藉河南溝河匯流口以上段設計洪水分析計算

張超

摘? 要：通過水文比擬法和瞬時單位線法計算藉河南溝河匯流口以上段洪水洪峰流量，并對計算成果進行分析，根據流域實際和暴雨特征合理選取洪峰流量值。

關鍵詞：設計洪水;水文比擬法;瞬時單位線法

中圖分類號：TV122? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0102-02

Abstract： The flood peak discharge above the confluence of Xihe River and Nangou River is calculated by hydrological analogy method and instantaneous unit line method， and the calculation results are analyzed. The flow value of flood peak is reasonably selected according to the reality of the basin and the characteristics of rainstorm.

Keywords： design flood; hydrological analogy method; instantaneous unit curve method

1 流域特性

藉河是渭河右岸的一級支流，發源于甘谷縣南部海拔2472m的瘦驢嶺，西東流向，于麥積區花牛鎮以西2.0km處的峽口匯入渭河，主流長81.2km，流域面積1267km2，主河道平均比降為7.91‰，主要支流有金家河、南溝河等。藉河流域南部屬西秦嶺山地的北延部分，北部為隴東黃土溝壑區。

藉河徑流主要由降水補給，主要徑流集中在每年的5～10月，其中6～9月主汛期四個月的來水量占全年的49.6%，據藉河天水水文站1958～1997年40年的徑流系列資料分析，多年平均流量為2.52m3/s。

藉河洪水主要由暴雨產生，年最大洪水最早出現在5月，最遲出現在10月，尤以7～8月最為集中，流域暴雨為局部偏多，則發生的各支流區域性洪水也偏多。藉河洪水過程多以單峰為主，中小洪水一般在3小時左右，歷時較短。

2 水文基本資料

藉河流域設有天水水文站，位于天水市秦州區天水郡橋頭，1958年7月設立后觀測至今，控制流域面積1019km2。測驗項目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發等。該站測驗河段基本順直，兩岸均筑有砌石護堤，河床為砂卵石組成。該站上游600m處有南溝河匯入，下游220m處為藉河天水郡公路大橋。

3 歷史洪水

藉河歷史上曾發生過兩次特大洪水，分別是1959年、1936年。據《甘肅省洪水調查資料》記載，甘肅省水文總站黃委會設計院1974年9月23日的調查：被訪問者當時54歲，聽父親說是1928年洪水最大，而黃委會調查的1928年的洪水遠遠小于1959年，而1959年3260m3/s的實測洪水也存在偏大問題，其次是1936年的洪水，洪峰流量為2320m3/s，當時被訪問者說他父親是1900年以前出生的，根據以上情況分析，1959年的特大洪水的重現期為2010-1900+1=111年（根據省設計院《渭河流域防洪治河規劃水文專題報告》，1959年的特大洪水重現期從1900年起算）。

4 設計洪水計算

由于與參證站面積相差超過20%，且有大支流南溝河匯入，為保證設計洪水成果的合理性。該段設計洪水分析計算可采用水文比擬和瞬時單位線法兩種方法進行對比驗證。

4.1 水文比擬法

4.1.1 參證站設計洪水

藉河天水水文站1958年起有實測洪水資料，本次計算搜集到藉河天水郡水文站1958至2010年53年的年最大洪峰流量值，再加上1936年的調查歷史特大洪水，把藉河天水水文站1936年以來調查及實測的共54個年份的洪水作為一個連續系列，將其中的首兩項（1959、1936年），按歷史特大洪水處理，在N=111年內排位，其經驗頻率公式為：

式中：PN-特大洪水第N項的經驗頻率;N-特大洪水重現期;M-特大洪水序位;M=1.2……a

其余年份洪峰按一般洪水對待，其經驗頻率計算采用“統一處理法”，計算公式為：

式中：a-在N年中連續順位的特大洪水項數;N-調查考證期;n-實測洪水系列項數;L-實測洪水系列中抽出作為特大值處理的洪水項數;m-實測一般洪水的序位，m=L+1、L+2……n;Pm-實測系列第m項的經驗頻率。

