推理公式法在商洛市骨干糧庫洪水分析中的應用

陜西省商洛水文水資源勘測局 陜西商洛 726000

摘要：文章通過對商洛市骨干糧庫所在地的無資料地區進行水文分析計算，由50年一遇設計暴雨量，采用推理公式推求相應設計洪水，進而對糧庫所在地進行安全分析，希望對無資料地區進行洪水評價時有一定的參考價值。

關鍵詞：暴雨；設計洪水；推理公式；水面線；標高安全分析

1.建設項目所在地、規模及內容

商洛市骨干糧庫糧油倉儲建設項目位于商洛市商州區楊峪河鎮南城子村七、八組，西起南城子苗圃與菜溝毗連；南以現狀山山根為界；北臨南秦河邊的307省道；東至柿子園。距商洛市城區約14公里，項目用地規模4.157公頃。糧庫總倉容量5萬t，食用油罐容5000t。主要建設內容包括：平房倉6棟用油油罐6座及其它輔助設施957m2；綜合辦公樓1000m2，核定估算總投資6222萬元。該項目為一次設計，分兩期建設。

2.項目區地理位置、河流及氣候情況

項目所在地在丹江上游的一級支流南秦河上，所處斷面以上南秦河流域面積296.8 km2，河長30.5 km，河流平均比降19.0‰，位置位于北緯33°36′～33°56′，東經109°31′～109°48′之間，流域呈羽毛狀。本地屬暖溫帶和北亞熱帶過渡性季風氣候，四季分明；冬季寒冷少雨雪，空氣干燥；春季氣溫上升快，氣候溫和，降雨量開始增加；夏季氣溫較高；一年的主要降水期為秋季，秋季氣溫下降，陰雨較多。多年平均降雨量700㎜。暴雨多集中在7、8、9三個月，10月進入陰雨季節，常發生連陰雨。

3.洪水設計標準

項目區所在鄉鎮的防洪標準為10—20年一遇洪水，由于骨干糧庫項目極其重要，涉及商洛市糧食安全，確定糧庫設防標準為50年一遇，因此本次分析計算采用的設計洪水標準按照50年一遇。

4.參證站資料的三性分析

（1）資料的可靠性分析

本次所用資料來自水文年鑒，水文年鑒是水文職工按照國家及行業頒布的技術規范和陜西省水文局下達的《測站任務書》的要求進行資料觀測、計算、校核、復核，然后進行整編和匯編。因此所用的資料是可靠的。

（2）資料的一致性分析

暴雨量設計采用了流域中心附近的站楊斜雨量站，楊斜雨量站于1967年建立至今已有47年了系列資料，資料系列連續完整，而且位置一直固定，因此資料系列一致性較好

（3）資料系列及代表性分析

楊斜雨量站有1967～2013年的47年實測洪水系列資料；在樣本數量上具有一定的代表性。

4.1設計洪水推算

糧庫項目所在區域屬于無水文資料地區，因此可以先推求設計暴雨，然后由推理公式進行分析計算，確定糧庫所在地的設計洪水，從而對項目所在地的安全風險進行評估。

4.1.2推理公式法推求洪水

4.1.2.1推求設計面雨量

楊斜雨量站位于本流域中心附近，以楊斜站為參證站，根據楊斜雨量站1967年至2013年47年的雨量資料，分別統計其歷年1h，3h，6h，12h，24h時段內最大點降雨量，用頻率計算的方法分別推求其頻率為50年的設計暴雨量，見下表表3.1。在設計點暴雨確定后，由點面系數公式將由點雨量換算為面雨量。換算成果見表3.1。

表3.1 在各時段下相應頻率的點雨量（單位mm）

時段點面雨量轉換

t（h）50年一遇點雨量50年一遇面雨量

366.456.2

697.790.1

12102.294.0

24118.7113.3

4.1.2.2設計面雨量的時程分配

根據商洛水文手冊，選用6小時的設計暴雨時程分配雨型求其時段降雨量，參見下表3.2

表3.2 6小時設計暴雨時程分配表

歷時（h）

項目123456合計

H1（%） 100 100

H3-H1（%） 58.1 41.9 100

H6-H3（%）15.353.7 31.0100

4.1.2.3由時段降雨和推理公式推求洪水

由暴雨間接推求洪水，首先假定設計暴雨與設計洪水是同頻率。根據我區水文氣象、地質地貌、下墊面等因素確定產流方式為蓄滿產流。因此按蓄滿產流方式計算設計降雨過程的凈雨過程，由推理公式：Qm=0.278ht/t和τ=0.278L/（mJ^（1/3）Qm^（1/4））聯合推算洪峰流量。式中：

