考虑天河水库影响的黑河设计洪水参数分析

申妍斌

(山西万水达工程技术咨询有限公司，山西 临汾 041000)

设计洪水参数是影响河道治理工程设计的重要因素，合理选取设计洪水参数，可提高河道治理效果，降低工程建设投资，具有十分重要的意义。设计洪水参数确定是一个复杂的过程，需要结合上游既有水利工程的运行调度进行综合选取[1-3]。

1 工程概况

黑河曲沃段河道治理工程位于黑河干流上，黑河发源于绛县，是浍河的一级支流，流经么里、安裕、南樊等乡镇，至曲沃县下裴庄汇入浍河，黑河总长65.6km，河道上陡下缓。在黑河口上游500m处，有浍河二级支流天河汇入。黑河总流域面积383.54km2，其中在曲沃县境内全长10.1km，流域面积39.34km2。该河流属季节性河流，汛期易爆发洪水，由于流经土石山区，河床相对稳定。流域地处中条山东段中低山区，河谷发育，呈“V”字形，汛期大量泥石随水而下，在山前形成开阔的洪积扇地形，地下水量较为丰富[4-5]。

黑河河道治理范围为：北董乡北下郇村至下裴庄天河桥，总长7.103km，中心桩号0+000—7+103。主要工程建设内容为：①河道清理疏浚7.103km；②两岸堤防修筑14.324km，新建堤防采用重力式浆砌石挡墙结构，其中：左岸7.237km，右岸7.087km；③新建漫水桥3座。

2 天河入黑河口黑河上游断面设计洪水

因里册峪支流上已建有里册峪水库，故天河入黑河口黑河上游断面设计洪水必须进行洪水地区组成。因流域范围内没有水文测站，属无资料地区，洪水计算采用《山西省水文计算手册》(以后简称《手册》)中流域模型法和推理公式法，然后对计算成果进行合理性分析比较。

2.1 流域特征参数

流域特征参数见表1。

表1 流域特征参数

2.2 各流域洪水计算

根据流域位置、气候条件、流域地质、地貌、植被等条件，查《手册》相关内容，本流域暴雨分区为中区；另根据晋水办规计[2012]37号文，各流域产汇流地类见表2。根据流域中心位置，查《手册》附图，各种历时暴雨统计特征值见表3。

表2 流域产汇流地类

表3 各种历时暴雨统计特征值

各流域洪水按照《手册》中介绍的流域水文模型法和推理公式法，采用水文计算软件程序进行面暴雨、产流及汇流计算，经过比较，最后采用流域水文模型法，结果见表4。

表4 洪水计算结果

表5 洪水地区组成

2.3 洪水地区组成

根据洪量按同频率法进行洪水地区组成分析，按以下两种情况进行。

2.3.1第一种情况洪水地区组成

假定里册峪水库流域与天河入黑河口以上黑河流域设计断面发生同频率(10%)洪水，区间流域相应，则区间相应洪量W区间流域相应=W天河入黑河口以上黑河流域-W里册峪水库流域

将区间10%的洪水过程按W区间流域相应/W区间流域=543.9/582.6=0.9的倍比进行缩放，即得区间流域相应洪水。将区间流域相应洪水过程与里册峪水库调洪后的下泄洪水过程叠加，即得天河入黑河口黑河上游断面10%洪水过程线。

里册峪水库泄量采用《绛县里册峪水库除险加固工程初步设计报告》(2010年11月)的调洪计算参数进行调洪计算，起调水位753.54m，水位—泄量—库容曲线关系如图1所示。因里册峪水库至天河入黑河口之间河道距离约27.3km，洪水传播速度取4.76m/s，故里册峪水库泄水过程滞后1.5h后与区间流域相应洪水过程进行叠加，结果如图2所示。

图1 里册峪水库水位—泄量—库容关系曲线

图2 天河入黑河口黑河上游断面10年一遇洪水过程线

2.3.2第二种情况洪水地区组成

假定区间流域与天河入黑河口以上黑河流域设计断面发生同频率(10%)洪水，里册峪水库流域相应，则里册峪水库相应洪量W里册峪水库流域相应=W天河入黑河口以上黑河流域-W区间流域。

将里册峪水库10%的洪水过程按W里册峪水库流域相应/W里册峪水库洪水的倍比进行缩放，并进行调洪计算，求得里册峪水库相应洪水下泄过程线，然后将里册峪水库相应洪水下泄过程滞后1.5h与区间洪水过程进行叠加，即得天河入黑河口黑河上游设计断面10年一遇洪水过程线。如图2所示。

比较上述两种情况的洪水地区组成，第一种情况洪水地区组成得天河入黑河口黑河上游断面10年一遇设计洪峰流量365.4m3/s，第二种情况洪水地区组成得设计断面洪峰流量359.4m3/s，第一种情况洪水地区组成计算结果大于第二种情况洪水地区组成计算结果，故天河入黑河口黑河上游断面10年一遇设计洪水采用第一种情况洪水地区组成。即天河入黑河口黑河上游断面10年一遇设计洪峰流量采用365.4m3/s。

3 天河入黑河口黑河下游断面设计洪水

天河入黑河口黑河下游断面设计洪水分两步骤计算：第一步计算天河水库泄水过程，因天河上游建有溢沟水库，须进行洪水地区组成；第二步将天河水库泄水与天河入黑河口黑河上游断面洪水叠加，即为天河入黑河口黑河下游断面洪水，此处天河支流与天河入黑河口黑河上游洪水亦须要进行洪水地区组成分析[6-7]。

