顧洞河設計暴雨洪水計算方法推求

楊洪澤

(遼寧省朝陽市水務工程質量與安全監督站，遼寧 朝陽 122000)

1 顧洞河流域概況

1.1 地理位置

顧洞河是大凌河左岸的一級支流。發源于金廠溝梁，位于北票市的西北部，自北向南流經北票市龍潭鄉、哈爾腦鄉、和雙塔區桃花吐鎮，于桃花吐鎮坤頭營子村匯入大凌河。顧洞河全長57.5 km，流域面積451 km2，河道平均比降5.14‰，流域重心地理坐標120°30′00″,北緯41°44′00″。其中桃花吐鎮的荒地村至顧洞河入大凌河口處屬于朝陽市雙塔區水利局管轄范圍。

1.2 水文氣象

顧洞河流域屬于北溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季，夏季多雨炎熱，冬春少雨干燥。多年平均氣溫8.1℃-8.9℃，極端最高氣溫43.3℃(多出現在6-8月)，極端最低氣溫-31.1℃(多出現在12-1月)。最大凍土深度1.35 m，多年平均日照時數為2855.6～2 980.8 h，是我省日照時數最長的地區，地面平均溫度10℃左右，積雪深20 cm。無霜期146～160 d，風速參數采用朝陽氣象站1981-1997年17年6-9月汛期平均最大風速1.5倍，汛期多年平均最大風速為13.84 m/s,設計風速19.89 m/s。

顧洞河流域的降水主要受華北氣旋、臺風、冷渦及高空槽等天氣系統的影響，降雨年內、年際變化較大，時空分配極不均勻。多集中在7、8兩個月，占全年降雨51.7%。降水天數約為66 d。流域內多年平均徑流深為86.8 mm，多年平均降雨量為450～580 mm多年平均蒸發量為2 000～2 200 mm。徑流多以洪水方式下泄為主，非汛期河道徑流量很小,上段時有斷流現象。冬季由于受內蒙古冷高壓的控制，所以盛行西北風，氣候寒冷干燥，為此冬春季節雨雪稀少，積雪最大深度20 cm。

1.3 地形地貌

顧洞河橫穿北票市西部地區和雙塔區北部地區，發源于金廠溝梁，自北向南流經北票市龍潭鄉、哈爾腦鄉和雙塔區桃花吐鎮三個鄉鎮。沿河地勢北高南低。本次擬建工程區地貌形態以河漫灘、高漫灘、一級階地地為主，河谷后緣發育沖洪積扇裙，向遠過渡到丘陵。地形較平緩。

2 洪水設計標準確定

該區域保護對象為鄉村和耕地，依據國頒《防洪標準》，根據其人口和耕地面積分為四個等級，各等級的防洪標準防護對象等別與防護標準對照表見表1。

表1 鄉村防護區的等級和防洪標準

目前，顧洞河在桃花吐鎮轄區內長11.228 km，大凌河回水堤長730 m，所以本次治理疏浚河道長度10.498 km，流經8個行政村，現有人口1.2萬人，耕地1.0萬畝，林地0.8萬畝，根據人口<20萬人，耕地面積<30萬畝的現狀，本次設計雙塔區顧洞河的疏浚河道均按10 a一遇洪水標準設防。

3 設計洪水計算

該地區經在1：5萬地形圖上量算，顧洞河大凌河口以上流域特性為：全流域集雨面積為251 km2，大凌河口至扎蘭營子段流域面積20 km2，大凌河口至李家窩鋪段流域面積82 km2。

3.1 流域特性

3.2 設計暴雨

3.2.1 設計暴雨參數

表2 設計暴雨參數表

3.2.2 時段面雨量的計算

(1)

式中：KF為點面折減系數=0.93《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》。見表3。

表3 各時段面雨量計算成果表 mm

3.2.3 暴雨衰減指數n1p和n2p計算

根據P1P/P6P和P6P/P24P的比值見表4。

表4 n1p和n2p計算成果表

3.2.4 匯流歷時τ時段內設計面雨量和面暴雨強度計算

pτp=P24p·24n2p-1·6n1p-n2p·t1-n1p

(2)

ip=pτp/τ

(3)

計算結果見表5。

表5 匯流歷時設計面雨量和面暴雨強度計算表

3.3 設計洪水計算

3.3.1 洪峰流量計算

Qp=0.278φp·ip·F

(4)

式中：φp為洪峰徑流系數(查遼寧水文手冊)

計算結果見表6。

表6 洪峰流量計算成果表

3.3.2 洪水總量計算

計算式：

W三p=0.1α三p·P三p面·F

W(三-24)p=0.1α(三-24)p·P(三-24)p面·F

W24p=W三p-W(三-24)p

式中：α三pα(三-24)p分別為洪量徑流系數，見表7。

表7 洪量計算成果表

3.3.3 設計洪水過程線

計算洪峰形狀系數γp

結果見表8。

表8 形狀系數γp計算成果表

計算前峰第6 h流量，經判別，各種頻率均為W(三-24)p>2.25Q20

故前峰最大流量Q6按下式計算：

計算結果見表9。

表9 Q6計算成果表

根據已經通過審查的《龍潭水庫除險加固工程初步設計報告》，采用其下泄流量與本次設計洪水同頻率最不利組合得出本次洪水設計成果，見表11。

表11 顧洞河干流設計洪水成果

3.4 設計洪水認定

由于龍潭水庫與顧洞河都位于大凌河的中上游，龍潭水庫處于顧洞河上游，因而可以用已經通過審查認定的《龍潭水庫除險加固工程初步設計報告》的水文計算成果作參證分析。計算方法采用水文比擬法。龍潭水庫流域面積為200 km2，河長25.825 km，比降11.77‰，顧洞河流域面積為251 km2，河長31.855 km，比降5.14‰。見表10。

表10 水文比擬法洪水計算成果

4 結語

分析顧洞河用推理公式法和水文比擬法所做的兩種洪水成果可以看出，兩種方法的設計洪水成果比較接近，水文比擬法的成果略大于推理公式的成果，經分析原因是龍潭水庫地處顧洞河上游，流域內比降較大，匯流歷時短，因此洪峰較大，考慮到本流域的具體情況，結合水文比擬法的成果，采用本次推理公式法的洪水成果作為本次洪水計算成果。