然后用矩法計算出P-Ⅲ型曲線的三參數

（3）

式中：-加入特大歷史洪水后系列的均值（m3/s）;Qj-歷史特大洪水，j=1.2.a;Qi-實測一般洪水，i=L+1……n;L-在實測洪水中作為特大洪水處理的項數;

（4）

式中：CV-加入歷史特大洪水后的變差系數

經計算并調整：CV=1.5CS/CV=2.6Q=360m3/s，計算結果見表1。

4.1.2 藉河南溝河匯流口以上段設計洪水計算

藉河與南溝河匯流口以上控制流域面積為734.9km2，藉河天水水文站控制流域面積1019km2，兩者面積相差27.9%，因流域內自然地理條件較為一致，降雨比較均勻，多為全流域面上產流，可用面積比擬法進行縮放。

采用藉河天水水文站洪峰流量計算成果，按照水文比擬法計算藉河南溝河匯流口以上段設計洪水洪峰流量。計算公式如（5）：

Q設=（F設/F參）0.6Q參? （5）

Q設-擬建工程控制流域面積設計洪峰流量（m3/s）;

Q參-參證站控制流域面積設計洪峰流量（m3/s）;

F設-擬建工程控制流域面積（km2），734.9km2;

F參-參證站控制流域面積（km2），1019 km2。

將計算參數數據代入公式，計算結果見表2。

4.2 瞬時單位線法推求設計洪水

選取藉河流域關子鎮、黃集寨和天水3處雨量站主雨峰為6h的綜合雨型，按6h、24h雨量同頻率放大，計算得百年一遇設計雨量，用3站平均值計算面設計雨量。項目區百年一遇面雨量計算表見表3。

流域下墊面屬黃土區（藉口以上有樹林分布），用《甘肅省暴雨洪水圖集》黃土山林區入滲率f查用表進行產流計算。經過分析計算項目區100年一遇設計洪水洪峰流量為1960m3/s。

同理采用瞬時單位線法計算得50年一遇設計洪水洪峰流量為1591m3/s;20年一遇設計洪水洪峰流量為1056m3/s;10年一遇設計洪水洪峰流量為698m3/s。

兩種方法計算設計洪水洪峰流量成果對比表見表4。

5 結論及建議

5.1 結論

上述兩種方法各頻率設計洪水成果較為接近。由臨近水文站實測流量資料推求該測驗斷面設計洪水，用水文比擬法推至項目區河段是目前常用的一種較為準確的計算方法，本次計算中藉河天水站歷史洪水考證清楚，實測系列較長（1958～2010年），洪水計算方法正確，參數符合流域特性。歷史洪水的引用排位和《渭河流域防洪治河規劃水文專題報告》一致。瞬時單位線法選用參數、系數資料系列較短，故本次采用水文比擬法的分析計算成果作為設計采用值更為合理。

5.2 建議

（1）對于流域面積與參證站相差超過20%，區間有較大支流匯入的河段水文分析計算中，應采用至少兩種方法進行分析計算，相互比較。（2）應對流域下墊面和暴雨特征進行認真分析，考慮局部暴雨中心的影響。（3）設計洪水成果的選用，要綜合考慮，充分論證，既充分考慮通過水文測站分析計算所得的結果，又能與流域實際相結合，合理選用設計采用值。

參考文獻：

[1]天水市水利水電勘測設計院.天水市秦州區藉河平峪溝至南溝河河口段初步設計報告[R].天水：天水市水利水電勘測設計院，2014.

[2]甘肅省水文水資源局.甘肅省暴雨特性研究[M].蘭州：蘭州大學出版社，2003.

[3]甘肅省水利廳.甘肅省暴雨洪水圖集[M].蘭州：甘肅省水利廳，1988.