馬頰河防洪排澇能力評價

馬書濤，蓋廣民

（德州市水文局，山東德州253016）

馬頰河防洪排澇能力評價

馬書濤，蓋廣民

（德州市水文局，山東德州253016）

極端天氣復雜多變，假定現狀水利工程遭遇歷史大暴雨，通過暴雨頻率分析、設計洪水計算及實測資料對比分析，對馬頰河防洪排澇能力進行比較和評價。

歷史大暴雨；重現；馬頰河；防洪標準

馬頰河是魯北平原僅次于徒駭河的大型行洪排澇河道，河道長443 km，流域面積8 330 km2。由于流域面積大，河道窄長，入海口出路不暢、排水能力低，大雨后下游河道經常為上游來水占用，當地澇水難以排除。本文假定以馬頰河遭遇1961年大暴雨為例，重現歷史暴雨在現狀條件下，對河道防洪排澇能力的影響及評價。

1　馬頰河防洪標準

馬頰河治理標準采用的是典型年法。即以1964年雨型，45 d降水量400 mm推算的洪水作為設計排澇標準；以1961年45 d降水量600 mm推算的洪水作為防洪標準。采用的峰量值關系是：Qm=0.0172R·F0.25

隨著水文資料的積累，有必要對其設計標準進行比較論證，以定量描述河道治理標準，為今后河道治理提供科學依據。

2　歷史暴雨的統計分析

2.1馬頰河流域歷史特大暴雨

在有水文記載的80多年中，最大24 h時暴雨量發生在1961年7月11日，寧津站降水量達384.7 mm；歷史最大45日單站降水量是從1961年7月1日開始計算的德平站達到785.6 mm。在分析計算面雨量時，按流量站的控制斷面將馬頰河流域分為3個斷面以上流域和三個區間。以流域內國家雨量站實測的45 d最大暴雨見表1。

2.245d暴雨的頻率計算

1）計算樣本的選取采用最大值法。據6個分區統計的面平均45 d暴雨量的年最大值，組成連續系列供分析計算。

2）統計參數的計算采用常用公式?？紤]到除澇標準較低，不需外延求取稀遇值，所以系列均值、離差系數CV值采用實測值，不做適線處理。偏差系數CS值取經驗值CS=3.5CV。

3）計算成果的摘錄：根據防洪除澇常用設計標準取3、5、10、20、30年一遇。

4）取魯北地區45 d暴雨高值點，即馬頰河流域內的德平站歷年最大45暴雨量進行頻率計算，以德平站做為代表站。頻率計算成果見表2。

2.3設計暴雨與實測暴雨的比較評價

馬頰河典型年法暴雨設計標準定為1964型400 mm除澇，1961年型600 mm防洪，雨期均為45 d，針對此標準，應用不同方法，比較評價如下：

用上述頻率計算成果點繪45 d暴雨量～頻率～面積的相關曲線，然后將同期400 mm與600 mm的設計標準值繪于同一關系圖上（見圖1）。

表1　馬頰河流域實測45 d暴雨統計表

表2　馬頰河流域平均最大45 d暴雨頻率計算成果表

圖1　馬頰河流域暴雨設計標準比較圖

1）分析45 d暴雨量400 mm除澇設計標準。如圖1可知：當流域面積小于1 000 km2時，其標準在3～5年一遇之間：當流域面積在1 000～5 000 km2時其標準在5～8年一遇之間；當流域面積達到8 500 km2，其標準達到10年一遇。

2）45d暴雨量600 mm的防洪設計標準較高。在流域面積小于500 km2時，其標準在10～20年一遇；流域面積在500～1 000 km2時，其標準在20～30年一遇；流域面積大于1 000 km2時，則高于30年一遇。

馬頰河防洪除澇標準具備防御歷史特大暴雨的能力，但在小面積上排洪能力差，即在遭遇局部特大暴雨時，暴雨區仍會嚴重積澇。作為典型年的設計暴雨量，全流域不分面積大小和區域地理位置，統一用一個標準是欠妥的。

