马颊河防洪排涝能力评价

2016-11-11马书涛盖广民

山东水利 2016年10期

关键词：设计标准防洪暴雨

马书涛，盖广民

（德州市水文局，山东德州253016）

马颊河防洪排涝能力评价

马书涛，盖广民

（德州市水文局，山东德州253016）

极端天气复杂多变，假定现状水利工程遭遇历史大暴雨，通过暴雨频率分析、设计洪水计算及实测资料对比分析，对马颊河防洪排涝能力进行比较和评价。

历史大暴雨；重现；马颊河；防洪标准

马颊河是鲁北平原仅次于徒骇河的大型行洪排涝河道，河道长443 km，流域面积8 330 km2。由于流域面积大，河道窄长，入海口出路不畅、排水能力低，大雨后下游河道经常为上游来水占用，当地涝水难以排除。本文假定以马颊河遭遇1961年大暴雨为例，重现历史暴雨在现状条件下，对河道防洪排涝能力的影响及评价。

1　马颊河防洪标准

马颊河治理标准采用的是典型年法。即以1964年雨型，45 d降水量400 mm推算的洪水作为设计排涝标准；以1961年45 d降水量600 mm推算的洪水作为防洪标准。采用的峰量值关系是：Qm=0.0172R·F0.25

随着水文资料的积累，有必要对其设计标准进行比较论证，以定量描述河道治理标准，为今后河道治理提供科学依据。

2　历史暴雨的统计分析

2.1马颊河流域历史特大暴雨

在有水文记载的80多年中，最大24 h时暴雨量发生在1961年7月11日，宁津站降水量达384.7 mm；历史最大45日单站降水量是从1961年7月1日开始计算的德平站达到785.6 mm。在分析计算面雨量时，按流量站的控制断面将马颊河流域分为3个断面以上流域和三个区间。以流域内国家雨量站实测的45 d最大暴雨见表1。

2.245d暴雨的频率计算

1）计算样本的选取采用最大值法。据6个分区统计的面平均45 d暴雨量的年最大值，组成连续系列供分析计算。

2）统计参数的计算采用常用公式。考虑到除涝标准较低，不需外延求取稀遇值，所以系列均值、离差系数CV值采用实测值，不做适线处理。偏差系数CS值取经验值CS=3.5CV。

3）计算成果的摘录：根据防洪除涝常用设计标准取3、5、10、20、30年一遇。

4）取鲁北地区45 d暴雨高值点，即马颊河流域内的德平站历年最大45暴雨量进行频率计算，以德平站做为代表站。频率计算成果见表2。

2.3设计暴雨与实测暴雨的比较评价

马颊河典型年法暴雨设计标准定为1964型400 mm除涝，1961年型600 mm防洪，雨期均为45 d，针对此标准，应用不同方法，比较评价如下：

用上述频率计算成果点绘45 d暴雨量～频率～面积的相关曲线，然后将同期400 mm与600 mm的设计标准值绘于同一关系图上（见图1）。

表1　马颊河流域实测45 d暴雨统计表

表2　马颊河流域平均最大45 d暴雨频率计算成果表

图1　马颊河流域暴雨设计标准比较图

1）分析45 d暴雨量400 mm除涝设计标准。如图1可知：当流域面积小于1 000 km2时，其标准在3～5年一遇之间：当流域面积在1 000～5 000 km2时其标准在5～8年一遇之间；当流域面积达到8 500 km2，其标准达到10年一遇。

2）45d暴雨量600 mm的防洪设计标准较高。在流域面积小于500 km2时，其标准在10～20年一遇；流域面积在500～1 000 km2时，其标准在20～30年一遇；流域面积大于1 000 km2时，则高于30年一遇。

马颊河防洪除涝标准具备防御历史特大暴雨的能力，但在小面积上排洪能力差，即在遭遇局部特大暴雨时，暴雨区仍会严重积涝。作为典型年的设计暴雨量，全流域不分面积大小和区域地理位置，统一用一个标准是欠妥的。

3　设计洪水的比较评价

3.1设计洪水的计算分析

1）采用某一控制断面以每年最大一次单位面积上产生的洪量——径流深（以mm表示），作为洪水频率分析计算的系列样本，并给出不同频率设计标准的径流深。然后选用一个设计雨型和现有河道不积涝的流量过程线，推出相应的洪峰流量。

2）洪水样本的频率计算：洪水统计参数的计算方法、公式以及选用标准均同于暴雨频率计算。但偏差系数CS值取2.5CV值。其频率计算成果见表3。

表3　马颊河流域各站洪水频率计算成果

3）各站不同频率洪水过程及相应排水模数的推算。

（1）雨型的选用：因平原区河道调蓄能力大，单点上的暴雨时程特性对整个流域洪水影响较小，所以雨型选用流域平均雨型较好。因为这种雨型是流域内同时出现的暴雨组合。共选取了8种，有3日、5日、7日的，通过流量演算求出洪峰流量，选其偏大者作为设计雨型。最后选定的即为1990年7月26日至30日一次5日降雨分配过程。降雨分配过程（称毛雨过程）转化为净雨过程是应用该站降雨径流关系逐时段（时段选用△t=6 h）查取求得。净雨分配过程见表4。

各站不同频率洪水过程均采用此净雨分配过程推算。

表4　净雨时程分配表

（2）各站不同频率洪水过程的演算：洪水过程的演算采用瞬时单位线法。

m1=1.34 F0.463；m2=0.59 F－0.14。

式中m1、m2为瞬时单位线参数，F为汇流面积，km2。

（3）各站不同频率排水模数的计算：其计算公式为：Mp=Qmp/A

式中：Mp为不同频率的排水模数（m3/s/km2）；Qmp为不同频率净雨演算出的洪峰流量（m3/s）；A为各站汇流面积（km2）。

由于上述洪水计算分析站点最小汇水面积1 331 km2（堤口孙家站），而马颊河原设计排水模数最小面积为100 km2，为了可比分析，流量演算时分上、下游各假设一个100 km2面积站进行演算。假设站不同频率净雨深采用王铺闸和堤口孙家站的计算值。以上瞬时单位线计算参数、流量演算出的洪峰流量计算成果见表5。

3.2以实际发生的超标准洪水比较评价

1970年河道治理完成后，马颊河流域也曾经历过几个大水年。这些大水年虽不及1961与 1964年，但在不同河段区间都有超标准洪水发生。根据流域内几处水文站的实测洪水资料统计，在1970年后几个大水年中，马颊河王铺闸以上只有一次水位超过64型（积涝型）设计标准，没有发生超标流量，相当于20年一遇。但是在其下游发生超标准洪水较多。大道王闸共发生超设计流量（64型）4年次，相当于6年一遇；但该站却没有发生超设计水位的情况。中游李家桥闸站发生超设计水位（64型）的洪水2次，超设计流量1次，相当于12年一遇。无论上、中、下游在河道按设计标准已治理后的45年中，未发生一次超61型标准的洪水。因而实测洪水超标现象，与频率分析计算的成果基本相似，即上游治理标准高于中、下游，下游低于上游。