濁峪河設計洪水分析

李雪月

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司，陜西 西安 710000）

濁峪河作為無水文實測資料地區，其設計洪水僅能通過經驗方法進行計算，加之河道上建有三座水庫，且非單一的下墊面組成，致使濁峪河設計洪水的計算方案無法統一，本文僅提供一種分析思路與計算方法。

濁峪河屬石川河流域，為清河左岸一級支流，石川河二級支流，發源于耀州區小丘鎮安家溝，在三原縣魯橋鎮樓底村西北的田合村出峪，在西陽鎮劉村匯入清河。濁峪河流域內地勢西北高、東南低，河谷窄深，形如帶狀。濁峪河全長為59.1 km，流域面積221 km2，其中峪口以下為25 km2的平原區，峪口以上196 km2為丘陵溝壑區。

濁峪河流域自上而下建有豹村、南王和小道口三座水庫。豹村水庫1977年11月動工興建，到1979年完成了土壩及放水洞工程，1983年10月至1984年4月完成陡坡泄槽工程，2003年3月至2003年5月完成放水塔工程，設計總庫容125萬m3，水庫壩址以上流域面積15.74 km2，河長10.2 km，平均比降為42.0‰；南王水庫現已淤死；小道口水庫1956年11月動工修建，1957年8月大壩主體工程完工，小道口水庫設計總庫容310.3萬m3，水庫壩址以上流域面積 144.4 km2，河長 37.4 km，平均比降為10.8‰。

1 洪水來源

在豹村、南王和小道口三座水庫運行初期，由于梯級水庫的調節作用，很大程度上阻礙了洪水下泄，小道口水庫下游來水量較少，以致大片河道被農田、房屋侵占。而今，由于豹村水庫的庫容本身較小，南王水庫已淤滿廢棄，又根據《陜西省三原縣小道口除險加固工程初步設計報告》（2008年）復核成果，小道口水庫淤積面高程已接近正常蓄水位，水庫滯洪能力較差，可忽略不計，因此，三座水庫汛期的滯洪作用被大大削弱，從而引發了現今下游洪水泛濫，淹沒農田、房屋，影響人民生命財產安全的嚴重災情。

根據上述濁峪河洪水來源的分析，濁峪河設計洪水不考慮南王水庫和小道口水庫的影響，僅由豹村水庫下泄洪水和區間洪水組成。

2 設計洪水計算

本次僅以10年一遇（P=10%）設計洪水計算為例。

2.1 豹村水庫下泄洪水

豹村水庫控制流域面積為15.74 km2，沿主溝道至分水嶺長10.2 km，平均比降為4.2%。根據《陜西省銅川市耀州區豹村水庫除險加固工程初步設計報告》（2008年），豹村水庫壩址設計洪水采用經驗公式法、綜合參數法和推理公式法計算，最終采用推理公式法成果，即壩址洪峰流量為118 m3/s。

豹村水庫為泄洪建筑物為溢洪道，溢洪道進口為開敞式溢流堰，堰型為WES堰，堰頂高程995.70 m，堰長40 m。根據《陜西省銅川市耀州區豹村水庫除險加固工程初步設計報告》對豹村水庫的調洪計算（起調水位為995.70 m），確定泄洪過程線，見表1。

表1 豹村水庫調洪演算（10年一遇洪水）計算過程表

2.2 豹村水庫至峪口區間洪水計算

豹村水庫至濁峪河口區間設計洪水產流面積分為丘陵溝壑區和平原區。考慮到平原區比降平緩，道路縱橫，無溝道匯流，產流量小且匯流歷時長，故區間設計洪水計算僅考慮丘陵溝壑區。豹村水庫壩址以下濁峪河流域面積為205 km2，其中平原區段流域面積25 km2，山區段流域面積為180 km2。山區段河道長度為42 km，河道平均比降為7.4‰。根據《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL44-2006）中對于無資料地區需采用多種方法計算設計洪水的規定，分別采用水文比擬法、經驗公式法、綜合參數法和推理公式法計算區間洪水。

2.2.1 水文比擬法

（1）參證站選擇及調查洪水

根據設計流域鄰近水文站網分布情況，濁峪河設計洪水計算選擇淳化水文站作為參證站，該站控制流域面積為282 km2，現收集1961年～2009年共49年洪水資料。

根據《陜西省洪水調查資料》（陜西省水利廳，1984年12月）、《咸陽市實用水文手冊》等資料，冶峪河中、下游曾在1933年出現過大洪水，淳化段調查洪峰流量為881 m3/s，資料較可靠。據考證，該場洪水是1933年以來的最大洪水，按調查確定其重現期為77年。

（2）洪水頻率分析計算

根據淳化站1961年～2009年共49年洪水系列，以年最大值法選樣，并加入1933年的歷時調查洪水881 m3/s，按不連序系列進行頻率分析，用矩法計算統計參數作為初試值，采用P-Ⅲ型曲線目估適線。統計參數及不同頻率洪峰流量計算成果見表2。

表2 冶峪河淳化站洪水頻率計算成果表單位：m3/s

（3）濁峪河設計洪峰流量計算

根據《咸陽市實用水文手冊》，經驗公式法公式為Qp=C·fm·Fn。式中，Qp為頻率為P的洪峰流量；F為設計流域面積；L 為河長（km）；f為流域形狀系數，f=F/L2；C、m、n 均為經驗參數，P=10%時，C=10.63，m=0.6426，n=0.1277。由經驗公式法計算得區間10年一遇設計洪峰流量為223 m3/s。

