西安市鄠邑區栗峪河平原區斷面洪水分析計算

杜耀輝，趙 瑩

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司，陜西 西安 710018）

0 引言

本次計算斷面位于栗峪河與太土路交匯處，斷面位于栗峪河峪口以下，屬于平原區，但由于栗峪河洪水主要來自于山區洪水，且本次計算斷面至峪口斷面區間集水面積小于峪口斷面控制流域面積的5%，故本次以栗峪河峪口斷面作為本次水文計算控制斷面，計算不同頻率下的洪峰流量，根據五萬分之一地圖量測，水文計算控制斷面以上流域特征參數見表1。

表1 水文計算控制斷面特征參數統計表

1 暴雨及洪水特征

栗峪河屬于澇河流域，暴雨最早發生在4月，最遲出現在10月，但量級和強度較大的暴雨一般發生在7月～9月。暴雨一般分為鋒面雨和雷暴雨兩種，鋒面雨歷時長，強度均勻，籠罩面積大，雷暴雨籠罩面積小，強度大，歷時短，栗峪河山高坡陡，河短流急，匯流迅速，洪水陡漲陡落。

澇河流域的洪水主要由暴雨形成。洪水最早出現在4月，其峰量較小，年最大洪水主要發生在7月～9月，根據澇河澇峪口水文站實測資料統計，7月～9月年最大洪水占80%左右。10月由于受淋雨影響，亦有洪水發生。從洪水出現的時間上可分為春汛和夏汛兩類，春汛水量遠不及夏汛多，且漲落緩慢；夏汛洪水峰高量大，陡漲陡落，危害較大，多發生于7月～8月份。

2 水文基本資料

澇河上游有國家基本水文站—澇峪口水文站，該站設立于1944年，監測項目為水位、流量、含沙量、降水量、輸沙量，連續監測至今，期間經歷4次斷面遷移，最大位移距離822 m，于2007年元月遷移至原設立處，站址位于東經108°32′，北緯34°01′，控制流域面積347 km2，該站為國家基本測站，測驗規范，計算方法合理，成果可靠。

3 水文站洪水分析計算

3.1 歷史洪水及重現期

陜西省水利廳曾組織專家進行澇河流域歷史洪水的調查工作，根據調查，澇河流域近百年左右共發生過三次特大洪水，即1898年，1957年和1987年。澇峪口水文站設立于1944年，未觀測到1898年洪水，1957年、1987年兩場洪水均有實測洪峰流量。

根據《陜西省洪水調查資料》整編成果，在近100年左右發生的三次大洪水中，1898年洪水洪峰流量1070 m3/s為最大，距離2020年已經122年，本次水文頻率分析中將其重現期定為120年，1957年洪水實測洪峰流量904 m3/s，排在第二位，1987洪水實測洪峰流量為640 m3/s，排在第三位。由于1957年和1987年洪峰流量在1898年洪水控制下按照特大值處理與在74年的長系列中排頻頻率基本相同，因此，本次不將1957年和1987年洪水作為特大值處理。

3.2 洪水系列代表性分析

3.2.1 資料可靠性分析

澇峪口水文站為國家水文站，水文資料均為水文年鑒整編成果，數據準確可靠。

3.2.2 資料一致性分析

澇河澇峪口水文站以上有小型水電站工程一處，對洪水過程無調節；澇峪口水文站斷面有過幾次遷移，但遷移距離較小，且無支流匯入，洪水形成的下墊面條件基本不變，流量資料不受斷面遷移的影響，因此澇峪口水文站實測洪峰流量資料具有很好的一致性。

3.2.3 資料代表性分析

通過對澇峪口水文站1944年～2017年74年實測水文資料的序列豐、枯變化規律分析和統計參數穩定分析，澇峪口水文站站洪水資料長達74年，包括了豐、平、枯時段，同時洪水序列正逆序均值、變差系數CV隨歷時變化也趨于穩定，因此澇峪口站洪水系列具有較好的代表性。

3.3 澇峪口水文站成果分析及選用

通過上述分析，澇峪口水文站洪水計算采用1944年～2017年洪峰系列，按不連序系列進行頻率計算，經驗頻率采用數學公式計算，統計參數為矩法初步估算，采用P—Ⅲ型曲線目估適線，適線時著重考慮曲線中、上部的較大洪水點。頻率曲線見圖1，統計參數及不同頻率洪峰流量見表2。

