浊峪河设计洪水分析

李雪月

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西 西安 710000）

浊峪河作为无水文实测资料地区，其设计洪水仅能通过经验方法进行计算，加之河道上建有三座水库，且非单一的下垫面组成，致使浊峪河设计洪水的计算方案无法统一，本文仅提供一种分析思路与计算方法。

浊峪河属石川河流域，为清河左岸一级支流，石川河二级支流，发源于耀州区小丘镇安家沟，在三原县鲁桥镇楼底村西北的田合村出峪，在西阳镇刘村汇入清河。浊峪河流域内地势西北高、东南低，河谷窄深，形如带状。浊峪河全长为59.1 km，流域面积221 km2，其中峪口以下为25 km2的平原区，峪口以上196 km2为丘陵沟壑区。

浊峪河流域自上而下建有豹村、南王和小道口三座水库。豹村水库1977年11月动工兴建，到1979年完成了土坝及放水洞工程，1983年10月至1984年4月完成陡坡泄槽工程，2003年3月至2003年5月完成放水塔工程，设计总库容125万m3，水库坝址以上流域面积15.74 km2，河长10.2 km，平均比降为42.0‰；南王水库现已淤死；小道口水库1956年11月动工修建，1957年8月大坝主体工程完工，小道口水库设计总库容310.3万m3，水库坝址以上流域面积 144.4 km2，河长 37.4 km，平均比降为10.8‰。

1 洪水来源

在豹村、南王和小道口三座水库运行初期，由于梯级水库的调节作用，很大程度上阻碍了洪水下泄，小道口水库下游来水量较少，以致大片河道被农田、房屋侵占。而今，由于豹村水库的库容本身较小，南王水库已淤满废弃，又根据《陕西省三原县小道口除险加固工程初步设计报告》（2008年）复核成果，小道口水库淤积面高程已接近正常蓄水位，水库滞洪能力较差，可忽略不计，因此，三座水库汛期的滞洪作用被大大削弱，从而引发了现今下游洪水泛滥，淹没农田、房屋，影响人民生命财产安全的严重灾情。

根据上述浊峪河洪水来源的分析，浊峪河设计洪水不考虑南王水库和小道口水库的影响，仅由豹村水库下泄洪水和区间洪水组成。

2 设计洪水计算

本次仅以10年一遇（P=10%）设计洪水计算为例。

2.1 豹村水库下泄洪水

豹村水库控制流域面积为15.74 km2，沿主沟道至分水岭长10.2 km，平均比降为4.2%。根据《陕西省铜川市耀州区豹村水库除险加固工程初步设计报告》（2008年），豹村水库坝址设计洪水采用经验公式法、综合参数法和推理公式法计算，最终采用推理公式法成果，即坝址洪峰流量为118 m3/s。

豹村水库为泄洪建筑物为溢洪道，溢洪道进口为开敞式溢流堰，堰型为WES堰，堰顶高程995.70 m，堰长40 m。根据《陕西省铜川市耀州区豹村水库除险加固工程初步设计报告》对豹村水库的调洪计算（起调水位为995.70 m），确定泄洪过程线，见表1。

表1 豹村水库调洪演算（10年一遇洪水）计算过程表

2.2 豹村水库至峪口区间洪水计算

豹村水库至浊峪河口区间设计洪水产流面积分为丘陵沟壑区和平原区。考虑到平原区比降平缓，道路纵横，无沟道汇流，产流量小且汇流历时长，故区间设计洪水计算仅考虑丘陵沟壑区。豹村水库坝址以下浊峪河流域面积为205 km2，其中平原区段流域面积25 km2，山区段流域面积为180 km2。山区段河道长度为42 km，河道平均比降为7.4‰。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）中对于无资料地区需采用多种方法计算设计洪水的规定，分别采用水文比拟法、经验公式法、综合参数法和推理公式法计算区间洪水。

2.2.1 水文比拟法

（1）参证站选择及调查洪水

根据设计流域邻近水文站网分布情况，浊峪河设计洪水计算选择淳化水文站作为参证站，该站控制流域面积为282 km2，现收集1961年～2009年共49年洪水资料。

根据《陕西省洪水调查资料》（陕西省水利厅，1984年12月）、《咸阳市实用水文手册》等资料，冶峪河中、下游曾在1933年出现过大洪水，淳化段调查洪峰流量为881 m3/s，资料较可靠。据考证，该场洪水是1933年以来的最大洪水，按调查确定其重现期为77年。

（2）洪水频率分析计算

根据淳化站1961年～2009年共49年洪水系列，以年最大值法选样，并加入1933年的历时调查洪水881 m3/s，按不连序系列进行频率分析，用矩法计算统计参数作为初试值，采用P-Ⅲ型曲线目估适线。统计参数及不同频率洪峰流量计算成果见表2。

表2 冶峪河淳化站洪水频率计算成果表单位：m3/s

（3）浊峪河设计洪峰流量计算

根据《咸阳市实用水文手册》，经验公式法公式为Qp=C·fm·Fn。式中，Qp为频率为P的洪峰流量；F为设计流域面积；L 为河长（km）；f为流域形状系数，f=F/L2；C、m、n 均为经验参数，P=10%时，C=10.63，m=0.6426，n=0.1277。由经验公式法计算得区间10年一遇设计洪峰流量为223 m3/s。

