播時間（t），可用河段長度（L）與平均洪峰流速（c）之商確定，即

在棱柱河道里，平均洪峰流速與斷面平均流速v的關系為

式中，S為水面比降，可取該河段河道比降近似代替，R為水力半徑，河段為寬淺式河道，可用平均水深代替水力半徑，n為河道綜合糙率；λ為波流速系數，取決于斷面形狀和流速計算公式。本次計算河道斷面近似矩形，流速采用曼寧公式計算，故λ取1.67。

分析該次長坨子水庫下游河道各實測斷面，取標準斷面按式（1）計算各頻率洪水的斷面平均流速。河段長度L為26.3 km。洪水波沿河段傳播時間見表2。

表2 洪水波沿河段傳播時間

根據以上公式計算，在研究常遇洪水地區組成時，錯時按4 h考慮會使成果偏大，但這有利于防洪，因此，規劃河段各頻率洪水波沿河段的傳播時間均考慮為4 h。

2.4 設計洪水組成及合理性分析

本次設計洪水組成，將用《計算方法》推求的長坨子水庫、三道河口-小地河口區間洪水過程線與長坨子水庫的各頻率洪水調洪得到的水庫下泄洪水過程線錯時4 h疊加，設計流量計算成果見表3。

表3 設計流量計算成果 m3/s

綜合考慮三道河河口至小地河河口設計流量計算成果與三道河河口以上和小地河下游平原區相應洪水疊加組合后，與養息牧河河口小荒地站實測洪峰成果比較分析。結果表明，組合流量與實測流量總體上十分接近，2%、5%成果比小荒地站偏小，10%、20%成果比小荒地站偏大。這與洪水計算方法有關，實測洪水系列的Cs/Cv=2.5，而暴雨系列的Cs/Cv=3.5，離散系數的差異造成洪水成果略有不同，但總體上十分接近。因此，本次洪水組成方案的選擇是合適并符合實際的。

3 結語

養息牧河屬于無資料地區的中小河流，一般可只推求設計洪峰流量，僅以洪峰流量控制兩岸堤防設計。設計洪峰流量計算成果的可靠性，不僅影響工程投資，還影響到保護區的受災程度。因此，洪水組成方案的選擇，匯流時間的確定等問題需要仔細調整處理和多次分析研究，上述分析可為類似無資料地區的中小河流防洪規劃中設計流量的計算提供借鑒和參考。