西安市鄠邑区栗峪河平原区断面洪水分析计算

杜耀辉，赵 莹

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西 西安 710018）

0 引言

本次计算断面位于栗峪河与太土路交汇处，断面位于栗峪河峪口以下，属于平原区，但由于栗峪河洪水主要来自于山区洪水，且本次计算断面至峪口断面区间集水面积小于峪口断面控制流域面积的5%，故本次以栗峪河峪口断面作为本次水文计算控制断面，计算不同频率下的洪峰流量，根据五万分之一地图量测，水文计算控制断面以上流域特征参数见表1。

表1 水文计算控制断面特征参数统计表

1 暴雨及洪水特征

栗峪河属于涝河流域，暴雨最早发生在4月，最迟出现在10月，但量级和强度较大的暴雨一般发生在7月～9月。暴雨一般分为锋面雨和雷暴雨两种，锋面雨历时长，强度均匀，笼罩面积大，雷暴雨笼罩面积小，强度大，历时短，栗峪河山高坡陡，河短流急，汇流迅速，洪水陡涨陡落。

涝河流域的洪水主要由暴雨形成。洪水最早出现在4月，其峰量较小，年最大洪水主要发生在7月～9月，根据涝河涝峪口水文站实测资料统计，7月～9月年最大洪水占80%左右。10月由于受淋雨影响，亦有洪水发生。从洪水出现的时间上可分为春汛和夏汛两类，春汛水量远不及夏汛多，且涨落缓慢；夏汛洪水峰高量大，陡涨陡落，危害较大，多发生于7月～8月份。

2 水文基本资料

涝河上游有国家基本水文站—涝峪口水文站，该站设立于1944年，监测项目为水位、流量、含沙量、降水量、输沙量，连续监测至今，期间经历4次断面迁移，最大位移距离822 m，于2007年元月迁移至原设立处，站址位于东经108°32′，北纬34°01′，控制流域面积347 km2，该站为国家基本测站，测验规范，计算方法合理，成果可靠。

3 水文站洪水分析计算

3.1 历史洪水及重现期

陕西省水利厅曾组织专家进行涝河流域历史洪水的调查工作，根据调查，涝河流域近百年左右共发生过三次特大洪水，即1898年，1957年和1987年。涝峪口水文站设立于1944年，未观测到1898年洪水，1957年、1987年两场洪水均有实测洪峰流量。

根据《陕西省洪水调查资料》整编成果，在近100年左右发生的三次大洪水中，1898年洪水洪峰流量1070 m3/s为最大，距离2020年已经122年，本次水文频率分析中将其重现期定为120年，1957年洪水实测洪峰流量904 m3/s，排在第二位，1987洪水实测洪峰流量为640 m3/s，排在第三位。由于1957年和1987年洪峰流量在1898年洪水控制下按照特大值处理与在74年的长系列中排频频率基本相同，因此，本次不将1957年和1987年洪水作为特大值处理。

3.2 洪水系列代表性分析

3.2.1 资料可靠性分析

涝峪口水文站为国家水文站，水文资料均为水文年鉴整编成果，数据准确可靠。

3.2.2 资料一致性分析

涝河涝峪口水文站以上有小型水电站工程一处，对洪水过程无调节；涝峪口水文站断面有过几次迁移，但迁移距离较小，且无支流汇入，洪水形成的下垫面条件基本不变，流量资料不受断面迁移的影响，因此涝峪口水文站实测洪峰流量资料具有很好的一致性。

3.2.3 资料代表性分析

通过对涝峪口水文站1944年～2017年74年实测水文资料的序列丰、枯变化规律分析和统计参数稳定分析，涝峪口水文站站洪水资料长达74年，包括了丰、平、枯时段，同时洪水序列正逆序均值、变差系数CV随历时变化也趋于稳定，因此涝峪口站洪水系列具有较好的代表性。

3.3 涝峪口水文站成果分析及选用

通过上述分析，涝峪口水文站洪水计算采用1944年～2017年洪峰系列，按不连序系列进行频率计算，经验频率采用数学公式计算，统计参数为矩法初步估算，采用P—Ⅲ型曲线目估适线，适线时着重考虑曲线中、上部的较大洪水点。频率曲线见图1，统计参数及不同频率洪峰流量见表2。

