某支流设计洪水计算

李晓丽，贾俊杰

(1.山东新汇建设集团有限公司，山东 东营 257091；2.黄河上游水电开发有限责任公司，陕西 西安 710061)

1 概述

淄河在淄川区有峨庄支流、田庄支流、幸福支流、聚峰支流、黑山支流、余粮支流6条支流，总长56.51km，流域面积268.21km2。这6条支流属于季节性河流，位于淄川区东南部，发源于泰沂山北山区，山高坡短、源短流急，汛期洪水暴涨暴落，易形成洪涝灾害。

其中，田庄支流发源于张庄黄歧顶一带山区，流经梨峪口、田庄、张庄、双股峪、后香峪、前香峪、孙家庄等7个村后汇入太河水库，有9条小支流，一座小(一)型水库(田庄水库)，干流总长11.5km，流域面积52.33km2。2005—2008年对梨峪口村至孙家庄段进行治理。两岸砌石堤，治理长度5km。推求田庄支流10a一遇的流量，对于提高淄河河道防洪标准，保护淄川区的人民财产都有积极的意义。

田庄水库位于东南山区的田庄村西，梨峪口村的南面，是一座以防洪、灌溉为主，兼作养殖等综合利用的小(一)型水库，流域面积13km2，总库容125万m3，兴利库容100万m3，死库容10万m3，设计灌溉面积200hm2，保护下游田庄等村及政府驻地近3000人的防洪安全。水库原设计洪水标准50a一遇，校核洪水标准100a一遇，校核洪水位(P=1%)369m，设计洪水位(P=2%)368.45m，正常蓄水位366m。

2 田庄支流设计暴雨的分析计算

2.1 设计雨期

根据《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》，对于中小河流，设计雨期一般取24h即可满足设计要求。因此，田庄支流设计洪水计算中雨期取24h。[1]

2.2 设计暴雨计算

田庄支流流域内仅有张庄一处雨量站，实测最大24h暴雨196.1mm，量级不大。根据文献[2]，在周边选择资料系列长、观测质量好的太河水库和张庄雨量站资料，进行地区综合，确定设计暴雨。2个雨量站均为1971年设立，资料系列均在30a以上，满足规范要求。[3]

利用“山东省国家水文数据库系统”，[4]采用固定时段年最大值法，统计各站历年最大24h降雨量，采用皮尔逊Ⅲ型曲线，取Cs=3.5Cv，进行单站暴雨频率分析[5]。经地区综合确定流域最大24h点雨量均值83.0mm[6]，Cv值0.53，如图1所示，见表1。经计算，该流域10a一遇最大24h设计暴雨点雨量为141.1mm[7]。

3 设计断面与控制单元的划分

3.1 控制断面及单元划分

河道治理工程从治理段起点至终点各断面的面积是变化的，设计流量也应随着变化，为了合理反映河道设计流量的变化和工程设计的需要，应将治理河道划分多个计算断面。如有较大支流汇入，应在支流入口以下设计算断面。如果治理河段上游有中、小型水库等拦蓄工程，应将水库等拦蓄工程作为一个计算单元，分单元计算设计洪水。综上，将田庄支流分为2个控制断面：一个是田庄水库以上(包括田庄水库)、桩号7+203，另一个是张庄乡后圈村以下、桩号4+470，田庄支流出口断面0+000，共划分3个单元。

图1 田庄支流最大24h暴雨地区综合频率曲线

表1 最大24h暴雨分析成果表

3.2 各计算单元设计面雨量计算

各单元面雨量计算：用实测资料计算的田庄支流最大24h点雨量分别乘以各单元所对应的点面转换系数(点面换算系数见《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》附表2点面换算系数表)，即为各单元最大24h面雨量。各控制单元10a一遇设计面雨量计算成果见表2。

表2 田庄支流各单元10a一遇最大24h面雨量计算表

4 设计洪水的地区组成

根据《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》，在上游有水库等拦蓄工程的情况下，需分单元计算设计洪水，下游计算断面的设计洪水采用同频率地区组成法。因此，田庄支流治理河段设计洪水计算办法如下。

