浅析山丘平原圩区混合区小流域设计洪水计算

许 生 祁诣恒 宋 强 杨青森

（1.宿迁市水务勘测设计研究有限公司 宿迁 223800 2.江苏省骆运水利工程管理处 宿迁 223800）

近年来，我国水利工程建设成效显著，大江大河防洪能力显著提升。然而，目前防洪体系存在的短板和薄弱环节不容忽视，特别是中小河流防洪标准较低已经成为防汛抗洪的凸出“短板”。中小河流流域面积虽小，但地形地貌复杂、汇流快，防洪难度很大，对区域防洪安全构成严重威胁，加强中小河流治理势在必行。

1 流域概况

安东河是淮河水系洪泽湖周边地区的骨干排涝河道，河道起于太皇河南堤，向南通过泗河地涵，之后向东至三岔河，与徐洪河并行成二河三堤，在顾勒河口入洪泽湖，河道全长49.97km，流域面积351.33km²，其中平原154.94km²，岗地58.75km²，圩区137.64km²，主要支流有小鲍河、王沟河、太平河等。

2 设计洪水分析

由于安东河流域缺少实测流量资料，拟采用暴雨资料推求设计洪水，按照暴雨洪水形成的过程，设计洪水推求分设计暴雨、设计净雨、设计洪水三步进行。

2.1 设计暴雨分析

设计暴雨采用流域中心泗洪站1957—2011年共55年实测降雨资料，用经验频率初估统计参数，采用P-III 型曲线进行拟合，求得不同频率下的最大一日和最大三日雨量。

最大一日设计暴雨：均值97.16mm，Cv=0.46，Cs=3.5Cv，采用目估适线法，考虑工程安全，通过调整Cv值，使得频率曲线兼顾雨量较大值，同时保证采样点沿曲线两侧均匀分布，经过调整，取Cv=0.5，Cs=3.5Cv。

最大三日设计暴雨：均值133.55mm，Cv=0.52，Cs=3.5Cv，采用目估适线法，考虑工程安全，通过调整Cv值，使得频率曲线兼顾雨量较大值，同时保证采样点沿曲线两侧均匀分布，经过调整，取Cv=0.55，Cs=3.5Cv。

根据暴雨均值Ex、偏态系数Cs、变差系数Cv，推算点设计暴雨，再根据《江苏省暴雨洪水图集》查各历时点面折算系数K，推求面设计暴雨。

2.2 设计净雨分析

安东河流域根据产流特性分为山丘平原区和圩区，面积分别为213.69km²、137.64km²。根据产流特性不同，按照山丘平原区、圩区分别计算。

2.2.1 山丘平原区

根据山丘平原区地类现状，将下垫面分为旱地（68.5%）、水稻田（24%）、坑塘（7.5%），根据各下垫面的特征、所占比例及不同的产流规律，分别进行产流分析，将各类下垫面的净雨成果根据面积比例加权平均后得到综合净雨。根据《江苏省水文手册》《江苏省暴雨洪水图集》对设计净雨进行时程分配。

2.2.2 圩区

根据圩区地类现状，将圩区下垫面分为旱地（32%）、水稻田（60%）、坑塘（8%），根据各下垫面的特征、所占比例及不同的产流规律，分别进行产流分析，将各类下垫面的净雨成果根据面积比例加权平均后得到综合净雨。

2.3 设计洪水分析

2.3.1 山丘平原区

（1）方法一：山丘、平原分别单独计算

①山丘区流量

采用瞬时单位线法。根据《江苏省暴雨洪水图集》，苏北山丘区m1=2.4（F/J）0.28。山丘区降雨采用24h 暴雨，取m2=1/3 查山丘区瞬时单位线与2h单位线关系表，得出2h 瞬时单位线，用面净雨过程卷积得山丘区设计洪峰及设计流量过程线。

水库调蓄。流域内山丘区共有路口（0.88km²）、丁岗（1.87km²）2 座水库，均为小型水库，总集水面积2.75km²。根据水库自身的汇水面积和所在流域的集水面积，计算水库对洪水峰值的调节作用。设水库的综合调节系数为Kk=0.5，削峰系数Ku计算公式如下：