2.2.3 綜合參數法

根據《咸陽市實用水文手冊》，綜合參數法公式為QP=CHptαfmFn。式中，Qp為頻率為 P 的洪峰流量；C、m、n、α 均為經驗性參、指數，P=10%時，C=5.73，m=0.0082，n=0.7196，α=0.0304；Hpt為設計頻率某時段凈雨量；其他符號同前。由綜合參數法計算得區間10年一遇設計洪峰流量為259 m3/s。

2.2.4 推理公式法

（1）設計暴雨

設計暴雨歷時采用12小時，采用以下公式設計面雨量：

式中，αt為暴雨點面系數；at、bt為點面參數；F為流域面積。

設計暴雨的計算時段取1小時，流域形狀改正計算采用下式計算：

式中，γ為流域現狀改正系數；F為流域面積；Ht為改正前流域設計面雨量；H設為改正后流域面雨量。

各時段平均折減雨量H折=Ht（1-γ），折減改正后設計面暴雨過程見表3。

表3 流域形狀修正后暴雨時程分配表（P=10%） 單位:mm

（2）產流計算

根據《咸陽市水文實用手冊》，流域最大蓄水量Im=100 mm，設計情況下，前期影響雨量Pa=Im/2=50 mm。設計流域以超滲產流為主，采用下滲曲線法計算損失量。入滲率與土壤含水量的關系為：

當 S≤78 mm，f=685.8S-1.08；當 S＞78 mm，f=6.18。式中，S為土壤含水量；f為土壤入滲率。

產流量計算采用下式計算：

Ri=（Ii－fi）△t，Ii＞fi；Ri=0，Ii≤fi

式中，Ri為時段產流量；Ii為時段降雨強度；fi為土壤入滲率；△t為時段長。

采用上式計算并扣除15%潛流量得p=10%時凈雨過程的計算過程見表4。

表4 凈雨過程計算表（P=10%）

（3）匯流計算

根據《咸陽市水文實用手冊》，匯流參數m的計算公式：

m=1.34θ0.587hR-0.541，θ=L/（JF）1/3

式中：hR為時段凈雨量；L為沿主河道的出口至分水嶺的最大距離；J為沿主河道長度L的平均比降。

匯流參數計算得：θ=38.18，當 P=10%時，m=2.09。

采用推理公式法進行匯流計算。計算公式如下：

τ=0.278（mJαQmβ）， Qt=0.278·（Ht/t）·F

式中：t為流域匯流時間，其他符號含義同前；α=β=1/3。

根據上述公式，分別作出Qm～τ關系曲線和Qt～t關系曲線，兩曲線的交點即為所求相應頻率的設計洪峰流量和匯流歷時。p=10%時的出Qm～τ和Qt～t關系曲線見表5，據此計算得區間10年一遇洪峰流量為256 m3/s，匯流時間為4.51 h。

表5 p=10%時的出Qm～τ和Qt～t關系曲線

2.2.5 成果對比與選用

上述四種方法計算的設計洪水成果接近。現對四種方法進行對比分析如下：

1）經驗公式法和綜合參數法洪水計算結合了河道特征值，但僅考慮了洪水的主要成因，成果有一定誤差；

2）推理公式法使用《咸陽市實用水文手冊》總結地區實測暴雨洪水資料分析出來的暴雨-洪水關系進行計算，有一套完整的計算方法，在理論方面比較嚴謹，過程中又采用了本流域的特征值、經驗參數和暴雨資料，計算成果既代表了區域洪水的共性，又突出了計算流域洪水的特性，成果精度相對較高；

3）淳化站控制流域面積是設計流域的5.51倍，采用水文比擬法的計算成果存在一定誤差。

4）通過以上分析比較，并參考《陜西省銅川市耀州區豹村水庫除險加固工程初步設計報告》最終采用的方法，選用推理公式法的計算成果，即豹村水庫壩址與濁峪河河口區間設計洪峰流量為256 m3/s。

2.3 濁峪河河口處設計洪水計算

在豹村水庫至峪口之間選取斷面尺寸適中的典型斷面，采用曼寧公式計算得10年一遇水庫下泄洪水從豹村水庫壩址演進到峪口處，平均流速為1.97 m/s，因此，傳播歷時為5.92 h。豹村水庫壩址以上10年一遇洪水匯流時間為1.52 h，經豹村水庫調洪后的滯洪時間為0.48 h（根據豹村水庫調洪計算過程可知），而豹村水庫下泄洪水到峪口的傳播歷時為5.92 h，因此，豹村水庫壩址以上10年一遇洪水演進到峪口處所需時間為7.92 h，遠大于同重現期豹村水庫至峪口區間洪水的匯流時間4.51 h，因此，豹村水庫的下泄洪水與區間洪水不遭遇，濁峪河設計洪水將不考慮豹村水庫的下泄洪水，其10年一遇（P=10%）設計洪峰流量為256 m3/s。

3 結語

濁峪河設計洪水計算中涉及的主要難點有：計算斷面上游梯級水庫滯洪能力分析、平原區洪水處理、水庫下泄洪水與區間洪水的遭遇分析等，不同的分析思路和計算方法得出的洪水計算成果不盡相同。本文根據流域內水庫的實際運行情況、不同下墊面的產匯流特點及洪水遭遇情況來分析濁峪河河口處洪水來源與組成，為濁峪河設計洪水提供一種分析思路與計算方法，也可供類似流域的洪水計算進行參考。