澎河流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析

□史靖雯 □彭 博（河南省平頂山水文水資源勘測局）

1 流域概況

1.1 自然地理、河流水系

澎河發(fā)源于伏牛山區(qū)方城縣境內(nèi)，經(jīng)方城、魯山匯流沙河入白龜山水庫。在澎河上有一座中型水庫——澎河水庫，水庫壩址位于魯山縣東南17.50 km的馬樓鄉(xiāng)宋口村，壩址以上控制流域面積209.20 km2。澎河流域內(nèi)山嶺重疊，林木稀少。河源位于方城縣境內(nèi)，河長38.20 km，水庫下游河道平均比降0.25×10-2，水庫下游河長14.00 km進(jìn)入白龜山水庫。

澎河水庫庫區(qū)屬淺山丘陵區(qū)，海拔高程130～320m，庫區(qū)植被尚可。水庫原為一狹溝攔壩而成；溝寬300m左右，水庫流域形狀南北向?yàn)橛馉睿饔蚰稀|、西三面被淺山環(huán)抱，山坡坡面較陡，壩址以上河道窄深。

1.2 水文氣象

流域氣候?yàn)榕瘻貛c北亞熱帶的過渡帶上，屬典型的大陸性季風(fēng)氣候。多年平均降水量868.60mm，年內(nèi)年際分配很不均勻，6~9月份，凈水約占全年降水量的70%以上；多年平均氣溫15℃，極端最低溫度為-18℃，極端最高溫度為42℃；多年平均水面蒸發(fā)量980mm，陸上蒸發(fā)575mm，干旱指數(shù)1.00。由于降水時(shí)空分布不均，年際變化大，易發(fā)生洪澇和干旱災(zāi)害。

2 流域內(nèi)水利工程

澎河水庫始建于1958年，現(xiàn)經(jīng)除險(xiǎn)加固后，澎河水庫總庫容為7112.15萬m3，壩高32m，壩長634m，100年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪峰流量3956m3/s，2000年一遇的洪水校核，校核洪峰流量6384m3/s，歷史最高水位151.51m。

3 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

本次洪水設(shè)計(jì)首先計(jì)算葉魯公路橋和澎河水庫之間的天然狀況設(shè)計(jì)洪水，再加上澎河水庫的洪水泄量，得出公路橋處設(shè)計(jì)洪水。

流域天然狀況設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算一般采用實(shí)測流量推求設(shè)計(jì)洪水和暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。由于本流域內(nèi)沒有設(shè)立水文站，實(shí)測流量資料缺乏,所以只能運(yùn)用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水流量。該計(jì)算方法的有關(guān)要素（主要是暴雨、產(chǎn)流、匯流）反映天然狀況下的洪水特性。設(shè)計(jì)暴雨推求過程中圖集查算值及查得的參數(shù)都是天然流域統(tǒng)計(jì)結(jié)果，公式也廣泛應(yīng)用于天然流域洪水計(jì)算。本次計(jì)算采用的流域特征值和相應(yīng)參數(shù)由水文圖集查得，代表天然流域特征。

為了充分利用現(xiàn)有資料，澎河水庫下泄水量，按照澎河水庫不同頻率的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

3.2 設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)徑流計(jì)算

區(qū)間流域特征值：F=10 km2；L=2.50 km；J=0.0025。

各時(shí)段的設(shè)計(jì)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)由1984年《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》中的等值線圖查得。各時(shí)段徑流深采用澎河水庫洪水設(shè)計(jì)方案的暴雨徑流參數(shù)計(jì)算值。設(shè)計(jì)暴雨徑流計(jì)算成果見表1。

表1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算成果表 單位：mm

3.3 區(qū)間天然設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

3.3.1 暴雨遞減指數(shù)計(jì)算

暴雨遞減指數(shù)計(jì)算根據(jù)基本公式np=1-1.285LgαH1p/αH10p

式中：α 為點(diǎn)面折算系數(shù)，H10p、H1p、分別為10min、1 h在設(shè)計(jì)頻率下的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，由此可計(jì)算出6 h和24 h的暴雨遞減指數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 暴雨遞減指數(shù)成果表

3.3.2 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

式中：Ψ—洪峰徑流系數(shù)；S—設(shè)計(jì)最大1小時(shí)雨量平均強(qiáng)度（mm/h）；τ—洪峰匯流時(shí)間；n—設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)；F—流域面積（km2）。

通過計(jì)算，天然設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表3。

表3 天然設(shè)計(jì)洪峰流量成果 單位：m3/s

3.4 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

公路橋斷面上游有澎河水庫，距橋位斷面河道2.50 km，所求橋位設(shè)計(jì)斷面處設(shè)計(jì)流量為組合流量，等于公路橋和水庫間的天然設(shè)計(jì)流量加上澎河水庫的下泄流量，即Q設(shè)計(jì)=Q區(qū)間+Q庫出。斷面處設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果見表4。

表4 天然設(shè)計(jì)洪峰流量成果 單位m3/s

3.5 設(shè)計(jì)水位的確定

根據(jù)實(shí)測橋址處的大斷面資料和設(shè)計(jì)流量由曼寧公式計(jì)算，求出設(shè)計(jì)洪水位。

式中：Q—設(shè)計(jì)流量，m3/s；n—河床糙率；A—過水?dāng)嗝婷娣e，m3；R—水力半徑，m；i—水面比降。

根據(jù)河道河床質(zhì)及植被情況，河底由砂質(zhì)組成，河底不太平順，水流不太順暢，兩岸岸壁為黃土，長有雜草，河床糙率按照《比降面積法測流規(guī)范》的糙率取值表，斷面處取n=0.03，求得各頻率洪水水位，確定該斷面處的設(shè)計(jì)洪水，見表5。

表5 設(shè)計(jì)洪水成果表

4 成果合理性分析

（1）本次由暴雨徑流推求的設(shè)計(jì)洪水，采用的暴雨參數(shù)為1984年河南省綜合成果，資料的代表性、系列性較好，滿足洪水設(shè)計(jì)需要。

（2）選用流域特性相近的河流大泥河、灰河與所求設(shè)計(jì)洪峰流量Qp～F綜合圖，點(diǎn)位合理，符合地區(qū)分布規(guī)律。

（3）根據(jù)澎河歷史洪水資料，歷史最大下泄流量所達(dá)到的洪水位與本次所設(shè)計(jì)的水位較接近，說明設(shè)計(jì)較為合理。

（4）本次設(shè)計(jì)，考慮分析了區(qū)間來水特性，推求橋位斷面設(shè)計(jì)洪水，設(shè)計(jì)符合實(shí)際。

（5）澎河流域應(yīng)用曼寧公式推求洪水水位的方法和參數(shù)的采用已經(jīng)應(yīng)用和驗(yàn)證，結(jié)果合理可靠。

參考資料

[1]李煒.水力計(jì)算手冊[S].北京：中國水利水電出版社（第二版），2006.

[2]河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集[J].鄭州：河南省水文總站，1984.

[3]河南省魯山縣澎河水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)報(bào)告[J].南陽市水利設(shè)計(jì)院，2011.