唐山市沙河流域中小河流水文计算

2014-02-25崔洪志

东北水利水电 2014年12期

崔洪志

（唐山市水利规划设计研究院，河北唐山063000）

1 流域概况

沙河是唐山市的骨干河流之一，发源于迁安市蔡园镇郝树店村北大石岭沟，流经迁安市、滦县、古冶区、丰南区、滦南县、曹妃甸区等6 个县（市、区），于丰南区黑沿子村南汇入渤海，是一条集防洪、灌溉、排涝等综合利用的河流，流域总面积1 192 km2，河道全长155.27 km。

1.1 河流水系

沙河自上而下主要有大石河、崇家峪河、老牛河、跃进渠、岳家河、黑沿子排干等支流汇入，见表1。

表1 沙河主要支流河渠一览表

1.2 气象暴雨洪水

沙河流域气候温和，四季分明，雨热同季，属暖温带半湿润季风型大陆气候。多年平均气温10.6 ℃，多年平均蒸发量1 758.4 mm，年平均风速约3 m/s，最大冻土深80 cm，无霜期180 d。流域多年平均最大24 h 暴雨量120 mm，多年平均年降水量646.9 mm，最大年降水量1 059.9 mm（1967年），最小年降水量387.9 mm（1963年）。流域年降水量的80%集中在汛期的7—8月份，7—8月份降水量都在200 mm 以上。沙河流域洪水具有峰高、量大、历时长的特点。一般情况下，流域洪水峰高腰瘦，暴涨暴落；如遇特大暴雨，降雨时间长，则峰高量大。一次暴雨一般持续1～3 d，短则。

1.3 水利工程

截止2010年底，沙河流域上游修建了麻地水库、潘庄子水库（1980年报废）2 座小（1）型水库，5 座小（2）型水库，下游建有草泊水库；在沙河丰南区岭上庄村东至黑沿子段修筑了堤防，堤距200～600 m，堤防全长124 km。进入21 世纪以来，沙河迁安首钢段4.078 km 河道于2003年实施了河道整治，古冶七百户村南至董各庄桥段于2012—2013年按照中小河流治理的要求实施了河道整治。

沙河流域下游平原区有老牛河、跃进渠、岳家河、黑沿子排干4 条骨干排水河渠，总长89.8 km。建成排水泵站5座，即西郑庄扬水站、宋家营扬水站、郑坨排灌站、兰桥排灌站、申立村排灌站。排水区自排标准为10年一遇，机排标准为5年一遇。沙河下游平原区基本形成自排和机排排水渠网，基本实现了骨干河道与支流河渠相结合的较为完整的排水体系。沙河目前建成2 座防潮闸，即沙河防潮闸和黑沿子排干防潮闸，防潮闸以下修建了河口海堤。在丰南区小集镇西郑庄村东建有橡胶坝1 座，该橡胶坝设计最高蓄水位5.50 m（“85”高程基准），总蓄水量为40.00 万m3。

1.4 防洪形势

自新中国成立以后，唐山市对沙河防洪治理付出了巨大的努力，沙河流域洪涝灾害逐步得到有效控制，但是由于沙河防洪的特殊性和复杂性，沙河防洪形势依然严峻。首先，沙河河道现状行洪排涝洪标准严重偏低，直接导致其防洪能力不堪重负。现状沙河中游的古冶区已治理段防洪标准可达到10年一遇，基本可以控制中小洪水的洪涝灾害，但仍未达到规划的防洪标准；丰南钱营以下河段多年来未进行过全面修缮，防洪能力普遍降低，防洪标准仅能维持在10年一遇；目前，沙河迁安段和草泊水库至沙河防潮闸段防洪能力尤其偏低，是沙河防守的重中之重。其次，沙河流域社会经济发展在客观上增大了沙河流域的防洪压力。近年来沙河流域经济跨越发展，社会不断进步，工业化、城市化进程逐步加快，沙河目前的行洪能力已完全不能适应当前流域社会经济快速发展的需要，其防洪压力呈现逐年增大趋势。

鉴于上述情况，启动沙河流域中小河流综合治理是非常必要的。水文计算工作是中小河流治理工程设计的基础，合理确定设计频率下洪水是中小河流治理设计的关键。下面就沙河流域中小河流水文计算工作中一些常见问题的处理方法进行探讨。

