孤山河設計洪水初步分析

趙小龍，王宏巖

(遼寧省營口水文局，遼寧營口115003)

1 流域概況

孤山河為海城河干流上游段，發源于海城市孤山鎮瓦子溝村響水溝。該河斷面上流域面積80.5 km2，河長10.5 km，斷面處平均比降8.95‰。

斷面處地表水總體方向由南向北。河水受季節性降水控制明顯，雨季降水集中，河水暴漲，水流湍急，地表徑流突增，枯水季節河流水位下降，地表徑流減少。

河床為松散河床質堆積物，多為粗砂及碎石。地下水為第四系孔隙水含水巖組，一般主要以吸奪河水為主。

2 暴雨洪水特性

流域屬太子河流域下游區，季風氣候顯著，每年7—8月份，受西太平洋副熱帶高壓、華北氣旋、臺風及高空槽等天氣過程的影響，常常出現暴雨和大暴雨天氣。降水強度大，降水量集中在幾小時或2～3 d，有時連續發生多日降水。

受暴雨影響，本河段經常發生洪水或大洪水。由于河道曲折，河谷狹窄，比降大，流速快。一般一次天氣過程造成的暴雨歷時較短，多為集中在幾個小時之內，最多集中于一天時間內，致使較大洪水過程多呈單峰形，洪峰受暴雨雨型控制。

3 河道演變

河道演變是在水流與河床相互作用下，河道形態的變化，指近代沖積河道的演變發展。斷面處河床相對松散，多為粗砂、碎石，地貌為河流侵蝕堆積地貌，河道平直，為“U”型斷面，右岸靠山腳，左岸設堤岸為民宅。河道漲水時，比降較大，流速快，水流湍急，河底高程有不同程度的變化，存在局部沖淤現象。

根據歷史調查資料分析，河段內曾有決堤、漫堤情況發生，但主槽未有明顯擺動，河床沒有明顯變化，河槽相對穩定。就河道自然演變來看，經過洪水的多次沖刷、淤積及變遷，河道仍然是自然狀態，沖刷淤積基本上趨向平衡［1］。

4 水文分析計算

4.1 資料的選用

孤山河為海城河上游，無水文站，沒有實測洪水資料。海城水文站位于海城河干流上，實測年限較長、觀測質量較好、精度較高、水文氣象及下墊面條件相似，距分析斷面較近。因此，以海城站資料為基礎，采用海城站的洪水設計成果，使用面積比擬法對分析斷面進行設計洪水計算。

海城河在海城市市區設有控制站為海城水文站，站址以上河長56 km，流域面積1000 km2，1934年設立，1953年后有連續資料。2006年下遷950 m至現在處。基本資料選用1953—2012年，連續系列資料60 a，每年的實測資料均由遼寧省水文水資源勘測局及鞍山分局進行整編、地審、省審、匯編和刊印，資料精度高，分析計算設計洪水成果可靠。

4.2 資料插補延長

此次洪峰流量實測資料系列1953—2012年，計算100 a一遇的資料系列相對較短，為此本項分析計算中，對以下幾類資料進行了適當的插補延長。

與海城站相鄰的站只有湯河水庫站資料系列更長，湯河水庫站和海城站同屬太子河下游山溪性河流代表站，兩站相距50余km，流域面積相近，河流特性、下墊面條件及氣象特點相差不大，因此，采用面積比法進行資料的插補延長。

湯河水庫站流域面積為1 228 km2，1951、1952實測流量分別為719、734 m3/s，計算得海城站流量分別為586、598 m3/s做為資料插補系列。

4.3 設計洪水計算方法

4.3.1 經驗頻率計算

依據中華人民共和國行業標準《水利水電工程設計洪水計算規范》(SL44-93)中的規定，當工程所在地區具有30 a以上實測和插補延長洪水流量資料，并具有歷史洪水資料時，應采用頻率分析法計算設計洪水［2］。頻率分析計算公式如下:

1)海城站歷史調查洪水采用如下經驗頻率公式計算:

式中:PM為歷史特大洪水流量或實測系列中特大洪水流量經驗頻率，%;M為歷史特大洪水流量或實測系列中特大洪水流量在調查期內的序位;N為調查期年數。

2)實測洪水流量系列經驗頻率按下式計算:

式中:Pm為實測洪水流量經驗頻率，%;a為歷史特大洪水的項數;l為實測洪水流量系列中按特大洪水流量處理的項數。

4.3.2 理論頻率曲線

理論頻率曲線采用皮爾遜Ⅲ型分布。

均值計算公式為:

變差系數計算公式為:偏態系數計算公式為:

采用矩法求得各統計參數，偏差系數CS值，采用CS與Cv的倍比關系、變差系數以及年最大洪峰流量平均值均經過優選。

經驗頻率的計算方法采用統一處理法。

4.4 設計洪水的計算

4.4.1 海城站設計洪峰流量的推求

海城站100 a一遇設計洪峰流量為3 840 m3/s;50 a一遇設計洪峰流量為3 120 m3/s;20 a一遇設計洪峰流量為2 210 m3/s。

4.4.2 項目位置以上設計洪峰流量的推求

基本計算公式為:

式中:Qp為斷面位置設計洪峰流量;Q海海城站洪峰流量;F海為海城站以上流域面積;Fp斷面位置以上流域面積。

斷面位置20 a一遇設計洪峰流量Qp=412 m3/s;

斷面位置50 a一遇設計洪峰流量Qp=582 m3/s;

斷面位置100 a一遇設計洪峰流量Qp=71 6 m3/s。

4.5 設計洪水成果及合理性分析

采用海城水文站連續60 a實測資料，系列較長，成果精度高，調查資料比較可信;用海城站資料換算工程項目設計洪水，方法得當。采用海城站設計成果為基礎，對工程設計而言防洪標準更高，對工程本身更加安全，設計洪水成果是合理的。

［1］何超.山東省中小河流治理工程初步設計設計洪水計算分析［J］.中國科技信息，2013(14):10.

［2］中華人民共和國水利部.SL44-93水利水電工程設計供水計算規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1993.