羅紋河暴雨洪水特性及設計洪水計算分析

郭 華

(渭南市水利水電勘測設計院，陜西 渭南 714000)

1 流域概況

羅紋河為渭河右岸一級支流，發源于秦嶺北麓，由小夫峪和譚峪兩條河流匯合而成，地處陜西省華縣西部，源頭高程2 000 m左右，山區河段坡陡、流程短，出峪后降至500 m左右，然后穿越山前洪積扇區，高程再度降低到340 m左右，此后以平緩比降匯入渭河。上游河段比降較大，發生洪水時，常挾帶大量礫、卵石推移質，多堆積于羅紋河山前洪積扇一帶，下游河段受渭河倒灌淤塞，尾閭河段均形成地上“懸河”。羅紋河沿途流經少華、畢家等鄉鎮，在畢家鄉東吳村西北匯入渭河，河道全長33.8 km，入渭口斷面以上流域面積91.7 km2。全流域河床平均比降47.0‰，總落差1 589 m。

2 暴雨洪水特性分析

羅紋河洪水多由局地暴雨和大范圍強降水形成，大范圍強降水特點是降水歷時長、分布均勻、籠罩面積大。局地暴雨特點是降水歷時短，強度大，籠罩面積小。其中，后者是南山支流大洪水的主要來源。一般情況一次暴雨歷時約24 h左右，主雨峰約3～6 h，一次降水量為100～200 mm。每年暴雨最早發生于4月，最遲發生于10月，強度大的暴雨多發生在7-9月份。由于羅紋河河陡流短，匯流較快雨停峰現的情況較為普遍。

渭河下游南山支流洪水每年最早出現在4-5月份，其峰量較小，大洪水一般均發生于7-9月份，但10月份也有出現洪水的情況，此時峰量一般較小，洪水總量較大。據羅夫堡水文站洪水資料顯示，該站洪水過程大多為孤立峰，一次洪水過程約2-3 d，主峰持續時間約12 h左右。渭河下游發生大洪水時常倒灌南山支流，引起支流出口段發生淤積。

3 流域參證站及水文資料選用

羅紋河流域無水文測站，而在羅紋河流域東14 km的羅夫河上設有羅夫堡水文站。該站位于華陰市敷水鎮羅夫堡村，站址以上控制流域面積122 km2，流域周邊高程400～2 100 m，兩條河流同屬南山支流，位于同一暴雨區內，下墊面條件極為相似，羅夫堡水文站可作為羅紋河洪水分析的參證站。

羅夫堡站現有1955-2005年共計51年完整的實測洪峰資料及1901年的歷史調查洪水。

經過原鐵道部設計總局第二設計院1956年洪水調查和1972年省水文總站對羅夫河歷史洪水進行復查，最終確認發生于1901年的洪水量級為490 m3/s，另外1911年和1922年兩場洪水洪痕指認不清，難于具體測算，但可知羅紋河1911年洪水量級大于1922年而小于1901年洪水，最終確定1901年洪峰流量為三次歷史洪水中最大量級，最終調查歷史洪水成果較可靠，可在工程設計中直接參考使用。

4 渭河干流設計洪峰流量計算分析

由于支流洪水受入渭口渭河洪水影響很大，研究支流洪水必須先分析渭河洪水，而渭河洪水又受其水沙條件影響，在這方面黃委會進行過多次分析研究。其中，1989年黃委會設計院在編制《陜西省三門峽庫區渭洛河治理規劃》(洪水分析部分)過程中，提出兩套長短系列的分析計算成果(長系列資料到1985年，短系列資料到1969年)，該成果已通過了水利部規劃總院的審查。

1999年5月黃委會設計院在延長系列和考證歷史洪水的基礎上，又對渭河主要站的設計洪水進行了深入細致的分析，其結果與1989年比較偏小，考慮到七十年代后渭河無大洪水出現，故設計渭河下游華縣站設計洪水計算成果采用黃委會設計院1989年成果，見表1。