Qm---洪峰流量（m3/s）；

hτ---單雨峰相應與τ時段的最大凈雨（mm）；

ht---單雨峰的凈雨（mm）；

F---流域面積；

m---經驗性的匯流系數；

L---河流長度（km）；

J---河道平均比降；

τ---流域匯流時間（h）；

0.278---單位換算系數。

經計算得出洪峰流量為572 m3/s。

4.1.2.4設計洪水為的推求

項目區所在南秦河河段，河床較平整，主槽相對穩定，河段控制條件較好，在其附近河段選定上、中、下3個斷面作為計算控制斷面，其中～上斷面間距72.6m，中～下斷面間距80.9m。采用恒定非均勻流方程和曼寧公式兩種方法，計算各斷面50年一遇洪水的設計水面線。曼寧公式主要用于計算起始下斷面；其余斷面用非均勻流方程計算洪水位。

4.1.2.5采用曼寧公式計算洪水位

（1）計算方法

天然河道水力計算根據曼寧公式計算，公式為：

Q=AJ1/2R2/3/n

式中：

Q——流量，m3/s；

A——面積，m2；

J——比降；

R——水力半徑，m；

n——糙率。

根據確定的水面比降、河段糙率和實測的河道斷面，首先計算各形態斷面的水力因子，確定各斷面水位～面積曲線、水位～水力半徑關系曲線，然后按曼寧公式確定各斷面水位～流量關系曲線，最后根據設計流量即可求出各斷面的設計洪水位。

（2）計算參數

①河道糙率

參考丹江干流丹鳳水文站洪水實測糙率在0.025～0.028之間，丹江上游麻街水文站站1988年8月14日洪水實測糙率為0.027～0.031，其中洪峰時實測糙率為0.031，洪峰流量553m3/s；板橋水文站2003年8月28日洪水實測糙率為0.022～0.034，其中洪峰時實測糙率為0.034，洪峰流量550m3/s。從糙率具有上游大于下游，支流大于干流的分布規律，結合實地查看項目區兩岸河床的綜合狀況，確定南秦河糙率用0.036。

②控制斷面水位～流量關系的建立

根據實測橫斷面，使用曼寧公式推求下斷面處的水位～流量關系，分析洪水位。

4.1.2.6采用恒定非均勻流公式計算水面線

①公式選用

水面線計算采用恒定非均勻流公式計算，其方程為：

式中：

Zu、Zd—上、下游斷面水位；

Q—斷面流量；

△s—斷面間距；

Ku、Kd—上、下游斷面流量模數；

α—動能修正系數；

ζ—局部水頭損失系數。

流量模數的計算公式為：

式中：n為斷面糙率，A為斷面面積，R為水力半徑。

②參數確定

a、糙率確定

同曼寧公式法。

b、局部水頭損失系數確定

逐漸收縮的河段，局部水頭損失很小，可忽略不計。

5.南秦河斷面洪水位的推求

根據設計洪峰流量，在南秦河項目區所在河段附近選定3個斷面作為計算控制斷面。各斷面計算的各水力因子成果表4.1，各斷面項目設計洪水位表4.2。

表4.1 南秦河起始斷面水力因子成果表

斷面

名稱設計

洪水（m3/s）水位

（m）面積

（m2）河寬

（m）水力半徑

（m）比降流速

（m/s）

下斷面572785.1212047.32.540.008494.76

中斷面572785.7312447.22.630.007554.60

上斷面572786.4011847.62.470.009204.87

表4.2 糧庫所在地南秦河各斷面項目設計洪水位表

斷名稱面里程設計流量設計洪水位設計

超高復核

高程路面

標高高差

（m）（m3/s）（m）（m）（m）（m）（m）

下斷面0572785.120.8785.92789.143.22

中斷面80.9572785.730.8786.53789.713.18

上斷面153.5572786.400.8787.20790.413.21

6.項目所在地地面標高安全分析

糧庫項目場地地面標高、排水口標高主要取決于南秦河50年一遇設計洪水位，50年一遇洪水位又與河道河床演變有關。

項目所在南秦河河段，下游有南秦水庫，受南秦水庫的頂托，該河段水流流速減小，泥沙淤積，河床將逐步升高；南秦水庫庫尾分布了多個沙場，常年挖取河道沙石，附近村民等建設用沙，也從河道采取，使得河道下降。項目區河道河床主要受以上因素影響，河床的抬升與降低在交替進行。近年來，河道取沙量大幅度增加，使河床下降幅度很大，有些地方已經達到極限。本項目所在河段已出現基巖外露現象，下切已到極限。

由于南秦河已到了下切極限，未來河床變化趨勢只有抬升和保持現狀兩種情況，這兩種情況發生的決定因素是河道取沙的規模大小，取沙量大于等于來沙量，河床保持現狀；取沙量小于來沙量，河床慢慢抬升。

河流在平面上，受河堤和公路的制約，擺動的幅度不會太大，也不排除較大洪水沖毀公路路基，使河流改道。

通過以上分析計算可知，由于南秦河下切，50年一遇洪水位低于公路3.2m，不會危及糧庫安全。

作者簡介：

陸琪 男，1971年3月出生，商洛水文局工程師，現主要從事水文預報工作。

楊碧波 女 1982年7月出生，商洛水文局工程師，現主要從事水文水資源分析評價工作。