端氏河河道治理洪水分析计算

2014-12-25宿宾

山西水利科技 2014年2期

关键词：汇流洪峰流量水文

宿宾

（山西省水利水电勘测设计研究院山西太原030024）

1 工程概况

端氏河流域整治河道共为5段，分别是柿庄乡河道治理段、应郭河道治理段、固县乡河道治理段、金峰河道治理段、端氏镇河道治理段，工程项目主要包括新建堤防工程、旧堤维修加固工程、维持现状堤防、防护工程、河道清淤工程五部分。

2 工程建设的必要性

项目区分别位于端氏河流域内的柿庄、应郭、固县、金峰、端氏五个乡（村）镇。治理实施的目的主要为了保护各治理段范围内的乡镇机关、人口以及耕地的防洪安全。

端氏河流域内的各乡镇河道现状根本无法满足防洪要求，垃圾随意倾倒，河床挖沙情况猖獗，河道沿线生态环境逐步恶化。为了保证人民生命财产和工农业生产安全，改善河道生态环境，确保防洪安全，对端氏河进行河道治理是十分必要的。

3 流域概况

端氏河[1]为沁河的一级支流，位于沁水县城东部，发源于柿庄镇秋峪岭西麓大麻地沟内。上游为柿庄河和十里河，两河在固县乡固县村北汇合后称端氏河。流域内有两条主要支流十里河支流和胡底河支流。端氏河由东北向西南流经柿庄、十里、固县、樊庄、胡底、端氏6个乡镇，在端氏镇小河西汇入沁河，水系形态为羽毛状。

端氏河属山区季节性河流，控制流域面积781km2，干流长度56km，主河道平均纵坡10.2‰，河道糙率为0.04左右。

4 洪水计算

端氏河流域属无资料地区，设计洪水计算采用2011年3月编制的《山西省水文计算手册》（以下简称《手册》）[2]中的方法进行计算，此外，以临近沁水河相似流域油房水文站作为参证站进行分析，最后根据其计算结果结合历史调查洪水，综合分析确定采用值。

4.1 油坊水文站设计洪水

4.1.1 历史洪水

根据《山西省历史洪水调查成果》[3]成果，端氏河历史洪水场次、基本情况见表1。

表1 历史调查洪水基本情况表

4.1.2 油房站洪水

1）历史洪水及重现期的确定：油房站收集到1918年和1982年共二场历史洪水。本次根据山西省水文水资源勘测局（原山西省水文总站）和沁水县水利局1982年11月共同编制的《山西省沁水县82802洪水调查成果》中分析成果，1918年洪水洪峰流量为1110 m3/s，认为是近百年来首位；1982年洪水洪峰流量为1950 m3/s，重现期约为280年。

2）设计洪水系列：本次收集到油房水文站1963-2006年的实测洪峰流量，共44年系列。

3）频率分析：根据以上实测系列，加入历史调查洪峰值，采用P—Ⅲ型曲线[4]，进行设计洪水频率分析，其中1982年洪水作为特大值处理，频率分析见图1。设计洪水流量成果见表2。

图1 油房站洪峰流量频率曲线图

表2 油房站频率分析洪水成果表

4.2 设计断面洪水

4.2.1 水文比拟法

端氏河流域与沁水河流域地理位置靠近，处于同一个水文分区，下垫面条件相似，地貌特征、植被类同。因此，将沁水河流域油房水文站作为参证站，采用该站设计洪水，按面积比指数法推求各断面设计洪水。公式如下：

式中：Q设计——设计断面设计洪峰流量，m3/s；

Q油房——油房站设计洪峰流量，m3/s；

F设计——设计断面处流域面积，km2；

F油房——油房站流域面积，km2；

n——面积指数，取0.5。

计算结果见表3。

表3 各断面设计洪峰流量成果表

4.2.2 《手册》法

1）流域特征参数：设计洪水按无资料地区考虑，流域特征参数包括流域的面积、主河道长、平均宽度、平均坡度、产汇流地类[5]等。洪水计算特征参数见表4。

表4 流域特征参数表

2）设计暴雨：根据各支流控制流域面积大小及暴雨参数等值线通过流域的实际情况，按《手册》表6.6.1选取定点，量算出各定点控制面积占流域面积的权重系数，从暴雨等值线图上查得各支流流域形心处不同历时的暴雨均值及Cv值，按Hp=Kp计算出不同频率的设计点雨量。计算面雨量初值，求解暴雨公式参数，得出设计面雨量，进行时程分配，计算出主雨历时tz和主雨雨量HP（tz）。结果见表5。

表5 主雨历时及主雨雨量计算表单位：mm，h

3）流域产流计算：根据各支流流域下垫面条件，由《手册》表7.3.1.2查出和，即砂页岩森林山地 Sr，A=23.0和Ks，A=1.50、砂页岩灌丛山地Sr，A=18.0和Ks，A=1.20。表7.3.1.1查得流域持水度B0，p=0.5，计算可能损失、净雨深、产流历时、损失率和净雨过程分配。

4）流域汇流计算：汇流计算采用《手册》中推荐的综合瞬时单位线法和推理公式法进行计算。

（1）综合瞬时单位线：纳什瞬时单位线将流域汇流过程假设为由n个等效线性水库串联体对水流的调蓄过程。把瞬时作用于流域上的单位净雨水体在流域出口断面形成的时间概率密度分布曲线称为瞬时汇流曲线，量纲为1/［T］。把单位净雨乘以瞬时汇流曲线称为瞬时单位线。

在计算过程中，汇流地类为灌丛山地、森林山地，β1，β2，α为经验性指数，分别取为0.047、0.190、0.397；C1为复合地类汇流参数，分别取为1.257、1.046；C2为单地类汇流参数，分别取为1.53、0.717；计算结果见表6。

（2）推理公式法：最大流量Qm计算采用数值法。单一地类汇流参数m取值，灌丛山地为0.15、森林山地为0.08，计算结果见表6。

4.3 设计洪水成果的采用

各设计断面不同方法的设计洪水计算结果列于表6。

从表6可以看出，水文比拟法和《手册》法计算成果有一定差别，但不是很大。沁水河流域与端氏河流域地理位置靠近，属同一个水文分区，且流域内下垫面条件一致，植被类同；其次，油房水文站有1963～2006年实测洪峰流量资料，计算精度较高；第三，结合历史调查洪水分析，端氏河2007年调查洪水560 m3/s与水文比拟法计算的P=10%设计洪峰流量589m3/s基本一致。

综合考虑，本次设计洪水成果采用水文比拟法计算结果较为合理。