表2 澇峪口水文站洪峰流量頻率計算成果表 單位：m3/s

圖1 澇峪口站P—Ⅲ頻率曲線成果圖

4 洪水計算

依據《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL 44-2006），無資料地區洪水分析須采用多種方法進行，因此，本次設計采用《西安市實用水文手冊》（后續簡稱“水文手冊”）提供的水文比擬法、經驗公式法和暴雨資料推求法進行分析計算，并對其成果進行合理性分析后，得出水文控制斷面處洪水成果。

4.1 水文比擬法

式中：Q設、Q參分別為水文控制斷面、參證站設計年最大洪峰流量，m3/s；F設為水文控制斷面以上流域面積，km2；F參為參證站控制流域面積，km2。

通過上式計算可得，水文控制斷面不同頻率洪峰流量見表3。

表3 洪峰流量計算成果表 單位：m/s3

水文比擬法采用下式計算：

4.2 經驗公式法

根據《水文手冊》，當流域面積小于50 km2時，經驗公式法采用下式計算：

式中：QN為重現期為N的設計洪峰流量，m3/s；n、KN為重現期為N的經驗參數；F為設計流域面積，km2。

設計洪峰流量成果見表4。

表4 洪峰流量計算成果表 單位：m3/s

4.3 根據暴雨資料推求設計洪水

暴雨資料推求法主要計算步驟為：推求設計暴雨及其分配過程；進行產流計算，推求設計凈雨量及凈雨過程；進行匯流計算，推求設計洪峰流量，計算過程及成果如下：

4.3.1 設計點雨量推求

根據《水文手冊》設計歷時表分配，當控制流域面積小于50 km2時，設計暴雨歷時宜采用6 h，以流域幾何中心位置在《水文手冊》中查得1 h、3 h、6 h的暴雨均值Ht及變差系數CV，以CS=3.5CV，由P-Ⅲ型曲線模比系數表查得對應頻率的KP值，然后根據HtP=KP×Ht求得設計頻率的點暴雨量，成果見表5。

表5 點雨量計算成果表

4.3.2 設計面雨量推求

根據《水文手冊》面暴雨量計算規定，當流域面積小于50km2時，用該流域中心的點雨量來代替面雨量，不乘點面系數。

4.3.3 設計面雨量時程分配

根據《水文手冊》暴雨區劃分，以II南區暴雨概化雨型進行暴雨時程分配，計算時段取Δt=1 h，成果見表6。

4.3.4 產流和凈雨過程

水文控制斷面地處秦嶺山區，汛期暴雨集中，下滲少，徑流多；漲水歷時短，退水歷時長，產流方式為蓄滿產流，根據《水文手冊》渭河南地區最大蓄水量Im=70 mm，前期影響雨量Pa=(2/3)Im=46.7 mm，據《水文手冊》推理公式在西安市內地區不扣除潛流，成果見表6。

表6 面雨量與產流及凈雨計算成果表 單位：mm

4.3.5 設計洪水計算

根據《水文手冊》，匯流參數m根據下式計算：

式中：L為水文控制斷面至分水嶺最長距離，km；F為水文控制斷面以上流域面積，km2；J為水文斷面至分水嶺加權平均比降。

經計算：θ=6.34，m=0.25。

再根據匯流參數計算匯流歷時：

根據產流計算累積的凈雨量成果計算相應的洪峰流量Qt：

洪峰流量計算時根據上面兩式分別計算不同歷時的t-Qm、Qm-τ關系，然后在坐標紙上點繪兩條相關線，其交點坐標即為所求洪峰流量Q、匯流歷時τ，計算成果見表7。

表7 洪峰流量計算成果匯總表

5 結論

將上述三種方法計算成果匯總，匯總成果見表8。

表8 工程區設計洪峰流量匯總表 單位：m3/s

從表8計算結果可以看出，水文比擬法與暴雨資料推求法計算成果較為靠近，經驗公式法計算成果偏小，對于這三種結果分析如下：

（1）經驗公式法是目前采用的洪峰流量計算中最為簡單的一種形式和方法，在計算選用的參數中沒有考慮到流域的特征值、經驗參數和暴雨資料，計算結果精度有差。

（2）暴雨資料推求法是使用《水文手冊》中總結西安地區實測暴雨洪水資料分析出來的暴雨-洪水關系，計算過程中采用了流域的特征值、經驗參數和暴雨資料，是一套嚴謹、合理的計算方法，計算成果代表了流域洪水的特性，成果精度相對較高。

（3）水文比擬法以澇峪口水文站為參證站進行計算，但兩者控制面積相差較大，本次計算僅為對比參考。

綜上分析，本次推薦以暴雨資料推求法計算成果作為選用成果。