3.1 天河水库10年一遇设计洪水泄水过程

3.1.1天河水库10年一遇设计洪水

表6 洪水计算结果

天河水库10年一遇设计洪水采用以下两种情况进行洪水地区组成。

(1)第一种情况洪水地区组成

假定区间流域与天河水库设计断面发生同频率洪水，溢沟水库流域相应，则溢沟水库流域相应洪量为W溢沟水库流域相应=W天河全流域-W区间流域，见表7。

表7 洪水地区组成

将溢沟水库10%的洪水过程按W溢沟水库相应/W溢沟水库=85/108.8=0.78的倍比进行缩放，得溢沟水库相应洪水过程，然后将溢沟水库相应洪水过程调洪，得溢沟水库相应洪水下泄过程，将该下泄过程与区间流域10%洪水过程叠加即得天河水库10%入库洪水过程。

溢沟水库泄水采用原溢沟水库除险加固设计中采用方案的调洪计算参数进行调洪计算，起调水位550.95m，水位—泄量—库容曲线关系如图3所示。因溢沟水库至天河水库之间河道距离仅5km，因此，在计算天河水库10年一遇设计洪水时，未考虑溢沟水库下泄洪水至天河水库之间的洪水传播时间，溢沟水库下泄洪水过程直接与区间洪水过程叠加，即得天河水库10%入库洪水过程，结果如图4所示。

图3 溢沟水库水位—泄量—库容关系

(2)第二种情况洪水地区组成

假定溢沟水库流域与天河水库设计断面发生同频率洪水，区间流域相应，则区间流域相应洪水W区间流域相应=W天河全流域-W溢沟水库流域，见表7。

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将区间流域10%的洪水按W区间流域相应/W区间洪水=156.7/180.5=0.87的倍比进行缩放，得区间流域相应洪水过程线，洪峰流量为215.6m3/s。溢沟水库10年一遇设计洪水采用原调洪参数进行调洪计算，得溢沟水库泄水过程线，溢沟水库泄水峰值为77.8m3/s，然后将溢沟水库泄水过程不考虑洪水传播时间与区间相应洪水过程进行叠加，得天河水库10%入库洪水过程，其洪峰流量为293.4m3/s。

分析上述两种情况洪水地区组成，第一种情况洪水地区组成得天河水库设计断面10%洪峰流量307.89m3/s，第二种情况洪水地区组成得天河水库设计断面10%洪峰流量293.4m3/s，第一种情况洪水地区组成计算结果大于第二种情况洪水地区组成计算结果，故天河水库设计断面10年一遇设计洪水采用第一种情况洪水地区组成。

3.1.2天河水库10年一遇设计洪水泄水过程

天河水库库容曲线及泄量曲线采用天河水库除险加固技施报告中的调洪计算参数进行调洪计算，起调水位465.5m，水位—泄量—库容曲线关系如图5所示。

图5 天河水库水位—泄量—库容曲线关系

3.2 天河入黑河口下游断面以上全流域洪水

3.2.1第一种情况洪水地区组成

假定天河入黑河口黑河上游流域与设计断面发生同频率洪水，天河支流相应。则天河支流相应洪量为：W天河支流相应=W全流域-W天河入黑河口黑河上游流域，见表8。

表8 洪水地区组成

将天河水库10%设计洪水泄水过程按W天河支流相应/W天河支流=114.4/265.5=0.431的倍比进行缩放，得天河支流相应洪水过程，然后将天河支流相应洪水过程与天河入黑河口黑河上游断面控制流域洪水过程叠加，即得天河入黑河口黑河下游断面10%洪水过程。

3.2.2第二种情况洪水地区组成

假定天河支流与设计断面发生同频率洪水，天河入黑河口黑河上游流域相应，则天河入黑河口黑河上游断面控制流域相应洪量为：则W天河入黑河口黑河上游断面控制流域相应=W天河入黑河口下游断面以上全流域-W天河支流流域，见表8。

将天河入黑河口黑河上游流域10%洪水过程按W天河入黑河口黑河上游断面控制流域相应/W天河入黑河口黑河上游断面控制流域=619.1/770.2=0.804的倍比缩放，得天河入黑河口黑河上游流域相应洪水过程，然后将该相应洪水过程与天河水库泄水(10%)过程叠加，即得天河入黑河口黑河下游断面10%洪水过程。

因天河水库至天河入黑河口约0.5km，故天河水库泄水与天河入黑河口黑河上游洪水叠加未计洪水传播时间，直接叠加，取其洪峰流量大的作为本次设计成果。比较以上两种情况洪水地区组成，第二种情况洪水地区组成结果较大，故取用第二种情况洪水地区组成结果计算的天河入黑河口黑河下游断面10%洪水过程，结果如图6所示。

图6 天河入黑河口黑河下游断面设计洪水过程线

由图6可知，天河入黑河口黑河下游断面设计洪峰流量为534.2m3/s。

4 结语

为了选取合适的设计洪水参数，为黑河治理工程设计提供参考。通过调查、收集资料，黑河治理段主要受里册峪水库、天河水库等已建设水利工程影响，在设计洪水参数确定时，需要充分考虑水库运行调度的影响，经分析，天河入黑河口黑河上游断面10年一遇设计洪峰流量采用365.4m3/s，天河入黑河口黑河下游断面设计洪峰流量为534.2m3/s。

河道治理的水文确定对河道治理具有重要意义，由于流域范围内没有水文测站，属无资料地区，洪水计算采用《山西省水文计算手册》中流域模型法和推理公式法，因此在实施河道治理过程中应再次进行复合，保障河道治理水文参数的合理性。