安徽省明湖設計洪水計算方法探究

朱世城

（中交水利水電建設有限公司，浙江 寧波 315200）

1 工程概況

安徽省滁州市長江流域二級支流為清流河，勝天河是清流河右岸的主要支流，流域面積85.5 km2，明湖以上流域面積77.5 km2。勝天河上游建有陳官塘、侯家壩、鰲魚塘、中心水庫等小型水庫工程，水庫泄洪對河道洪水影響較大。

勝天河防洪能力低，按照現狀防洪標準不足20年一遇提高為近期50年一遇、遠期100年一遇標準進行綜合治理。治理工程包括勝天河上游干、支流河道整治、堤防加固，中游低洼河谷地帶建設明湖工程；勝天河下游干支流河道整治、堤防加固等。明湖工程是勝天河綜合治理工程的重要組成部分，設計防洪標準50年一遇，校核防洪標準300年一遇。

2 設計洪水計算

勝天河流域無實測徑流資料，設計洪水采用設計暴雨間接推求。為保證計算成果的合理性，設計入湖洪水計算方法采用《安徽省暴雨參數等值線圖、山丘區產匯流分析成果和山丘區中、小面積設計洪水計算辦法》（以下簡稱“84辦法”）和瞬時單位線綜合法（以下簡稱“單位線法”）兩種方法分別進行計算[1]，以臨近流域小沙河胡莊（三）站實測流量資料系列計算成果進行復核，以保證計算成果的合理性。

2.1 設計暴雨

（1）暴雨特性

建設工程位于江淮之間丘陵地帶，為北亞熱帶濕潤季風氣候，6月份進入梅雨季節，雨量集中，7月中旬進入盛夏，受臺風影響，易形成大暴雨。暴雨歷時一般為1 d～2 d，最長3 d～7 d，最短僅幾小時。

（2）設計暴雨

設計暴雨采用實測面雨量資料進行頻率分析計算。根據老嘉山、自來橋、獨山、董家洼、燕子灣、赤湖、烏衣及滁州等8站1958 年～2017 年實測最大 1 h、24 h、1 d、3 d、7 d 時段暴雨量資料，采用P-Ⅲ型頻率曲線適線，計算不同頻率設計暴雨量（表1）。

表1 設計暴雨計算成果表 單位：mm

2.2 設計洪水

（1）“84 辦法”計算設計洪水

擬建明湖洪水位受洪峰流量及洪水總量的影響。根據“84辦法”，當河流有明顯分支時，應分塊分別計算洪水過程[2]。勝天河流域屬江淮丘陵區，江淮地區丘陵地形降雨損失量及地下水量扣除辦法，重現期≥50年一遇時為60 mm，重現期≤20年一遇時為80 mm。根據明湖以上流域特征參數，分勝天河主干及右支分別進行洪水計算，并根據流域形狀系數（表2）對洪峰及過程線進行修正，將各分塊洪水進行時段疊加得明湖設計洪水過程線（圖 1、圖 2）。

表2 擬建明湖以上流域特征參數表

圖1“84辦法”設計洪水過程（24h，20年，50年一遇）

圖2“84辦法”設計洪水過程（24h，100年，300年一遇）

（2）“單位線法”計算設計洪水

根據“單位線法”，降雨損失量根據《各天降雨損失量表》查算，潛流比根據《山丘區不同面積的潛流比（R/R%）》查算[3]；流域位于江淮之間，24 h、3 d設計暴雨時程分配分別按照《最大24 h暴雨時程分配分區綜合成果表》《最大3 d暴雨日程分配分區綜合成果表》的規定進行,匯流計算采用納希單位線法。設計暴雨時程分配見表3～表4,設計入湖洪水過程線見圖3～圖6。

表3 最大24小時暴雨時程分配表

表4 最大3d暴雨時程分配表

圖3“單位線法”設計洪水過程（24h暴雨，20年，50年一遇）

圖4“單位線法”設計洪水過程（24h暴雨，100年，300年一遇）

圖5“單位線法”設計洪水過程（最大3d,20年，50年一遇）

圖6“單位線法”設計洪水過程（最大3d,100年，300年一遇）

2.3 設計成果合理性分析

不同方法計算明湖設計洪水成果比較見表5、表6。從設計洪水洪峰流量看，24 h設計暴雨除20年一遇外，“84辦法”與“單位線法”計算結果相差不大（在4.2%以內），20年一遇“84辦法”計算結果比“單位線法”計算結果偏小17.8%，主要因為兩種計算方法在扣除降雨損失及地下水所采用的概化方法不同[4]。“84辦法”在扣除降雨損失及地下水考慮了重現期的因素，江淮丘陵地區重現期≥50年一遇時降雨損失及地下水扣除60 mm（降雨損失30 mm，地下水30 mm），重現期≤20年一遇時降雨損失及地下水扣除80 mm（降雨損失50 mm，地下水30 mm）；“單位線法”降雨損失不考慮重現期采用固定值，丘陵區降雨損失為30 mm，地下水則概化為凈雨固定倍比值（潛流比）。

