澎河流域設計洪水計算與分析

□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

澎河發源于伏牛山區方城縣境內，經方城、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的馬樓鄉宋口村，壩址以上控制流域面積209.20 km2。澎河流域內山嶺重疊，林木稀少。河源位于方城縣境內，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進入白龜山水庫。

澎河水庫庫區屬淺山丘陵區，海拔高程130～320m，庫區植被尚可。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為羽狀，流域南、東、西三面被淺山環抱，山坡坡面較陡，壩址以上河道窄深。

1.2 水文氣象

流域氣候為暖溫帶與北亞熱帶的過渡帶上，屬典型的大陸性季風氣候。多年平均降水量868.60mm，年內年際分配很不均勻，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℃；多年平均水面蒸發量980mm，陸上蒸發575mm，干旱指數1.00。由于降水時空分布不均，年際變化大，易發生洪澇和干旱災害。

2 流域內水利工程

澎河水庫始建于1958年，現經除險加固后，澎河水庫總庫容為7112.15萬m3，壩高32m，壩長634m，100年一遇洪水設計，設計洪峰流量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 設計洪水分析計算

3.1 計算方法

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

流域天然狀況設計洪水的計算一般采用實測流量推求設計洪水和暴雨資料推求設計洪水。由于本流域內沒有設立水文站，實測流量資料缺乏,所以只能運用暴雨資料推求設計洪水流量。該計算方法的有關要素（主要是暴雨、產流、匯流）反映天然狀況下的洪水特性。設計暴雨推求過程中圖集查算值及查得的參數都是天然流域統計結果，公式也廣泛應用于天然流域洪水計算。本次計算采用的流域特征值和相應參數由水文圖集查得，代表天然流域特征。

為了充分利用現有資料，澎河水庫下泄水量，按照澎河水庫不同頻率的設計洪水計算。

3.2 設計暴雨和設計徑流計算

區間流域特征值：F=10 km2；L=2.50 km；J=0.0025。

各時段的設計暴雨統計參數由1984年《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》中的等值線圖查得。各時段徑流深采用澎河水庫洪水設計方案的暴雨徑流參數計算值。設計暴雨徑流計算成果見表1。

表1 設計暴雨計算成果表 單位：mm

3.3 區間天然設計洪峰流量計算

3.3.1 暴雨遞減指數計算

暴雨遞減指數計算根據基本公式np=1-1.285LgαH1p/αH10p

式中：α 為點面折算系數，H10p、H1p、分別為10min、1 h在設計頻率下的設計點雨量，由此可計算出6 h和24 h的暴雨遞減指數。計算結果見表2。

表2 暴雨遞減指數成果表

3.3.2 設計洪峰流量計算

式中：Ψ—洪峰徑流系數；S—設計最大1小時雨量平均強度（mm/h）；τ—洪峰匯流時間；n—設計暴雨遞減指數；F—流域面積（km2）。

通過計算，天然設計洪峰流量成果見表3。

表3 天然設計洪峰流量成果 單位：m3/s

3.4 設計洪峰流量計算

公路橋斷面上游有澎河水庫，距橋位斷面河道2.50 km，所求橋位設計斷面處設計流量為組合流量，等于公路橋和水庫間的天然設計流量加上澎河水庫的下泄流量，即Q設計=Q區間+Q庫出。斷面處設計洪峰流量計算成果見表4。

表4 天然設計洪峰流量成果 單位m3/s

3.5 設計水位的確定

根據實測橋址處的大斷面資料和設計流量由曼寧公式計算，求出設計洪水位。

式中：Q—設計流量，m3/s；n—河床糙率；A—過水斷面面積，m3；R—水力半徑，m；i—水面比降。

根據河道河床質及植被情況，河底由砂質組成，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，確定該斷面處的設計洪水，見表5。

表5 設計洪水成果表

4 成果合理性分析

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

（2）選用流域特性相近的河流大泥河、灰河與所求設計洪峰流量Qp～F綜合圖，點位合理，符合地區分布規律。

（3）根據澎河歷史洪水資料，歷史最大下泄流量所達到的洪水位與本次所設計的水位較接近，說明設計較為合理。

（4）本次設計，考慮分析了區間來水特性，推求橋位斷面設計洪水，設計符合實際。

（5）澎河流域應用曼寧公式推求洪水水位的方法和參數的采用已經應用和驗證，結果合理可靠。

參考資料

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

[2]河南省中小流域設計暴雨洪水圖集[J].鄭州：河南省水文總站，1984.

[3]河南省魯山縣澎河水庫除險加固工程設計報告[J].南陽市水利設計院，2011.