宿 賓

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024）

1 工程概況

端氏河流域整治河道共為5段，分別是柿莊鄉(xiāng)河道治理段、應(yīng)郭河道治理段、固縣鄉(xiāng)河道治理段、金峰河道治理段、端氏鎮(zhèn)河道治理段，工程項(xiàng)目主要包括新建堤防工程、舊堤維修加固工程、維持現(xiàn)狀堤防、防護(hù)工程、河道清淤工程五部分。

2 工程建設(shè)的必要性

項(xiàng)目區(qū)分別位于端氏河流域內(nèi)的柿莊、應(yīng)郭、固縣、金峰、端氏五個(gè)鄉(xiāng)（村）鎮(zhèn)。治理實(shí)施的目的主要為了保護(hù)各治理段范圍內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)關(guān)、人口以及耕地的防洪安全。

端氏河流域內(nèi)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道現(xiàn)狀根本無法滿足防洪要求，垃圾隨意傾倒，河床挖沙情況猖獗，河道沿線生態(tài)環(huán)境逐步惡化。為了保證人民生命財(cái)產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，改善河道生態(tài)環(huán)境，確保防洪安全，對(duì)端氏河進(jìn)行河道治理是十分必要的。

3 流域概況

端氏河[1]為沁河的一級(jí)支流，位于沁水縣城東部，發(fā)源于柿莊鎮(zhèn)秋峪嶺西麓大麻地溝內(nèi)。上游為柿莊河和十里河，兩河在固縣鄉(xiāng)固縣村北匯合后稱端氏河。流域內(nèi)有兩條主要支流十里河支流和胡底河支流。端氏河由東北向西南流經(jīng)柿莊、十里、固縣、樊莊、胡底、端氏6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在端氏鎮(zhèn)小河西匯入沁河，水系形態(tài)為羽毛狀。

端氏河屬山區(qū)季節(jié)性河流，控制流域面積781km2，干流長度56km，主河道平均縱坡10.2‰，河道糙率為0.04左右。

4 洪水計(jì)算

端氏河流域?qū)贌o資料地區(qū)，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用2011年3月編制的《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》）[2]中的方法進(jìn)行計(jì)算，此外，以臨近沁水河相似流域油房水文站作為參證站進(jìn)行分析，最后根據(jù)其計(jì)算結(jié)果結(jié)合歷史調(diào)查洪水，綜合分析確定采用值。

4.1 油坊水文站設(shè)計(jì)洪水

4.1.1 歷史洪水

根據(jù)《山西省歷史洪水調(diào)查成果》[3]成果，端氏河歷史洪水場(chǎng)次、基本情況見表1。

表1 歷史調(diào)查洪水基本情況表

4.1.2 油房站洪水

1）歷史洪水及重現(xiàn)期的確定：油房站收集到1918年和1982年共二場(chǎng)歷史洪水。本次根據(jù)山西省水文水資源勘測(cè)局（原山西省水文總站）和沁水縣水利局1982年11月共同編制的《山西省沁水縣82802洪水調(diào)查成果》中分析成果，1918年洪水洪峰流量為1110 m3/s，認(rèn)為是近百年來首位；1982年洪水洪峰流量為1950 m3/s，重現(xiàn)期約為280年。

2）設(shè)計(jì)洪水系列：本次收集到油房水文站1963-2006年的實(shí)測(cè)洪峰流量，共44年系列。

3）頻率分析：根據(jù)以上實(shí)測(cè)系列，加入歷史調(diào)查洪峰值，采用P—Ⅲ型曲線[4]，進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水頻率分析，其中1982年洪水作為特大值處理，頻率分析見圖1。設(shè)計(jì)洪水流量成果見表2。

圖1 油房站洪峰流量頻率曲線圖

表2 油房站頻率分析洪水成果表

4.2 設(shè)計(jì)斷面洪水

4.2.1 水文比擬法

端氏河流域與沁水河流域地理位置靠近，處于同一個(gè)水文分區(qū)，下墊面條件相似，地貌特征、植被類同。因此，將沁水河流域油房水文站作為參證站，采用該站設(shè)計(jì)洪水，按面積比指數(shù)法推求各斷面設(shè)計(jì)洪水。公式如下：

