王河河道防洪承載力分析評價及組合洪水計算探析

劉瑛楠

(遼寧省沈陽水文局， 遼寧 沈陽 110043)

1 概述

王河發源于沈陽市法庫縣慈恩寺白石砬子山區，流經法庫、鐵嶺的調兵山市和鐵嶺縣，在鐵嶺縣鎮西堡鄉大臺山下匯入遼河，屬遼河一級支流。王河流域總面積482 km2，其中山區面積278 km2，平原面積204 km2，河流總長50.8 km，河道平均比降0.73‰，在鐵嶺境內長22 km。王河沿岸為鐵嶺西部山區洪水沖積形成的山前平原，地形開闊平坦，地勢較低，地下水位高。

王河的上游段距法庫縣慈恩寺白石砬子山王河河源約23.4 km處建有泡子沿水庫，屬于中型水庫，校核標準為1 000 a一遇，設計標準為100 a一遇。泡子沿水庫很大程度上緩解了周邊農田灌溉用水的緊張狀況，同時承擔了下游大明煤礦、調兵山市區的防洪任務。

王河泡子沿水庫下游有五條主要支流，即前山河、蔡家溝河、柏家溝河、楊河和新開河。其中在頭臺子河上游分兩支流，其西側支流原有一座小型水庫—頭臺子河前山水庫，現已廢棄；其東側支流為頭臺子河蔡家溝支流。王河所處地區為遼河沖積平原，地勢低洼，山丘皆有。植被主要屬于夏綠林型、常綠林型灌木和草本植物。土壤以草甸土、潮棕壤土為主，地勢低洼易澇[1-4]。其河道特性見表1。

表1 王河流域沿線支流河道特性表

2 洪水承載力

2.1 基本資料

2019年，遼寧江河水利水電新技術設計研究院編制完成了《王河鐵嶺縣段現狀堤防防洪能力分析評價》，采用最新數據對王河進行了水文分析，并進行了合理性分析及歷史洪痕考證，其計算結果更能反映王河洪水實際情況。

2020年8月遼寧江河水利水電新技術設計研究院編制完成了《王河鐵嶺縣段河道治理工程初步設計報告》，其沿用了《分析評價》中水文成果，2020年8月31日鐵嶺水發[2020]159號文件予以批復。考慮到王河本次治理段為調兵山市與鐵嶺縣界河，為保證水文成果一致性，故本次采用《分析評價》中成果。

2.2 徑流

根據《鐵嶺縣農業資源調查與農業區劃報告》，王河沿岸雙井子鄉、鎮西鄉為西部洪澇區，徑流年際年內分配極不均勻，年徑流量大部分集中在汛期，多年平均徑流量為0.92×108m3，汛期徑流量占全年的73.7%。詳見表2。

表2 本區天然徑流量表

2.3 暴雨洪水特性

王河流域年降水量600 mm，年內分配極不均勻，有一半集中在七、八兩個月，河流洪水多由暴雨產生[5]。另外，王河各支流多發源于山區，河流比降較陡，一旦出現大暴雨，易釀成洪災。因王河流域未設水位、徑流測站，歷次洪水的相關情況只能參考流域或地區的暴雨記錄和歷史洪水調查，缺乏精確的數字。

2.4 歷史洪水

據記載，王河沿岸出現較大洪水有八次，分別是1951年、1953年、1954年、1957年、1960年、1964年、1989年、1994年，其中以1951年和1953年兩次洪水最大。1951年、1953年、1989年和1994年的洪水均造成王河堤防決口。據歷史洪水調查：1951年遼河發生稀有大水，在王河流域鐵嶺縣境內，遼河首先出現潰堤，接著王河決堤，王河和遼河洪水形成串流，使介于兩條河流之間的雙井子鄉大部地區被淹，受淹面積達到10 667 hm2，淹沒的耕地、房屋、人口數已不可考證。

1953年遼河和王河又出現潰堤及洪水串流現象，但災情較1951年輕，這兩次洪水在王河出現的洪峰流量，據省水利部門調查結果，在泡子沿水庫壩址處分別為806 m3/s和218 m3/s。泡子沿水庫以下無記載。

1975年王河在鐵嶺縣境內永收村附近左岸潰堤，淹沒雙井子鄉部分土地，受災情況無記載。

2.5 設計洪水計算

2.5.1 支流設計洪水

由于流域內無實測資料，本次王河鐵嶺縣段現狀堤防防洪能力分析評價山區洪水采用《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》計算；平原低洼地帶采用排水模數法計算。因平原區排水河道的排水過程持續較長，且較穩定，故在兩部分洪水組合時，將平原區排水流量平加在山區洪水部分。

遼寧省水利水電勘測設計研究院在《遼寧省中部平原澇區及東南沿海澇區排水模數分析》工作中，建立了新的降雨徑流關系，對遼寧省中部平原澇區和東南沿海平原澇區的排水模數進行了補充分析和修改。

平原區洪水按平原區排水計算。根據《遼寧省治澇規劃報告》(含田間配套工程)中遼干北部右岸澇區王河法庫澇片相關頻率排水模數，王河法庫澇片20 a一遇水田排澇模數為0.31 m3/(s·km2)，旱田排澇模數為0.51 m3/(s·km2)；10 a一遇水田排澇模數為0.22 m3/(s·km2)，旱田排澇模數為0.35 m3/(s·km2)；5 a一遇水田排水模數為0.14 m3/(s·km2)，旱田排水模數為0.22 m3/(s·km2)。