2 沙河流域不同类型中小河流水文计算

沙河流域地形大致分为二类，即山丘区和平原区。本文针对这2 种类型，分别对其具体的水文计算进行分析。

2.1 山丘区中小河流

沙河在石佛口水文站以北属于山丘区，山丘区中小河流面积为429 km2，占整个流域面积的36%。山丘区河流推求设计洪水的方法主要有流量资料法、暴雨资料法及地区经验公式法。

2.1.1 流量资料法

水文计算断面处有水文站情况下，要求水文站要有较长的实测洪水资料系列，一般要求大于30年且需要对资料的可靠性、一致性、代表性进行审查。上述条件满足后，可应用水文站多年洪峰系列加历史洪水资料，采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线计算水文站不同频率的洪峰流量。如果水文测站不在水文计算断面处，但是二者处于同一流域，流域面积相差在30%以内且气候条件及下垫面条件比较一致的情况下，可采用水文比拟法计算设计断面处的洪峰流量。

在采用数理统计方法计算设计洪水时，考虑到沙河流域的大洪水主要有1894，1949，1959，1962年洪水，近期未发生较大洪水，因此水文系列延长后计算的设计洪峰比已有的沙河规划设计中设计洪峰成果偏小，这种情况是合理的。

2.1.2 暴雨资料法

中小流域常因流量资料不足无法直接由流量资料推求设计洪水，而暴雨资料较多，故可用暴雨资料推求设计洪水。当出现以下几种情况时，需由暴雨资料推求设计洪水：1）设计流域实测流量资料不足或代表性差，难于使用相关方法插补延长；2）由于人类活动的影响，使径流形成的条件发生显著的改变，破坏了洪水资料的一致性；3）为了用多种方法推算设计洪水，以论证设计成果的合理性，即使流量资料充足的情况下，也要用暴雨资料推求设计洪水。

由暴雨资料推求设计洪水可分三步进行：1）推求设计暴雨：根据实测暴雨资料，采用统计分析和典型放大法求得；2）推求设计净雨：根据实测暴雨洪水资料，利用径流形成的基本原理，通过成因分析法求得；3）推求设计洪水过程线：由求得的设计暴雨，利用产流方案推求设计净雨过程，再利用流域汇流方案由设计净雨过程求得设计洪水过程。

2.1.3 地区经验公式法

唐山市水务局于1997年12月出版《唐山市水文手册》。该手册在以往工作的基础上，采用1956—1993年水文资料，对历史洪水调查资料进行了深入分析，阐述了唐山市洪水、暴雨时空变化规律，深入分析了暴雨、洪水相关参数，结合地理特征进行综合，重新对洪水进行频率计算，提出了适合该区特点的3 种洪峰流量计算经验公式。该方法在300 km2以下的小流域及300～500 km2的中等流域水文计算中具有科学、准确、快捷的优点。

在沙河流域中小河流水文计算中，如需计算距离水文测站较远且流域面积相差超过30%或下垫面条件差异明显的断面时，该方法具有很强的实用性。

2.2 平原区中小河流

沙河石佛口水文站以下进入冀东沿海平原区，平原区中小河流面积占整个流域面积的64%。平原区河流推求排水流量计算方法主要是地区经验公式，包括《唐山市水文手册》（1997年版）中的平原排涝经验公式和《河北省平原地区中小面积除涝水文手册》（2000年修订版）中的排水模数经验公式。

通过对该流域排涝分析计算，发现两手册计算结果误差在10%左右，省手册结果偏大；与原规划成果比较，唐山手册结果与之更接近，更能正确反映该流域的水文实际情况和平原地区排水特性。

2.3 计算成果合理性分析

水文计算完成后，要对成果的合理性进行分析，以选择最科学合理的成果，从而保证后续规划设计工作的顺利进行。按照“综合分析、合理选用”的原则，首先将计算结果点绘在沙河流域水文测站设计洪峰流量～面积关系图上，根据洪水成果在图上的离散程度对结果的合理性作出定性判断；然后对不同方法计算的设计洪水成果进行对比，分析资料合理性、下垫面条件等要素，对成果作定量分析；最后与流域规划报告、已审批文件中的成果相协调。