從設計洪水洪量看，最大24 h洪量計算結果較為接近，“84辦法”計算洪量大（20年一遇除外），24 h暴雨時段設計洪量較3 d暴雨時段洪量大，說明來水量主要由24 h暴雨形成。明湖工程按照50年一遇標準設計、300年一遇標準校核，從安全角度考慮，設計入湖洪水采用24 h時段暴雨“84辦法”計算成果（圖1～圖2）。

表5 明湖設計入湖洪水洪峰流量計算成果比較表單位：m3/s

表6 明湖設計洪水最大24小時洪量計算成果比較表單位：萬m3

3 設計洪水成果復核

臨近流域設有水文監測站胡莊（三）站，具有1980以來近40年的實測徑流資料系列。經分析，資料合理、可靠，可用于設計洪水計算。根據《水利水電工程水文計算規范》（SL278-2002），當工程處與設計依據站的集水面積相差不超過15%，且下墊面條件相似時，可按面積比推算工程設計徑流量[4]。胡莊（三）站以上流域面積82.1 km2，明湖以上流域面積77.5 km2，差5.6%，位置臨近，面積相差較小，地形、地貌相似，下墊面情況也相近，可根據胡莊（三）站實測洪水資料按面積比推算明湖設計洪水。

以胡莊（三）站1980年以來實測年最大流量系列進行頻率計算,得到不同頻率設計洪水洪峰流量(表7),按水文比擬法計算明湖工程不同頻率設計洪水洪峰流量(表8)。

表7 胡莊(三)站不同頻率設計洪水洪峰流量成果表單位：m3/s

表8 不同計算方法設計洪水洪峰流量成果表單位：m3/s

與“84辦法”計算結果相比，水文比擬法計算結果稍大（2.7%～11.7%），主要為胡莊（三）站位于小沙河上游段，匯流速度較大，而明湖調蓄區壩址處洪水受下游清流河回水頂托影響較小。因此，設計洪水采用“84辦法”計算成果基本合理。

4 設計洪水位計算

明湖設計洪水位由設計入湖洪水、水位庫容曲線、設計泄流曲線及水量平衡方程，采用洪水靜庫容法進行調洪演算推求。

調洪演算公式如下：

式中：Δt為t1～t2時間間隔；S1為t1時刻的庫容,m3;q1為出庫流量，m3/s；Q1為入庫流量，m3/s；S2為 t2時刻的庫容，m3、q2為出庫流量，m3/s；Q2為入庫流量，m3/s。

泄洪閘泄流能力采用下式進行計算：

式中：m為流量系數；ε為側收縮系數；σ為淹沒系數；B為堰頂凈寬，m；H0為堰上總水頭，m。

明湖設計正常蓄水位14.00 m，勝天河主干和右支兩座泄洪閘設計寬度分別為24 m、16 m，閘底高程10.0 m。起調水位采用正常蓄水位。計算明湖20年、50年、100年、300年一遇設計洪水位分別為14.20 m、14.60 m、15.21 m和15.48 m。調洪演算計算過程見表9，調洪演算成果見表10（50年一遇、300年一遇）。

表9 明湖設計洪水調洪演算計算表（50年、300年一遇）

表10 明湖設計洪水調洪演算成果表

5 結語

（1）明湖工程是勝天河綜合治理工程的重要組成部分，為防洪安全需進行設計洪水計算。文章采用“84辦法”及“單位線法”兩種方法計算設計入湖洪水，并對成果合理性進行評價，以胡莊（三）站實測流量資料系列計算成果進行復核，保證計算成果的可靠性；根據設計入湖洪水調洪演算推求設計洪水位，為明湖工程方案設計提供依據。

（2）從設計洪水洪峰流量看，24 h設計暴雨除20年一遇外，“84辦法”與“單位線法”計算結果相差不大，20年一遇“84辦法”計算結果比“單位線法”計算結果偏小17.8%，主要因為兩種計算方法在扣除降雨損失及地下水所采用的概化方法不同。

從設計洪水洪量看，最大24 h洪量計算結果較為接近，除20年一遇外，“84辦法”計算洪量大，24 h暴雨時段設計洪量較3 d暴雨時段洪量大，說明來水量主要由24 h暴雨形成。

明湖工程按照50年一遇標準設計、300年一遇標準校核，防洪標準高于20年一遇，從安全角度考慮，建議設計入湖洪水采用24 h時段暴雨“84辦法”計算成果。

（3）根據設計洪水進行調洪演算，計算工程50年一遇設計洪水位14.60 m，300年一遇校核洪水位為15.48 m。