本流域地處遼寧水文Ⅰ和Ⅱ分區之間，設計暴雨、產流各參數均采用Ⅱ區資料。由于各支流的流域面積均小于300 km2，故設計可采用集水面積小于300 km2的設計洪水計算方法，計算結果見表3、表4及表5。

表3 P=5%各支流洪峰流量及洪水總量表

表4 P=10%各支流洪峰流量及洪水總量表

表5 P=20%各支流洪峰流量及洪水總量表

2.5.2 洪水計算成果合理性

因為本流域沒有水文測站，故需參考鄰近流域資料來復核王河流域洪水計算成果。尚屯水庫、泡子沿水庫屬于同一水文分區，且是鄰近流域。為了驗證泡子沿水庫應用無資料地區的成果推求設計洪水的準確性，用尚屯水庫現有的水文資料來進行驗證，以求得可信的程度。

根據沈陽市水利勘測設計院編制完成的《泡子沿水庫除險加固初步設計》報告，尚屯水庫入庫洪峰流量各頻率設計值見表6。

表6 尚屯水庫入庫洪峰流量各頻率設計值表 m3/s

泡子沿水庫控制面積156 km2，頭臺子河前山水庫集雨面積20.5 km2，頭臺子河蔡家溝山區集雨面積27.2 km2，柏家溝山區集雨面積20.7 km2，楊河山區集雨面積10.8 km2，新開河水庫集雨面積32 km2。尚屯水庫集雨面積238 km2，采用水文比擬法的洪峰流量計算公式為：

(1)

式中： Q設為采用水文比擬法利用臨近站的洪峰流量計算得到的小流域水庫的洪峰流量(m3/s)；F鄰為臨近站上游的控制面積(km2)；F設為小流域水庫上游的控制面積(km2)；Q鄰為臨近站的洪峰流量(m3/s)。

從表7成果比較可以看出，當p=10%時用尚屯水庫作為參證站計算的洪水結果略小于用暴雨洪水計算手冊的計算結果，其主要原因是河流上下游不同歷時的暴雨均值有一定的差異[6]，且流域面積小、產流時間短、匯流集中。除泡子沿水庫外的五個小流域控制面積都較小，僅為尚屯水庫控制面積十分之一左右，因此水文比擬法精度可靠程度偏低。考慮到遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法的基礎資料翔實、方法先進，綜合成果完全符合部頒《設計洪水計算規范》要求，從工程的安全角度出發，在本次計算中，采用該方法計算的洪水作為調洪演算的依據。

表7 成果對比表 m3/s

2.5.3 組合洪水承載力

根據王河河勢的變化規律，結合工程布置情況，本次共布置了四個控制斷面，大臺山閘前斷面位于大臺山閘前，集水面積388.1 km2；斷面Ⅰ(口古范斷面)位于口門沿排水站匯入口上游100 m，集水面積317.9 km2；斷面Ⅱ(新開河匯入口以上)位于新開河匯入口上游100 m，集水面積285.9 km2；斷面Ⅲ(楊河匯入口以上)位楊河匯入口上游100 m，集水面積246.4 km2；控制斷面詳細資料見表8、表9及表10。

表8 至斷面Ⅰ(口古范斷面以上)匯流時間(h)

表9 至斷面Ⅱ(新開河匯入口以上)匯流時間(h)

(1)當p=5%、p=10%和p=20%時王河上游泡子沿水庫參與調洪。1998年由鐵嶺市水利勘測設計院設計的《王河流域防洪綜合利用規劃》中王河上游泡子沿水庫10 a一遇洪水和5 a一遇洪水不泄洪，但是根據《泡子沿水庫除險加固初步設計》所述，10 a一遇洪水和5 a一遇洪水時王河上游泡子沿水庫洪水泄洪。因此本次王河河道治理予以采用10 a一遇洪水和5 a一遇洪水時王河上游泡子沿水庫參與調洪。

(2)王河各支流洪水演進采用曼寧公式計算。各支流至三個控制斷面的匯流時間見表8、表9及表10。

表10 至斷面Ⅲ(楊河匯入口以上)匯流時間(h)

(3)組合洪水中考慮各排水站的排水流量，各排水流量與支流洪水為峰對峰疊加。

(4)考慮到河道的槽蓄作用，小區域洪水不予計算。口門沿、古洞坨、范家三站因控制面積較大且相鄰，并作口古范站考慮。計算結果見表11。

表11 各控制斷面組合洪水計算成果表

3 結語

各支流設計洪水采用《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》計算，平原低洼地帶采用排水模數法計算，兩部分洪水組合時，將平原區排水流量平加在山區洪水部分。王河河道治理予以采用10 a一遇洪水和5 a一遇洪水時王河上游泡子沿水庫參與調洪。河道洪水演進采用曼寧公式計算。組合洪水中考慮各排水站的排水流量，各排水流量與支流洪水為峰對峰疊加。通過分析和計算,該結果更能反映王河洪水實際情況。