表1 渭河下游華縣站設計洪峰成果表

5 羅紋河設計洪水計算分析

對于羅夫河羅夫堡站的洪水，以往有關單位曾進行過多次分析研究。1989年黃委設計院曾編制了《陜西省三門峽庫區渭洛河治理規劃》，對羅夫河羅夫堡站的洪水作過分析計算，本次推薦成果簡稱“1989年成果”，此次計算結果通過了水利部規劃總院的審查。1999年5月黃委會設計院和陜西省三門峽庫區勘測設計院共同編制了《陜西省三門峽庫區渭洛河下游治理防洪續建工程初步設計》，其“水文泥沙分析專題報告”中羅夫河羅夫堡站的洪水亦作過分析計算。2005年5月，陜西水環境工程勘測設計研究院在編制《三門峽庫區陜西返遷移民防洪保安近期工程建設可行性研究報告》過程中，對羅夫河羅夫堡站的設計洪水推薦采用“1989年成果”。本次在進行羅夫河羅夫堡站洪水分析時，將羅夫堡實測洪峰系列延長至2005年，并加入調查歷史洪水重新進行頻率計算，并與歷次洪水計算成果分析比較，合理確定羅夫河羅夫堡站的設計洪水。

依據羅夫堡1955-2005年洪峰流量資料系列，按照《水利水電工程設計洪水計算規范》(SL44-2006)，以年最大值選擇，并加入調查歷史洪水，按不連續系列進行頻率分析。洪水經驗頻率采用數學期望公式進行計算，均值及變差系統Cv采用矩法計算，理論頻率偏態系數Cs按經驗取Cv的倍數通過適線確定。實測連序系列的經驗頻率和調查歷史洪水經驗頻率按下式計算按式(1)和式(2)計算；

(1)

(2)

式中：Pm、PM分別為連續系列經驗頻率和調查歷史洪水經驗頻率；m、M分別為連序系列大洪水及調查歷史洪水按大小遞減排列的序號；n、N分別代表連序系列年數及不連續系列年數。

均值和變差系數Cv的計算公式為：

(3)

(4)

式中：Qm、Qmj分別代表特大值和連續系列變量；a、n分別代表特大值個數和實測系列個數；τ為從n項連續系列中抽出的特大洪水個數。

根據矩法計算出來的統計參數，采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行適線，適線的原則為：盡量使理論頻率曲線通過經驗頻率數據的中心位置，側重于考慮上部和中部的大水數據。歷史洪水重現期有變動范圍時，定線時應作適當考慮。經適線，求得羅夫堡站設計洪水成果，見表1。1999年黃委設計院在編制《陜西省三門峽庫區渭、洛河治理規劃》(洪水分析部分)過程中，也對該站的實測資料也進行過分析，其成果和《可研報告》成果并列見表2。

表2 羅夫堡站洪峰流量歷次設計成果比較表

從表2可看出，三次計算成果比較接近，相差較小，本次和可研與1999年相比，資料系列有所延長，即包含了七十年代的豐水時段和八十年代后的枯水時段，同時延長了歷史洪水考證期，對重現期作了修訂，計算成果與1999年和可研成果相比稍小，考慮到規劃成果已經陜西省水利廳、黃委會及國家計委審批，建議采用黃委會設計院1999年成果。

表3 羅紋河設計洪峰流量成果表

羅紋河流域設計流量計算采用面積比擬公式推求，計算公式為：

(5)

式中：Qp設、Qp羅分別為羅紋河流域和羅夫堡站的頻率為P的設計洪峰流量(m3/s)；F設、F羅為羅紋河全流域和羅夫堡站的流域面積(km2)；n為面積比擬指數，采用0.67。

依據式(5)，求得羅紋河的設計洪峰流量成果見表3。依據《防洪標準》(GB50201-94)并結合《可研報告》，最終可選用羅紋河堤防設防標準為相應河段20 a一遇(P=5%)洪水，相應洪峰流量按206 m3/s計算。

6 結語

國家和陜西省十分重視渭洛河下游治理工作，始終把保障防洪安全作為渭洛河下游治理的首要任務。羅紋河作為三門峽庫區渭河南岸的一級支流，2003年及2005年渭河兩次大洪水，使當地移民遭受了嚴重的洪澇災害，財產損失嚴重。通過對流域歷史洪水進行調查，對設計洪水進行計算，可以對羅紋河綜合治理工作提供科學的理論支撐。