Ku=1-（1-Kk）×Fk/F

式中：Fk—小水库控制的面积；

F—汇流面积。

调整后的最大洪峰流量Q山丘=Ku×Q山丘'。

②平原区流量

采用瞬时单位线法。根据《江苏省暴雨洪水图集》，苏北平原区：m1=2.94（F/J）0.35，由于计算中m1值超出2h 单位线关系表上限值，因此采用3d 暴雨。取m2=1/2 查平原区瞬时单位线与6h 单位线关系表，得出6h 瞬时单位线，用面净雨过程卷积得平原区设计洪峰及设计流量过程线。

平原区削峰。安东河平原区为农区，考虑允许地表滞水24h，根据m1值，查《江苏省暴雨洪水图集》进行削峰，得到平原区设计流量。

③山丘平原区设计流量

山丘平原区设计流量根据前述得到的山丘和平原流量叠加得出。

经计算，安东河闸处山丘平原区10年一遇流量290.9m³/s，20年一遇流量407.1m³/s。

（2）方法二：山丘平原作为混合区计算

采用瞬时单位线法。根据《江苏省暴雨洪水图集》，苏北山丘、平原混合区参数m1计算公式：当P=10%时，m1=4.3（F/J）0.28；当P=5%时，m1=3.2（F/J）0.28。山丘平原混合区降雨采用24h 暴雨。取m2=1/3 查山丘区瞬时单位线与2h 单位线关系表，得出2h 瞬时单位线，用面净雨过程卷积得山丘平原混合区设计洪峰及设计流量过程线。

采用平原区削峰。考虑允许地表滞水为24h，根据m1值，查《江苏省暴雨洪水图集》进行削峰，得到混合区削峰流量。

经计算，安东河闸处山丘平原区10年一遇流量213.5m³/s，20年一遇流量352.1m³/s。

（3）流量成果分析及选用

将两种方法计算的设计流量成果与已有的《泗洪县安东河节制闸除险加固工程初步设计》成果进行对比，见表1。

表1 两种方法设计流量对比表（单位：m3/s）

根据分析可知，方法一山丘、平原区单独计算，没有考虑山丘、平原区汇流的相互影响，流量成果较大，比《安东河闸初设》水文计算成果大26%～35%。方法二采用混合区进行计算，考虑了山丘、平原区汇流的相互影响，成果更科学合理，与《安东河闸初设》水文计算成果误差在10%以内。考虑河道水文成果一致性，山丘平原区设计流量采用方法二计算成果。

2.3.2 圩区流量

圩区设计流量，按照10年一遇一日暴雨两日排出，每天开机20h 进行计算。

（1）抽排模数

圩区排涝模数计算公式为：

式中：M—设计排涝模数，m³/s/km²；

R—设计净雨量，mm；

T—排涝历时，d；

t—泵站在1d 内的运行时间，h。

（2）抽排流量

Q圩=M×F圩

式中：Q圩—圩区设计流量，m³/s；

M—排涝模数，因圩区抽排能力所限，20年一遇排涝模数同10年一遇排涝模数；

F圩—圩区面积，km²。

各节点圩区流量见表2。

表2 安东河设计流量成果表

2.3.3 设计流量成果

综上所述，安东河流域各节点不同频率设计流量按下式进行叠加：

Q设计10%=Q混合10%+Q圩区10%

Q设计5%=Q混合5%+Q圩区10%

安东河设计流量成果详见表2。

3 结语

本文通过采用设计暴雨推求安东河设计洪水，设计洪水计算过程中，分别采用山丘、平原单独计算和将山丘、平原作为混合区计算两种方法推算安东河设计洪水成果，并与已有的水文成果进行对比分析，最终得到安东河20年一遇设计流量为452.6m³/s，为安东河河道治理提供了理论依据，同时也为类似河道设计洪水分析提供参考■