陜西志丹縣玉皇溝溝頭至寨科峁淤地壩河道設計洪水計算分析

劉文妮，楊冬梅

(陜西省延安志丹縣水土保持工作隊，陜西 志丹 716000)

江河湖泊具有重要的資源功能和生態功能，是洪水的通道、水資源的載體、生態環境的重要組成部分。水利工程是實施防洪排澇、農業灌溉、抗旱、供水、生態調節的重要基礎設施。加強河流及水利工程管理與保護，是“水利工程補短板，水利行業強監管”的重要基礎工作，對于保障防洪、供水、生態安全，促進經濟社會可持續發展具有重要意義。

1 河道概況

玉皇溝為杏子河左岸一級支流，發源于志丹縣田家灣村，流經狼岔咀村和老莊溝村，于莊科村處匯入杏子河，位于志丹縣東北側，西鄰牛家溝，東鄰岔路川，總流域面積為73.1 km2，河流總長度為17.36 km，玉皇溝全流域均在志丹縣境內。流域內現存一座中型淤地壩和一座大型淤地壩。根據志丹縣小型水利工程調查摸底調查情況和現場勘察，玉皇溝河道兩岸分布著沿河居民的房屋、耕地及3座跨河橋、2座淤地壩。

根據《延安地區實用水文手冊》洪峰流量經驗公式分區圖可知，玉皇溝全部屬于丘陵溝壑Ⅱ區。寨科峁淤地壩以上流域位于黃土丘陵溝壑Ⅱ區，流域面積5.8 km2，主溝道長3.43 km。

2 寨科峁淤地壩以上設計洪水計算

淤地壩壩址以上設計洪水采用推理公式法、綜合參數法計算設計洪水[1]。淤地壩存在調洪攔蓄的作用，下游分段通過流域面積計算設計洪峰流量時，應該扣除淤地壩壩址以上的流域面積，寨科峁淤地壩存在溢洪道，下游計算洪峰流量時應該加入同頻率最大下泄流量。見表1。

表1 寨科峁淤地壩以上流域范圍

玉皇溝流域無水文站，其設計洪水主要用《延安地區實用水文手冊》中介紹的幾種方法分析計算，最后綜合分析、合理確定。

2.1 推理公式法

(1)設計暴雨

1)設計暴雨歷時和計算時段長確定

根據《水文手冊》推薦的設計暴雨歷時和計算時段與計算流域面積的關系表(見表2)，按照計算流域的集水面積查算設計暴雨歷時和計算時段長。

表2 設計暴雨歷時取值表

2)點暴雨量計算

據《陜西省中小流域設計暴雨洪水圖集》和《陜西省延安地區實用水文手冊》查得寨科峁淤地壩以上流域幾何中心處設計與校核頻率最大6 h、3 h、1 h、1/3 h暴雨量雨量均值和變差系數Cv后，按Cs=3.5Cv查對應的不同頻率kp值，按下式計算流域幾何中心年最大6 h、3 h、1 h、1/3 h歷時設計點雨量。

Hp=kpH

式中：Hp為頻率P不同時段設計暴雨量，mm；kp為頻率P對應的模比系數；H為年最大不同時段暴雨量均值，mm。

流域幾何重心年最大各歷時設計點雨量成果見表3。

表3 寨科峁淤地壩以上流域幾何重心年最大各歷時設計點雨量

(2)設計面雨量

表4 寨科峁淤地壩以上流域幾何重心年最大各歷時設計面雨量

(3)產流計算

設計條件下，土壤前期含水量33 mm，當S<100時，入滲率f=1.65S-0.374i0.565，S≥100時，f取3.7 mm/h，潛流雨按10%扣除，計算結果見表5。

表5 寨科峁淤地壩以上P=10%產流計算過程表

(4)匯流計算

通過查詢《陜西省延安地區實用水文手冊》得知推理公式法、和瞬時單位線法的適用范圍見表6。

表6 適用范圍表

寨科峁淤地壩以上流域面積小于200 km2，采用推理公式法。

1)推理公式法

公式采用《陜西省延安地區實用水文手冊》(1987年)中：

式中：Qm為設計頻率為m的最大洪峰流量，m3/s；H為凈雨深，mm，在全面匯流時代表相應于τ時段的最大凈雨，在部分匯流時代表單一洪峰對應的面平均凈雨；F為流域面積，km2；τ為流域匯流歷時，h；L為沿主溝道從出口斷面至分水嶺的最長距離，km；m為匯流參數；J為沿程L的平均比降。0.278為單位換算系數。

匯流參數m計算：項目在黃土丘陵溝壑區，采用下式計算。

m=3.52θ0.225hR-0.31

式中：m為匯流參數；θ1為流域特征參數；hR為凈雨量，mm；J、L、F為意義同前。

計算得出P=10%時，m為1.86。

匯流歷時T及洪峰流量Qm推求：查算出匯流參數m后，假定一系列Qm，計算并繪制Qm-T曲線，同時計算凈雨過程并繪制Qm-t曲線，兩條曲線的交點所對應的縱坐標即為所求的洪峰流量Q，橫坐標即為匯流歷時τ。

Qm-T曲線和Qm-t曲線的關系曲線見圖2。

圖2 寨科峁淤地壩上以上P=10%，Qm-T曲線和Qm-t曲線

由圖查得寨科峁淤地壩以上P=10%設計洪峰流量為90 m3/s。

2.2 綜合參數法

表7 設計點暴雨量計算表

設計洪峰流量計算：寨科峁淤地壩以上綜合參數法設計洪峰流量成果見表8。

表8 綜合參數法設計洪峰流量成果表

2.3 計算成果

本次計算玉皇溝寨科峁淤地壩以上洪峰流量，在缺乏實測資料的情況下，采用經驗公式(洪峰流量匯水面積相關法和綜合參數法)和推理公式法。推理公式法計算過程考慮到流域的長度、面積、比降等因子對洪水的影響，能夠較為準確地反應流域中的洪峰流量；經驗公式計算成果選用參數固定、單一，具有一定的局限性，但其以小流域內設計暴雨量和流域特征參數為基礎，對于無資料地區的洪水計算有著重要的意義，綜合考慮采用綜合參數法。計算結果見表9。

表9 寨科峁淤地壩以上洪峰流量計算成果表

3 結語

為科學合理開發利用玉皇溝河道洪水資源，保證水資源的可持續利用，充分發揮洪水資源經濟、社會和生態效益，參考水利工程通常采用“多種方法、綜合分析、合理選定”的原則，采用推理公式、經驗公式(洪峰流量匯水面積相關法和綜合參數法)對玉皇溝寨科峁淤地壩以上洪峰流量進行計算。通過分析，綜合參數計算方法以小流域內設計暴雨量和流域特征參數為基礎，對于無資料地區的洪水計算有著重要的意義，綜合考慮，玉皇溝寨科峁淤地壩以上洪峰流量采用綜合參數計算結果70.1 m3/s。