4.1 田庄支流全流域和区间设计洪水

首先计算田庄支流全流域10a一遇设计洪水及出口断面(0+000)至田庄水库(7+203)区间的10a一遇设计洪水。

4.2 田庄水库相应设计洪水

田庄水库10a一遇相应设计洪水计算公式为：

W1=W3-W2

(1)

R相应=W1/F1

(2)

式中，W1—田庄水库10a一遇相应设计洪量，m3；W2—出口断面至田庄水库下游区间设计洪量,m3；W3—全流域设计洪量,m3；R—田庄水库相应频率净雨深,m；F—田庄水库以上流域面积,m2。

4.3 田庄水库调洪演算

水库10a一遇相应设计洪水入库后，闸门全开，从堰顶高程开始起调，可求得水库10a一遇泄洪过程线[8]。调节计算时采用水量平衡原理进行调洪演算，基本公式为：

(3)

Q=f(V)或Q=f(H)

式中，I1、I2—时段始、末入流量，m3/s；Q1、Q2—时段始、末出流量，m3/s；V1、V2—时段始、末水库蓄水量，万m3/s；Δt—时段长，s；Q=f(V)—水库蓄水量与泄流量间的函数关系；Q=f(H)—水库水位与泄流量间的函数关系。

4.4 设计洪水过程线及设计流量

将田庄水库10a一遇洪水泄洪过程线错时段与下游河道10a一遇设计洪水过程线叠加，即可求得张庄乡后圈村及田庄支流出口断面10a一遇设计洪水过程线及设计流量。

5 设计暴雨日程及时程分配

5.1 设计雨型及其时段长

根据文献[9]及《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》确定一般山丘及山丘、平原混合区：

(4)

式中，M1—瞬时单位线参数；F—流域面积，km2；J—河道干流比降，‰；R—净雨量，mm；Tc—净雨历时，h；0.196—一般山丘区瞬时单位线参数，淄河流域田庄支流属于一般山丘区，故瞬时单位线参数取0.196即可。

田庄支流各单元10a一遇M1及设计雨型时段长汇总见表3。

表3 田庄支流各单元十年一遇M1及设计雨型时段长汇总

5.2 田庄支流的设计雨型表

田庄支流是淄河流域支流，属太沂山北。因此在进行洪水流量计算时应采用“太沂山北1小时雨型表”(《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》附表3- 3)。

根据各单元的设计雨型时段长，将各单元所对应的的1h雨型分配，按照文献[9]表7- 3“逐日净雨深各时段分配数”比例得出0.2和0.5h的“逐日净雨深各时段分配数”[10]。

6 用瞬时单位线法分析计算田庄支流各断面洪峰流量

6.1 降雨径流关系

各单元净雨计算采用《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》中“降雨径流关系H24面+Pa—R成果表”8号线查得，设计Pa=40mm。降雨径流关系成果见表4。

表4 田庄水库降雨径流关系表

再按各单元的“逐日净雨深各时段分配数”进行分配，即得田庄支流各单元10a一遇各时段净雨深。

6.2 基流的确定

依据文献[9]确定基流：基流的大小可以按照流域面积每100km2，基流为1m3/s计算。

6.3 汇流计算

根据各单元的M1值查文献[9]所对应的单位线流量，均乘以各单元面积F/10/100，再分别乘以各时段的净雨深，即得各时段净雨深所产生的流量过程。

将以上每一个单元各时段所产生的流量，错开时段，顺序叠加，然后再加上基流量，既得各单元10a一遇的洪水流量过程线。如图2—3所示。

图2 田庄支流第二单元10a一遇设计洪水过程线

图3 田庄支流出口断面10a一遇设计洪水过程线

田庄支流各断面设计洪峰流量成果见表5。

表5 田庄支流各断面设计洪峰流量成果

7 结语

通过以上计算，可确定田庄支流张庄乡后圈村断面(桩号4+497)10a一遇洪峰流量为195.61m3/s，田庄支流出口断面(桩号0+000)10a一遇洪峰流量为218.4m3/s，该结果可作为推算防洪规划中规划治理河段水面线推算的基础数据，但在工程设计中应结合实际情况及已用的工程资料进行复核。