山區小型河道無實測資料暴雨洪水的計算：以水城縣木城河為例

張 堅

(貴州省水城縣水務局， 貴州 水城 553600)

山區小型河道是大江大河的“脈絡”，其水生態環境直接影響大江大河的水生態，因此治理及保護好山區小型河道的生態環境尤為重要。小型河道治理設計中，常需要對項目區域的暴雨洪水進行分析計算，確定區域內不同頻率的洪水流量，以科學確定河道過水斷面尺寸，滿足正常行洪需求。但山區小型河道分布較廣且數量多，基本無水文氣象觀測站點以及觀測資料，為合理設計河道治理斷面提供科學依據，筆者以水城縣木城河部分河段修復治理項目區為例，介紹了小型河道無實測資料暴雨洪水的計算方法。

1 項目區概況

木城河位于貴州省水城縣蟠龍鎮木城居委會，主河道長15.12 km，平均坡降18.59‰。根據《貴州省六盤水市水城縣2018年蟠龍鎮木城居委會木城河道修復治理工程》實施方案，需設計修復長度0.54 km。項目區屬北亞熱帶季風濕潤氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，多年平均降水量1 201.3 mm，最大降水量1 564.5 mm，最小降水量963.2 mm；年際降雨不均，降水多集中在5—10月，占全年雨量的85%左右，暴雨主要發生在6—7月，冬春干旱每年均有發生，冬春降水僅占全年降水量的8%左右。

2 參證站選擇與資料評價

2.1 參證站選擇

項目區域內無水文氣象觀測站，臨近的主要氣象站為水城氣象站，主要水文站為向陽水文站、大渡口水文站。木城河道修復治理工程參證站，理應選擇就近水文氣象站資料作為洪文分析計算的基礎資料，但因項目區周邊的向陽水文站、大渡口水文站設計流域面積比值過大(向陽水文站27.2∶1，大渡口水文站269.2∶1)，加之2個水文站降水缺乏實測年份資料較多，插補延長較為困難，故以上2個水文站不宜作為本項目水文分析計算的參證站。綜合考慮，本項目按無實測資料方法計算，以臨近的水城氣象站作為參證站，以該站的暴雨資料作為洪水分析計算的基礎資料。

2.2 參證站資料評價

2.2.1 可靠性 水城氣象站始建于1937年，屬于國家基本站，汛期進行四段制、八段制觀測，枯水季采用二段制觀測。該站降水觀測均按規范要求操作，觀測資料可靠。

2.2.2 一致性 水城氣象站自設立以來，觀測場地固定，未遷移、變動，降雨資料具有一致性。

2.2.3 代表性 從表1看出，在水城氣象站1961—2015年的降水連續實測資料系列中，變差系數CV基本穩定，變幅很小，具有較好的代表性，能滿足本項目設計使用。

表1 水城氣象站長短系列條件參數

3 暴雨計算

表2 流域不同頻率下最大24 h和最大1 h設計暴雨成果

4 洪水計算

4.1 歷史洪水

利用實測河道縱橫斷面資料，采用曼寧公式q=1/n·A·R2/3·J1/2計算歷史洪水洪峰流量，根據實測(1∶1 000)地形圖上縱橫剖面圖及水面線資料，參照《天然河流河道糙率參考表》，糙率n取值0.040～0.042，比降J取值0.018 0～0.018 2。治理河段歷史最大洪水調查年份為1998年，根據曼寧公式計算洪峰流量為60 m3/s，重現期為50年一遇。

4.2 設計洪水

4.2.1 流域特征值 本河段流域特征值，流域面積(F)為17.3 km2，長(L)為15.12 km，流域形狀(f)為0.075 7，平均坡降(J)為18.59‰，河道坡降(J1/3)為0.264 9。

4.2.2 工程河段洪水計算 設計流域無實測洪水系列資料，洪水計算采用“雨洪法”。計算中匯流參數、徑流模數及設計洪水計算公式按《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》(小匯水流域部分)修訂本選取，有關地理參數從1∶10 000地形圖上量取。根據上述手冊，設計流域匯流分區為I1區，匯流系數r取值范圍0.32～0.36，本河段取值0.32；河流控制斷面集雨面積小于25 km2，不考慮點面折減。當流域集雨面積為10 km2≤F<25 km2，洪水計算采用公式：

式中，QP為設計洪峰流量，以m3/s計；r為匯流系數，取值0.32；f為流域形狀系數，f=F/L2；J、L分別為主河道坡降、河長，河長以km計；F為流域面積，以km2計；C為洪峰徑流系數，1%～50%分別取0.74～0.48；H24 h為最大24 h設計暴雨，以mm計。

經計算，洪水重現期按50年一遇，雨洪法計算P=1%、2%、5%、10%、20%、50%頻率時洪峰流量分別為75.7 m3、63.6 m3、47.2 m3、36.1 m3、26.1 m3和14.5 m3。

5 小結

小型河道在山區分布較廣，其水生態環境的優良與否關系到臨近大江大河的水生態。高原山區小型河道普遍分布較廣且數量多，基本無水文氣象觀測站點，但對小型河道水生態的治理，往往需要計算治理河段的暴雨洪水，從而科學選擇行洪斷面尺寸。在無實測資料情況下，選擇臨近的水文氣象觀測站點作為參證站，結合本流域及省級暴雨資料，計算出歷史洪水及設計洪水，為合理設計河道治理斷面提供科學依據。