2.2.3 综合参数法

根据《咸阳市实用水文手册》，综合参数法公式为QP=CHptαfmFn。式中，Qp为频率为 P 的洪峰流量；C、m、n、α 均为经验性参、指数，P=10%时，C=5.73，m=0.0082，n=0.7196，α=0.0304；Hpt为设计频率某时段净雨量；其他符号同前。由综合参数法计算得区间10年一遇设计洪峰流量为259 m3/s。

2.2.4 推理公式法

（1）设计暴雨

设计暴雨历时采用12小时，采用以下公式设计面雨量：

式中，αt为暴雨点面系数；at、bt为点面参数；F为流域面积。

设计暴雨的计算时段取1小时，流域形状改正计算采用下式计算：

式中，γ为流域现状改正系数；F为流域面积；Ht为改正前流域设计面雨量；H设为改正后流域面雨量。

各时段平均折减雨量H折=Ht（1-γ），折减改正后设计面暴雨过程见表3。

表3 流域形状修正后暴雨时程分配表（P=10%） 单位:mm

（2）产流计算

根据《咸阳市水文实用手册》，流域最大蓄水量Im=100 mm，设计情况下，前期影响雨量Pa=Im/2=50 mm。设计流域以超渗产流为主，采用下渗曲线法计算损失量。入渗率与土壤含水量的关系为：

当 S≤78 mm，f=685.8S-1.08；当 S＞78 mm，f=6.18。式中，S为土壤含水量；f为土壤入渗率。

产流量计算采用下式计算：

Ri=（Ii－fi）△t，Ii＞fi；Ri=0，Ii≤fi

式中，Ri为时段产流量；Ii为时段降雨强度；fi为土壤入渗率；△t为时段长。

采用上式计算并扣除15%潜流量得p=10%时净雨过程的计算过程见表4。

表4 净雨过程计算表（P=10%）

（3）汇流计算

根据《咸阳市水文实用手册》，汇流参数m的计算公式：

m=1.34θ0.587hR-0.541，θ=L/（JF）1/3

式中：hR为时段净雨量；L为沿主河道的出口至分水岭的最大距离；J为沿主河道长度L的平均比降。

汇流参数计算得：θ=38.18，当 P=10%时，m=2.09。

采用推理公式法进行汇流计算。计算公式如下：

τ=0.278（mJαQmβ）， Qt=0.278·（Ht/t）·F

式中：t为流域汇流时间，其他符号含义同前；α=β=1/3。

根据上述公式，分别作出Qm～τ关系曲线和Qt～t关系曲线，两曲线的交点即为所求相应频率的设计洪峰流量和汇流历时。p=10%时的出Qm～τ和Qt～t关系曲线见表5，据此计算得区间10年一遇洪峰流量为256 m3/s，汇流时间为4.51 h。

表5 p=10%时的出Qm～τ和Qt～t关系曲线

2.2.5 成果对比与选用

上述四种方法计算的设计洪水成果接近。现对四种方法进行对比分析如下：

1）经验公式法和综合参数法洪水计算结合了河道特征值，但仅考虑了洪水的主要成因，成果有一定误差；

2）推理公式法使用《咸阳市实用水文手册》总结地区实测暴雨洪水资料分析出来的暴雨-洪水关系进行计算，有一套完整的计算方法，在理论方面比较严谨，过程中又采用了本流域的特征值、经验参数和暴雨资料，计算成果既代表了区域洪水的共性，又突出了计算流域洪水的特性，成果精度相对较高；

3）淳化站控制流域面积是设计流域的5.51倍，采用水文比拟法的计算成果存在一定误差。

4）通过以上分析比较，并参考《陕西省铜川市耀州区豹村水库除险加固工程初步设计报告》最终采用的方法，选用推理公式法的计算成果，即豹村水库坝址与浊峪河河口区间设计洪峰流量为256 m3/s。

2.3 浊峪河河口处设计洪水计算

在豹村水库至峪口之间选取断面尺寸适中的典型断面，采用曼宁公式计算得10年一遇水库下泄洪水从豹村水库坝址演进到峪口处，平均流速为1.97 m/s，因此，传播历时为5.92 h。豹村水库坝址以上10年一遇洪水汇流时间为1.52 h，经豹村水库调洪后的滞洪时间为0.48 h（根据豹村水库调洪计算过程可知），而豹村水库下泄洪水到峪口的传播历时为5.92 h，因此，豹村水库坝址以上10年一遇洪水演进到峪口处所需时间为7.92 h，远大于同重现期豹村水库至峪口区间洪水的汇流时间4.51 h，因此，豹村水库的下泄洪水与区间洪水不遭遇，浊峪河设计洪水将不考虑豹村水库的下泄洪水，其10年一遇（P=10%）设计洪峰流量为256 m3/s。

3 结语

浊峪河设计洪水计算中涉及的主要难点有：计算断面上游梯级水库滞洪能力分析、平原区洪水处理、水库下泄洪水与区间洪水的遭遇分析等，不同的分析思路和计算方法得出的洪水计算成果不尽相同。本文根据流域内水库的实际运行情况、不同下垫面的产汇流特点及洪水遭遇情况来分析浊峪河河口处洪水来源与组成，为浊峪河设计洪水提供一种分析思路与计算方法，也可供类似流域的洪水计算进行参考。