水文比擬法在清水河管道穿越河段斷面設計洪水分析計算中的應用

石牡麗

（陜西省水文水資源勘測局陜西西安710068）

水文比擬法在清水河管道穿越河段斷面設計洪水分析計算中的應用

石牡麗

（陜西省水文水資源勘測局陜西西安710068）

本文結合清水河流域概況、地形地貌、水文氣象、河流特性等特點，運用水文比擬發法對其水文資料的進行了分析，分析成果合理、可靠，可為類似案例提供借鑒。

水文比擬法；清水河；管道穿越河段；斷面設計洪水；計算

1　工程概況

按照寶雞市政府渭河流域水污染防治工作要求和市區污水處理總體規劃，為了解決十里鋪污水處理廠污水量超負荷運行、高新區污水處理廠處理能力不足，以及渭河南岸濱河大道段無污水管網，渭河污水直排口無法截留進入污水管網等問題。市政府決定建設渭河南岸濱河大道污水干管工程，將渭河南岸污水截留引入高新區污水處理廠。

渭河南岸濱河大道污水干管工程穿越清水河，屬小型穿越河流的涉水建設項目。

2　流域概況

2.1河流概況

清水河是渭濱區境內渭河右岸一級支流，發源于秦嶺北麓，由南向北流經渭濱區八魚鎮、馬營鎮、于馬營鎮東匯入渭河。入河口的地理坐標是東經107°15′05″，北緯34°15′09″。干流長28.4km，流域面積162.5平方km2，河道平均比降35.2‰。主要支流有大清河，西岔河和東岔河。其中大清河和西岔河位于清水河左岸，東岔河位于清水河右岸，東岔河以下干流順直，無大支流匯入，整個流域呈扇形。

2.2地形地貌

清水河流域地形南高北低。流域中上游為峰嶺錯列，山崖陡峻的土石中低山區，清水河姚家嶺以南植被豐茂，水土保持良好，姚家嶺以北侵蝕嚴重，今年來采取了植樹造林和臺塬坡面綠化工程，在一定程度上緩減了水土流失現狀。大部分地區森林覆蓋，植被良好，下游兩岸為黃土臺原區。

2.3水文氣象

清水河流域屬于暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風氣候區，四季分明，冬夏溫差較大，多年平均氣溫12.9℃，極端最高氣溫41.6℃，極端最低氣溫-13.9℃；多年平均相對濕度68%，多年平均日照1869h，多年平均風速1.2m/s，風向西北。

2.4河流特性

清水河地處秦嶺北麓，夏秋季節雨量比較充沛，旱情多發生在冬春季節，夏季受南方暖濕氣流影響，易發生大暴雨，河流具有山溪性河流洪水暴漲暴落的特性。除漲水情況下，清水河水質清澈，含沙量低，多年平均輸沙量1.35萬噸，多聚于清水河入渭河口。

表1-1　清水河周邊流域水文站基本情況

3　設計洪水分析計算

水文比擬法就是以流域間的相似性為基礎，將相似流域的水文資料移用至研究流域的一種簡便方法，是解決無資料流域設計洪水計算的一種常用方法，清水河流域無水文站點，屬無水文資料流域，因此本次設計洪水分析計算采用采用參證站比擬法作為確定堰河管道穿越河段斷面設計洪水計算方法之一。

3.1參證站的確定

清水河流域周邊地處于同一暴雨相似區的水文站有湯峪河漫灣村水文站、清姜河益門鎮水文站。經比較分析，清水河與清姜河同屬秦嶺北麓河流，流域下墊面條件相似，流域集水面積、河長、主河道比降和清水河基本接近，水文資料系列較長，故選用益門鎮站作為分析計算清水河設計洪水的參證站。周邊水文站情況見表1-1。

3.2參證站設計洪水分析計算

3.2.1基本資料情況

（1）水文站及水文資料

益門鎮水文站位于渭濱區益門鎮益門村二組，1955年9月設立，隸屬陜西省水文水資源勘測局，基本斷面以上集水面積219km2，距河口距離5.4km。該站測驗河段順直，河床為沙卵石河床，沖淤變化不大，水文測驗項目齊全。本次收集到1955年～2014年59年（其中缺測1年）的實測洪水系列資料。

（2）水文資料的選用

本次評價水文資料選用益門鎮水文站1955年～2014年經正式整編刊印的年最大洪峰流量資料，在59年資料系列中，多年平均年最大洪峰流量為189m3/s，年最大洪峰流量最大值為734m3/s（1981年8月21日），年最大洪峰流量最小值為32.1m3/s（1995年3月15日）。調查洪水1次，411m3/s（1931年9月1日）

