山区小型河道无实测资料暴雨洪水的计算：以水城县木城河为例

张 坚

(贵州省水城县水务局， 贵州 水城 553600)

山区小型河道是大江大河的“脉络”，其水生态环境直接影响大江大河的水生态，因此治理及保护好山区小型河道的生态环境尤为重要。小型河道治理设计中，常需要对项目区域的暴雨洪水进行分析计算，确定区域内不同频率的洪水流量，以科学确定河道过水断面尺寸，满足正常行洪需求。但山区小型河道分布较广且数量多，基本无水文气象观测站点以及观测资料，为合理设计河道治理断面提供科学依据，笔者以水城县木城河部分河段修复治理项目区为例，介绍了小型河道无实测资料暴雨洪水的计算方法。

1 项目区概况

木城河位于贵州省水城县蟠龙镇木城居委会，主河道长15.12 km，平均坡降18.59‰。根据《贵州省六盘水市水城县2018年蟠龙镇木城居委会木城河道修复治理工程》实施方案，需设计修复长度0.54 km。项目区属北亚热带季风湿润气候区，冬无严寒，夏无酷暑，多年平均降水量1 201.3 mm，最大降水量1 564.5 mm，最小降水量963.2 mm；年际降雨不均，降水多集中在5—10月，占全年雨量的85%左右，暴雨主要发生在6—7月，冬春干旱每年均有发生，冬春降水仅占全年降水量的8%左右。

2 参证站选择与资料评价

2.1 参证站选择

项目区域内无水文气象观测站，临近的主要气象站为水城气象站，主要水文站为向阳水文站、大渡口水文站。木城河道修复治理工程参证站，理应选择就近水文气象站资料作为洪文分析计算的基础资料，但因项目区周边的向阳水文站、大渡口水文站设计流域面积比值过大(向阳水文站27.2∶1，大渡口水文站269.2∶1)，加之2个水文站降水缺乏实测年份资料较多，插补延长较为困难，故以上2个水文站不宜作为本项目水文分析计算的参证站。综合考虑，本项目按无实测资料方法计算，以临近的水城气象站作为参证站，以该站的暴雨资料作为洪水分析计算的基础资料。

2.2 参证站资料评价

2.2.1 可靠性 水城气象站始建于1937年，属于国家基本站，汛期进行四段制、八段制观测，枯水季采用二段制观测。该站降水观测均按规范要求操作，观测资料可靠。

2.2.2 一致性 水城气象站自设立以来，观测场地固定，未迁移、变动，降雨资料具有一致性。

2.2.3 代表性 从表1看出，在水城气象站1961—2015年的降水连续实测资料系列中，变差系数CV基本稳定，变幅很小，具有较好的代表性，能满足本项目设计使用。

表1 水城气象站长短系列条件参数

3 暴雨计算

表2 流域不同频率下最大24 h和最大1 h设计暴雨成果

4 洪水计算

4.1 历史洪水

利用实测河道纵横断面资料，采用曼宁公式q=1/n·A·R2/3·J1/2计算历史洪水洪峰流量，根据实测(1∶1 000)地形图上纵横剖面图及水面线资料，参照《天然河流河道糙率参考表》，糙率n取值0.040～0.042，比降J取值0.018 0～0.018 2。治理河段历史最大洪水调查年份为1998年，根据曼宁公式计算洪峰流量为60 m3/s，重现期为50年一遇。

4.2 设计洪水

4.2.1 流域特征值 本河段流域特征值，流域面积(F)为17.3 km2，长(L)为15.12 km，流域形状(f)为0.075 7，平均坡降(J)为18.59‰，河道坡降(J1/3)为0.264 9。

4.2.2 工程河段洪水计算 设计流域无实测洪水系列资料，洪水计算采用“雨洪法”。计算中汇流参数、径流模数及设计洪水计算公式按《贵州省暴雨洪水计算实用手册》(小汇水流域部分)修订本选取，有关地理参数从1∶10 000地形图上量取。根据上述手册，设计流域汇流分区为I1区，汇流系数r取值范围0.32～0.36，本河段取值0.32；河流控制断面集雨面积小于25 km2，不考虑点面折减。当流域集雨面积为10 km2≤F<25 km2，洪水计算采用公式：

式中，QP为设计洪峰流量，以m3/s计；r为汇流系数，取值0.32；f为流域形状系数，f=F/L2；J、L分别为主河道坡降、河长，河长以km计；F为流域面积，以km2计；C为洪峰径流系数，1%～50%分别取0.74～0.48；H24 h为最大24 h设计暴雨，以mm计。

经计算，洪水重现期按50年一遇，雨洪法计算P=1%、2%、5%、10%、20%、50%频率时洪峰流量分别为75.7 m3、63.6 m3、47.2 m3、36.1 m3、26.1 m3和14.5 m3。

5 小结

小型河道在山区分布较广，其水生态环境的优良与否关系到临近大江大河的水生态。高原山区小型河道普遍分布较广且数量多，基本无水文气象观测站点，但对小型河道水生态的治理，往往需要计算治理河段的暴雨洪水，从而科学选择行洪断面尺寸。在无实测资料情况下，选择临近的水文气象观测站点作为参证站，结合本流域及省级暴雨资料，计算出历史洪水及设计洪水，为合理设计河道治理断面提供科学依据。