山东省枣庄市沿运地区河网排涝水文分析与研究

刘 罡

韩庄运河是南四湖韩庄闸以下的泄洪通道，也是枣庄市南部的主要泄洪河道，该区间流域为暴雨集中频发地区，因暴雨形成较大洪水，加之上游微山湖韩庄闸泄洪和下游顶托，河道排水不畅，致使运北地区经常发生区域性洪涝灾害，故该地区有“洪水走廊”之称。本次对枣庄市沿运地区主要入运排涝河道进行了较为详尽、系统的排涝水文分析与研究，由实测降雨资料推求设计暴雨，再进行产流、汇流水文分析计算，最终推求出该流域内主要入运排涝河道的设计洪水过程。

一、水文资料的引用

沿运山丘平原混合区河道水文分析计算所采用的水文资料，为历年国家基本雨量站水文资料整编成果，资料系列为设站以来至2007年，代表站分别为阴平雨量站、涧头集雨量站、峄城水文站、泥沟雨量站和台儿庄闸水文站。

二、资料合理性审查

此次水文资料选取的代表雨量站分布较合理，有连续的实测降雨量记录，系列较长，满足设计暴雨规范中所要求的系列长度。雨量资料来源均为国家正规观测的整编资料，系列具有较高的可靠性、连续性。所选取的5个代表站均为超过50年的长系列降雨资料，包含了多个连续丰水组和枯水年组，其中最大24h较大的丰水组有1958～1960 年，1963～1964 年，1971～1972年，连续枯水组有1965～1967年，1976～1977年，1994～1995年。降雨资料丰枯交替出现，具有较好代表性。

三、设计暴雨的分析计算

根据沿运地区多山区、丘陵的自然地理特点和中小流域河道暴雨洪水特性，确定设计暴雨选用流域内各代表站历年最大24h雨量系列资料，进行频率分析计算。经排序整理和频率分析计算，求得各站年最大暴雨系列的均值和变差系数Cv值，采用“地区综合频率曲线法”进行频率计算，选定一条与经验点据拟合较好的频率曲线确定Cv值，其中以Cs=3.5Cv，Cv调整范围一般不超过实测资料的计算值的10%进行适线。由于沿运地区流域面积较小，“地区综合频率曲线法”为多站综合分析，故不再做点面换算，结果即为设计面暴雨。成果见表1。

表1 枣庄市沿运地区最大24h设计暴雨成果表

四、设计暴雨成果的合理性分析

1.与以往设计暴雨的成果的对比分析

沿运地区自建国以来主要进行过以下两次设计暴雨的分析计算，受水文资料及其他多种因素影响，计算结果有所差异。

①《山东省水文图集》（1975年）中“山东省年最大24h降雨量变差系数（Cv）等值线图”和“山东省多年平均最大24h降雨量等值线图”分别查得沿运地区的Cv=0.52，均值为118.0mm。比较得出，本次结果比图集中Cv的偏小9.6%，均值偏小8.3%。

②《中国暴雨统计参数图集》（2006年，水利部水文局、南京水利科学研究院）中 Cv=0.50，均值为115.0mm。比较得出，本次分析得出的Cv偏小6%，均值偏小5.9%。

2.计算成果的合理性分析

与以往设计暴雨的成果的对比分析，本次成果较《山东省水文图集》中沿运地区的成果偏小。水文图集采用的水文资料到1973年，且资料系列为20世纪70年代前的丰雨系列，缺少了70年代至今的30多年的降雨系列，因而影响变差系数Cv及均值比系列延长到现在的Cv和均值偏大。

《中国暴雨统计参数图集》是2006年国家发布的权威性图集，本次分析得出Cv和均值偏差均不大于6%。综上计算与分析，本次设计暴雨的推求成果是合理的。

五、产流计算

1.降雨径流关系的确定

沿运地区入运排涝河道产流计算的降雨径流关系采用水利部淮委沂沭泗水利管理局《淮河流域沂沭泗水系实用水文预报方案》（以下简称《方案》）中对韩庄运河台儿庄闸站降雨径流关系的分析成果。将《方案》中实测降雨径流关系展点在关系格纸上，根据各点据分布情况，得出实测次降雨径流关系中心线①。分别将①中各点的净雨深扩大20%得出实测次降雨径流关系外包线②。分析1972年计算成果，并将该降雨径流关系展点在格纸上，由此得出沿运地区降雨径流关系。1972年降雨径流关系为实测降雨径流关系展点的外包线，且外包于径流关系②线。考虑1972年采用资料的系列长度及代表性，并为该流域水利工程的安全性确定本次沿运地区的降雨径流关系采用径流关系线②。降雨径流关系成果见表2。

表2 沿运地区降雨径流关系成果表

2.前期影响雨量的选用

前期影响雨量的确定也是建立在对韩庄运河台儿庄闸站降雨径流关系中逐次洪水前期影响雨量分析的基础上。通过对台儿庄闸逐次洪水的前期影响雨量分析得知，多年平均前期影响雨量为47.4mm，考虑本次沿运地区的排涝设计暴雨的计算设计频率均不大于50%，因此前期影响雨量在计算设计频率为3年一遇时取Pa=50mm，设计频率小于3年一遇时取Pa=55mm。沿运地区各设计频率净雨成果见表3。

表3 沿运地区各设计频率净雨成果表

本次计算雨型的选择，由于沿运地区河流多为中小流域，故选泰沂山南北区1、2小时雨型。

六、汇流计算

流域汇流计算采用《山东省水文图集》中瞬时单位线进行计算，计算采用下式：

式中：K—系数，与平原占全流域面积比例有关；

F—流域集水面积；

J—河道干流平均坡度；

R—各频率设计净雨，单位mm。

Tc—有效净雨历时，单位h。

由计算的M1值，查《山东省水文图集》中“山东省山丘地区、山丘平原混合区瞬时单位线参数M1与1h单位线关系表”，得出各日单位时段单位线，各单位流量乘以面积比F/100，即为本流域的时段单位线。再以各日净雨过程和单位线求出洪水过程，加基流（取1.0m3/100km2）即得相应的洪水过程。见表4。

表4 沿运地区入运主要河道设计流量成果表

七、结论

本次对枣庄市沿运地区河网排涝水文分析与研究，采用实测降雨资料推求设计暴雨，选取阴平、涧头集、峄城、泥沟和台儿庄闸5处国家水文、雨量站的实测降雨资料进行分析，采用的雨量站点分布合理；采用地区综合频率法对50年长系列降雨资料进行分析，提高了资料代表性，减小了样本的抽样误差。因此，计算得出暴雨成果是合理的。降雨径流关系采用韩庄运河台儿庄闸多年实测降雨径流关系分析得出，并由此确定前期影响雨量Pa值，选用山丘平原混合区瞬时单位线进行设计洪水的推求。综上分析，本次沿运地区主要排涝河道设计洪水的推求过程和成果是合理的