圖4-1　益門鎮站洪峰流量過程線、正序均值、逆序均值曲線圖

3.2.2水文資料的一致性、可靠性、代表性分析

（1）可靠性分析

益門鎮水文站屬國家基本水文站，水文資料一直由專業技術人員按照相關規范規定觀測，觀測資料真實，整編方法正確。河道水位觀測、斷面測量、泥沙和流量測驗及推求計算方法符合《河道流量測驗規范》、《水文資料整編規范》，因此選用資料系列可靠。

（2）一致性分析

益門鎮水文站59年年最大流量系列資料中的洪水氣象成因均由暴雨形成；水文站基本斷面以上無大中型蓄水調節工程，有寶雞市飲水工程1處，大洪水期均停止飲水，不會對最大洪峰流量影響，59年年最大流量資料系列中無決、潰現象引起的峰值，因此本次評價選用的資料系列一致性較好。

（3）代表性分析

資料系列代表性是指某一具有可靠性和一致性的資料系列樣本分布對總體分布的代表性。本次采用點繪益門鎮站1955年建站以來歷年年最大洪峰流量、正序均值、逆序均值過程線圖。益門鎮站洪峰流量過程線、正序均值、逆序均值曲線圖詳見圖4-1。

從圖中可以看出年最大值與最小值變化大，年最大值734m3/s（1981年8月21日），最小值為32.1m3/s（1995年3月15日），年均值為189m3/s；大于均值及小于均值出現的年份不均，大于均值出現年份為18年，小于均值出現年份為38年；系列變化周期明顯，1955年～1991年出現大于均值的年份偏多，1991年～2014年系列值均小于均值的年份偏多。59年資料系列中洪水豐、平、枯交替出現，變幅較大，且出現了豐水段和枯水段，隨著系列的增加，年最大流量系列正、逆序列均值趨于平均值，經分析所選用的年最大洪峰流量資料具有較好的代表性。

3.2.3歷史洪水重現期的考證

依據《陜西省洪水調查資料》（陜西省水利廳，1985年），1931年調查歷時洪水411m3/s。

實測系列中按特大洪水處理的洪水為1981年洪水，洪峰流量734m3/s，排列首位，因無可靠的歷史資料考證，故歷史及實測特大洪水的重現期按調查洪水的最早年份（1931年）算起，調查洪水的考證期取84年。實測系列洪水考證期取59年。

3.2.4頻率計算

根據益門鎮水文站1955年～2014年實測洪峰流量資料系列，加入1931年歷史洪水，按不連續系列計算經驗頻率，采用矩法計算統計參數，偏態系數CS/CV=3.0，采用P－III型曲線目估適線，適線時著重考慮曲線中、上部較大洪水點數據。適線和計算結果見表1－2，頻率曲線圖詳見下圖。

表1－2　益門鎮站洪峰流量頻率計算成果表

益門鎮水文站洪峰流量頻率曲線圖

表1-3　設計斷面水文比擬法計算成果單位：m3/s

從表中可以看出，《寶雞水文手冊》資料系列采用1955年～1983年，資料系列較短，從益門鎮站1955年～2014年最大流量過程線來看，該系列段，數值偏大，代表性差，頻率計算結果僅供參考。本次采用PⅢ型頻率適線法，計算的益門鎮站不同頻率洪水與陜西省水文局計算結果接近，兩成果資料系列較長，參數取用合理，故采用本次洪水頻率計算成果可作為確定管道穿越控制斷面設計洪水流量的依據。

3.2.5管道穿越斷面基本資料

清水河管道穿越段（管道處）控制斷面以上流域面積為163km2，河長28.4km，距離河口0.5km。

3.2.6水文比擬法

利用清姜河益門鎮水文站設計洪水計算成果，應用水文比擬法推求設計斷面設計洪水，計算公式：

式中：QP清水河——清水河管道控制斷面設計流量（m3/s）；

QP益門鎮——益門鎮站設計流量（m3/s）；

F清水河——清水河管道控制斷面以上流域面積（km2）；

F益門鎮——益門鎮站以上流域面積（km2）；

n——指數，取2/3。

計算結果見表1-3。

4　結語

經綜合分析并計算，可以看出成果合理、可靠，用水文比擬法計算結果可作為確定清水河管道穿越段斷面設計洪水參考成果之一。陜西水利

（責任編輯：王劍）

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