表2 涝峪口水文站洪峰流量频率计算成果表 单位：m3/s

图1 涝峪口站P—Ⅲ频率曲线成果图

4 洪水计算

依据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL 44-2006），无资料地区洪水分析须采用多种方法进行，因此，本次设计采用《西安市实用水文手册》（后续简称“水文手册”）提供的水文比拟法、经验公式法和暴雨资料推求法进行分析计算，并对其成果进行合理性分析后，得出水文控制断面处洪水成果。

4.1 水文比拟法

式中：Q设、Q参分别为水文控制断面、参证站设计年最大洪峰流量，m3/s；F设为水文控制断面以上流域面积，km2；F参为参证站控制流域面积，km2。

通过上式计算可得，水文控制断面不同频率洪峰流量见表3。

表3 洪峰流量计算成果表 单位：m/s3

水文比拟法采用下式计算：

4.2 经验公式法

根据《水文手册》，当流域面积小于50 km2时，经验公式法采用下式计算：

式中：QN为重现期为N的设计洪峰流量，m3/s；n、KN为重现期为N的经验参数；F为设计流域面积，km2。

设计洪峰流量成果见表4。

表4 洪峰流量计算成果表 单位：m3/s

4.3 根据暴雨资料推求设计洪水

暴雨资料推求法主要计算步骤为：推求设计暴雨及其分配过程；进行产流计算，推求设计净雨量及净雨过程；进行汇流计算，推求设计洪峰流量，计算过程及成果如下：

4.3.1 设计点雨量推求

根据《水文手册》设计历时表分配，当控制流域面积小于50 km2时，设计暴雨历时宜采用6 h，以流域几何中心位置在《水文手册》中查得1 h、3 h、6 h的暴雨均值Ht及变差系数CV，以CS=3.5CV，由P-Ⅲ型曲线模比系数表查得对应频率的KP值，然后根据HtP=KP×Ht求得设计频率的点暴雨量，成果见表5。

表5 点雨量计算成果表

4.3.2 设计面雨量推求

根据《水文手册》面暴雨量计算规定，当流域面积小于50km2时，用该流域中心的点雨量来代替面雨量，不乘点面系数。

4.3.3 设计面雨量时程分配

根据《水文手册》暴雨区划分，以II南区暴雨概化雨型进行暴雨时程分配，计算时段取Δt=1 h，成果见表6。

4.3.4 产流和净雨过程

水文控制断面地处秦岭山区，汛期暴雨集中，下渗少，径流多；涨水历时短，退水历时长，产流方式为蓄满产流，根据《水文手册》渭河南地区最大蓄水量Im=70 mm，前期影响雨量Pa=(2/3)Im=46.7 mm，据《水文手册》推理公式在西安市内地区不扣除潜流，成果见表6。

表6 面雨量与产流及净雨计算成果表 单位：mm

4.3.5 设计洪水计算

根据《水文手册》，汇流参数m根据下式计算：

式中：L为水文控制断面至分水岭最长距离，km；F为水文控制断面以上流域面积，km2；J为水文断面至分水岭加权平均比降。

经计算：θ=6.34，m=0.25。

再根据汇流参数计算汇流历时：

根据产流计算累积的净雨量成果计算相应的洪峰流量Qt：

洪峰流量计算时根据上面两式分别计算不同历时的t-Qm、Qm-τ关系，然后在坐标纸上点绘两条相关线，其交点坐标即为所求洪峰流量Q、汇流历时τ，计算成果见表7。

表7 洪峰流量计算成果汇总表

5 结论

将上述三种方法计算成果汇总，汇总成果见表8。

表8 工程区设计洪峰流量汇总表 单位：m3/s

从表8计算结果可以看出，水文比拟法与暴雨资料推求法计算成果较为靠近，经验公式法计算成果偏小，对于这三种结果分析如下：

（1）经验公式法是目前采用的洪峰流量计算中最为简单的一种形式和方法，在计算选用的参数中没有考虑到流域的特征值、经验参数和暴雨资料，计算结果精度有差。

（2）暴雨资料推求法是使用《水文手册》中总结西安地区实测暴雨洪水资料分析出来的暴雨-洪水关系，计算过程中采用了流域的特征值、经验参数和暴雨资料，是一套严谨、合理的计算方法，计算成果代表了流域洪水的特性，成果精度相对较高。

（3）水文比拟法以涝峪口水文站为参证站进行计算，但两者控制面积相差较大，本次计算仅为对比参考。

综上分析，本次推荐以暴雨资料推求法计算成果作为选用成果。