3　設計洪水的比較評價

3.1設計洪水的計算分析

1）采用某一控制斷面以每年最大一次單位面積上產生的洪量——徑流深（以mm表示），作為洪水頻率分析計算的系列樣本，并給出不同頻率設計標準的徑流深。然后選用一個設計雨型和現有河道不積澇的流量過程線，推出相應的洪峰流量。

2）洪水樣本的頻率計算：洪水統計參數的計算方法、公式以及選用標準均同于暴雨頻率計算。但偏差系數CS值取2.5CV值。其頻率計算成果見表3。

表3　馬頰河流域各站洪水頻率計算成果

3）各站不同頻率洪水過程及相應排水模數的推算。

（1）雨型的選用：因平原區河道調蓄能力大，單點上的暴雨時程特性對整個流域洪水影響較小，所以雨型選用流域平均雨型較好。因為這種雨型是流域內同時出現的暴雨組合。共選取了8種，有3日、5日、7日的，通過流量演算求出洪峰流量，選其偏大者作為設計雨型。最后選定的即為1990年7月26日至30日一次5日降雨分配過程。降雨分配過程（稱毛雨過程）轉化為凈雨過程是應用該站降雨徑流關系逐時段（時段選用△t=6 h）查取求得。凈雨分配過程見表4。

各站不同頻率洪水過程均采用此凈雨分配過程推算。

表4　凈雨時程分配表

（2）各站不同頻率洪水過程的演算：洪水過程的演算采用瞬時單位線法。

m1=1.34 F0.463；m2=0.59 F－0.14。

式中m1、m2為瞬時單位線參數，F為匯流面積，km2。

（3）各站不同頻率排水模數的計算：其計算公式為：Mp=Qmp/A

式中：Mp為不同頻率的排水模數（m3/s/km2）；Qmp為不同頻率凈雨演算出的洪峰流量（m3/s）；A為各站匯流面積（km2）。

由于上述洪水計算分析站點最小匯水面積1 331 km2（堤口孫家站），而馬頰河原設計排水模數最小面積為100 km2，為了可比分析，流量演算時分上、下游各假設一個100 km2面積站進行演算。假設站不同頻率凈雨深采用王鋪閘和堤口孫家站的計算值。以上瞬時單位線計算參數、流量演算出的洪峰流量計算成果見表5。

3.2以實際發生的超標準洪水比較評價

1970年河道治理完成后，馬頰河流域也曾經歷過幾個大水年。這些大水年雖不及1961與 1964年，但在不同河段區間都有超標準洪水發生。根據流域內幾處水文站的實測洪水資料統計，在1970年后幾個大水年中，馬頰河王鋪閘以上只有一次水位超過64型（積澇型）設計標準，沒有發生超標流量，相當于20年一遇。但是在其下游發生超標準洪水較多。大道王閘共發生超設計流量（64型）4年次，相當于6年一遇；但該站卻沒有發生超設計水位的情況。中游李家橋閘站發生超設計水位（64型）的洪水2次，超設計流量1次，相當于12年一遇。無論上、中、下游在河道按設計標準已治理后的45年中，未發生一次超61型標準的洪水。因而實測洪水超標現象，與頻率分析計算的成果基本相似，即上游治理標準高于中、下游，下游低于上游。

表5　馬頰河不同頻率洪水分析計算成果表

4　結語

1）實際比較中設計洪水標準上游較高，下游較低，主要是上、下游產流機制不同。

2）馬頰河防洪除澇標準具備防御歷史特大暴雨的能力，但在局部區域遭遇特大暴雨時，暴雨區仍會嚴重積澇。

（責任編輯遲明春）

TV87

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1009-6159（2016）-10-0019-03

2016-05-04

馬書濤（1975—），男，工程師