陳 茜

(遼寧省水文水資源勘測(cè)局遼陽分局，遼寧遼陽111000)

1 概述

遼寧省燈塔市東部為山區(qū)，西部為平原，河流多屬山溪性河流，在這些小流域上沒有設(shè)立水文觀測(cè)站。而隨著人民生活水平的提高水利工程及環(huán)境工程也逐漸向鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，這些地方缺少水文資料。采用經(jīng)驗(yàn)公式是一種方法。但由于是無實(shí)測(cè)的水文資料。所以應(yīng)多種方法進(jìn)行校正，以下是我們?cè)趯?shí)際工作中采用洪水調(diào)查及分析借用鄰近有水文資料的流域進(jìn)行洪水計(jì)算的一種方法的探討。

葛西河是流經(jīng)燈塔中心城區(qū)的唯一河流，是燈塔新城重點(diǎn)建設(shè)的濱水景觀帶。為了緩解景觀帶交通壓力，計(jì)劃在葛西河上修建一座跨河大橋，同時(shí)加高堤壩，需推求5 a、100 a一遇的洪峰流量和設(shè)計(jì)水位。

2 基本情況

2.1 流域概況

葛西河是北沙河的支流，發(fā)源于燈塔市鏵子鎮(zhèn)榮官屯村和西大窯鄉(xiāng)茨山村東溝。在西馬峰鎮(zhèn)后葛針泡村西高麗荒與幸福河匯流入北沙河。河長(zhǎng)32 km，流域面積124 km2。河道比降較大，流急彎多，堤窄，是防洪險(xiǎn)工重點(diǎn)地段［1］。

2.2 水文氣象

由于特定地理位置及季風(fēng)氣候影響，流域內(nèi)降水量四季變化明顯，年內(nèi)分配很不均勻。冬季受冷高壓控制，寒冷雪少，歷時(shí)較長(zhǎng);春季冷高壓開始北撤，東南季風(fēng)入侵較晚，一般6月份才進(jìn)入雨季，7—8月份為降雨全盛時(shí)期。受臺(tái)風(fēng)、氣旋等天氣系統(tǒng)影響，較大降水過程一般集中在3 d以內(nèi)，而且多以暴雨形式出現(xiàn)。最大3 d雨量一般約占年量的15%左右。多年平均年降水量720.8 mm，日最大降雨量156.9 mm。

3 暴雨洪水特性

3.1 暴雨特性

葛西河發(fā)生暴雨的天氣系統(tǒng)主要有華北氣旋、低壓冷鋒、江淮氣旋、高空槽、臺(tái)風(fēng)等。這類天氣系統(tǒng)暴雨一般可連續(xù)2～3 d，雨型呈東北西南向或西南西到東北東帶狀分布，由于雨量大籠罩面積亦大，故葛西河發(fā)生特大暴雨時(shí)，相鄰的渾河、太子河都有發(fā)生。發(fā)生洪水的暴雨日期和洪水日期基本一致，兩者多出現(xiàn)于7、8兩月，約占全年的85% ～95%;其中又以7月下旬、8月上旬為最多，約占全年的56%［2］。

3.2 洪水特性

葛西河洪水過程線的形狀一般為單峰類型，洪水歷時(shí)較短。根據(jù)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)，單峰洪水歷時(shí)最短1、2 d，相應(yīng)暴雨為1 d左右，最長(zhǎng) 3、4 d，相應(yīng)暴雨為2、3 d，一般洪水歷時(shí)一般為2 d左右。連續(xù)兩次洪水為6 d左右，兩次降雨間隔約4 d。

4 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)區(qū)域位于葛西河中上游，其設(shè)計(jì)洪峰流量根據(jù)《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》推求。通過洪水調(diào)查，采用曼寧公式法計(jì)算歷史洪水洪峰流量，水位流量關(guān)系。設(shè)計(jì)洪水位的推求，采用水面曲線法推求各斷面的洪水位，水位流量關(guān)系對(duì)設(shè)計(jì)洪水水面線進(jìn)行驗(yàn)證分析確定設(shè)計(jì)洪水水面線。設(shè)計(jì)區(qū)域處水面坡度，參照實(shí)測(cè)河道縱斷面及歷史洪水水面曲線確定。設(shè)計(jì)區(qū)域河床正斷面，采用斷面測(cè)量成果確定［3］。

5 設(shè)計(jì)斷面流量

5.1 設(shè)計(jì)洪水流量

設(shè)計(jì)洪水流量，采用先推求設(shè)計(jì)暴雨值，然后推求設(shè)計(jì)洪水的方法。

采用《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》中推求方法，根據(jù)不同歷時(shí)的暴雨等值線圖，查出區(qū)間的1 h、6 h、24 h、72 h的暴雨均值、Cv值、暴雨指數(shù)，Cs采用3.5倍Cv。按下式計(jì)算出設(shè)計(jì)暴雨值，見表1。

同樣，根據(jù)下列公式計(jì)算出1 h、6 h、24 h、72 h、的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量。

式中:Ptp為設(shè)計(jì)歷時(shí)暴雨值;n1p、n2p為暴雨折減系數(shù)。

表1 設(shè)計(jì)區(qū)域24 h最大暴雨量表 mm

求出設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨后，然后進(jìn)行時(shí)面深分析，把其轉(zhuǎn)換成面暴雨量，見表2。100 a、5 a一遇洪峰流量的計(jì)算公式為:

表2 葛西河設(shè)計(jì)區(qū)域各斷面設(shè)計(jì)流量 m3/s

5.2 設(shè)計(jì)洪峰流量合理性分析

葛西河兆麟東路橋址斷面位于葛西河支流上，設(shè)計(jì)斷面控制面積為16.5 km2。經(jīng)過水文分析計(jì)算，葛西河兆麟東路設(shè)計(jì)斷面處設(shè)計(jì)洪水過程線圖，見圖1。

最后確定葛西河兆麟東路橋址斷面100 a一遇、5 a一遇流量分別為166 m3/s、40.0 m3/s。

圖1 葛西河兆麟東路橋址斷面設(shè)計(jì)洪水過程線

5.3 設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算

采用曼寧公式計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位。已知曼寧公式為:

首先假定不同的水位，根據(jù)各水位級(jí)相應(yīng)的面積、水力半徑、糙率及水面比降推求相應(yīng)的流量，然后建立兆麟水位～流量關(guān)系曲線，見圖2。

圖2 斷面水位～流量關(guān)系曲線圖

通過計(jì)算，兆麟東路橋址處斷面100 a、5 a一遇設(shè)計(jì)洪水流量，見表3。

表3 100 a、5 a一遇設(shè)計(jì)洪水流量

用此流量在水位～流量關(guān)系線上查得相應(yīng)的水位。即兆麟東路橋址斷面100 a、5 a一遇設(shè)計(jì)洪水位，見表4。

表4 100 a、5 a一遇設(shè)計(jì)洪水位

5.4 糙率的選擇

糙率的選定主要是參考《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》第一冊(cè)，《遼寧省水文手冊(cè)》并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查勘，根據(jù)河槽的組成，考慮河槽橫斷面變化、障礙物影響及現(xiàn)有植被、植物等影響后確定。并采用《遼寧省洪水調(diào)查資料》對(duì)選定的糙率加以認(rèn)證。糙率值選用0.02～0.04。

5.5 水面坡降的確定

水面坡降參照兆麟東路橋址斷面處河道比降及1995年洪水水面線確定。通過實(shí)地測(cè)量，設(shè)計(jì)區(qū)域處河道縱比降為0.464‰，1995年洪水水面比降為0.360‰。結(jié)合河道縱比降及1995年洪水水面線，最終確定設(shè)計(jì)區(qū)域的水面比降為0.400‰。

5.6 洪水水面線推求設(shè)計(jì)水位

洪水水面線的計(jì)算就是從某控制斷面的已知水位開始，根據(jù)有關(guān)水文和地形資料，運(yùn)用水面曲線基本方程式，逐河段推算其它斷面的水位。基本方程式為:

式中:Z1為下斷面的水位高程;Z2為上斷面的水位高程;hf為上下斷面沿程水頭損失;hj為上下斷面局部水頭損失;v1為下斷面的流速;v2為上斷面的流速;a為動(dòng)能修正系數(shù)。

通過對(duì)設(shè)計(jì)洪水水面線與歷史洪水水面線比較分析，設(shè)計(jì)洪水水面線的水面坡降與歷史洪水水面線水面坡降走勢(shì)一致，因而說明推求的水面線是合理的。經(jīng)計(jì)算，兆麟東路橋址處斷面設(shè)計(jì)洪水位見表5。

表5 兆麟東路橋址處斷面設(shè)計(jì)洪水位表

5.7 歷史洪水校驗(yàn)

采用1985年、1995年、2010年洪水對(duì)上述水位～流量關(guān)系曲線進(jìn)行校驗(yàn)。通過調(diào)查洪痕，1985年、1995年、2010年葛西河兆麟東路橋址斷面附近水位分別為32.34 m、32.65 m、30.35 m，通過曼寧公式計(jì)算1985年、1995年、2010年流量分別為90.9 m3/s、133 m3/s、33.4 m3/s。由所定水位～流量關(guān)系曲線查得流量為92.0 m3/s、134 m3/s、31.3 m3/s。

通過以上對(duì)比分析，用曼寧公式推求的洪水水位與歷史洪水調(diào)查水位基本一致，可以用該水位～流量關(guān)系曲線推算100 a、5 a一遇設(shè)計(jì)洪水水位。

即葛西河兆麟東路橋址斷面處100 a一遇、5 a一遇設(shè)計(jì)洪水位分別為32.86 m、30.78 m。

6 結(jié)語

為保證計(jì)算成果的質(zhì)量，在實(shí)際工作中，應(yīng)充分利用一切資料信息，采用多種計(jì)算方法，以互相驗(yàn)證互為補(bǔ)充，最后按“多種方法，綜合分析，合理選定”的原則計(jì)算成果。

［1］曹世惠，柏紹光.由實(shí)測(cè)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水方法的探討［J］. 水文，2002，22(01):38-40.

［2］王好，管延海.無資料地區(qū)推求小流域設(shè)計(jì)洪水的探討［J］. 吉林水利，2011(11):37-40.

［3］陶新紅.無實(shí)測(cè)資料小流域推求設(shè)計(jì)洪水探討［J］.河南水利與南水北調(diào)，2010(08):19-20.