式中：Q設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

Q油房——油房站設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

F設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)斷面處流域面積，km2；

F油房——油房站流域面積，km2；

n——面積指數(shù)，取0.5。

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

4.2.2 《手冊(cè)》法

1）流域特征參數(shù)：設(shè)計(jì)洪水按無資料地區(qū)考慮，流域特征參數(shù)包括流域的面積、主河道長、平均寬度、平均坡度、產(chǎn)匯流地類[5]等。洪水計(jì)算特征參數(shù)見表4。

表4 流域特征參數(shù)表

2）設(shè)計(jì)暴雨：根據(jù)各支流控制流域面積大小及暴雨參數(shù)等值線通過流域的實(shí)際情況，按《手冊(cè)》表6.6.1選取定點(diǎn)，量算出各定點(diǎn)控制面積占流域面積的權(quán)重系數(shù)，從暴雨等值線圖上查得各支流流域形心處不同歷時(shí)的暴雨均值及Cv值，按Hp=Kp計(jì)算出不同頻率的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量。計(jì)算面雨量初值，求解暴雨公式參數(shù)，得出設(shè)計(jì)面雨量，進(jìn)行時(shí)程分配，計(jì)算出主雨歷時(shí)tz和主雨雨量HP（tz）。結(jié)果見表5。

表5 主雨歷時(shí)及主雨雨量計(jì)算表 單位：mm，h

3）流域產(chǎn)流計(jì)算：根據(jù)各支流流域下墊面條件，由《手冊(cè)》表7.3.1.2查出和 ，即砂頁巖森林山地 Sr，A=23.0和Ks，A=1.50、砂頁巖灌叢山地Sr，A=18.0和Ks，A=1.20。表7.3.1.1查得流域持水度B0，p=0.5，計(jì)算可能損失、凈雨深、產(chǎn)流歷時(shí)、損失率和凈雨過程分配。

4）流域匯流計(jì)算：匯流計(jì)算采用《手冊(cè)》中推薦的綜合瞬時(shí)單位線法和推理公式法進(jìn)行計(jì)算。

（1）綜合瞬時(shí)單位線：納什瞬時(shí)單位線將流域匯流過程假設(shè)為由n個(gè)等效線性水庫串聯(lián)體對(duì)水流的調(diào)蓄過程。把瞬時(shí)作用于流域上的單位凈雨水體在流域出口斷面形成的時(shí)間概率密度分布曲線稱為瞬時(shí)匯流曲線，量綱為1/［T］。把單位凈雨乘以瞬時(shí)匯流曲線稱為瞬時(shí)單位線。

在計(jì)算過程中，匯流地類為灌叢山地、森林山地，β1，β2，α為經(jīng)驗(yàn)性指數(shù)，分別取為0.047、0.190、0.397；C1為復(fù)合地類匯流參數(shù)，分別取為1.257、1.046；C2為單地類匯流參數(shù)，分別取為1.53、0.717；計(jì)算結(jié)果見表6。

（2）推理公式法：最大流量Qm計(jì)算采用數(shù)值法。單一地類匯流參數(shù)m取值，灌叢山地為0.15、森林山地為0.08，計(jì)算結(jié)果見表6。

4.3 設(shè)計(jì)洪水成果的采用

各設(shè)計(jì)斷面不同方法的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果列于表6。

從表6可以看出，水文比擬法和《手冊(cè)》法計(jì)算成果有一定差別，但不是很大。沁水河流域與端氏河流域地理位置靠近，屬同一個(gè)水文分區(qū)，且流域內(nèi)下墊面條件一致，植被類同；其次，油房水文站有1963～2006年實(shí)測(cè)洪峰流量資料，計(jì)算精度較高；第三，結(jié)合歷史調(diào)查洪水分析，端氏河2007年調(diào)查洪水560 m3/s與水文比擬法計(jì)算的P=10%設(shè)計(jì)洪峰流量589m3/s基本一致。

綜合考慮，本次設(shè)計(jì)洪水成果采用水文比擬法計(jì)算結(jié)果較為合理。

5 結(jié)語

本次洪水計(jì)算采用了無資料地區(qū)《手冊(cè)》中的計(jì)算方法，及參考相近流域的油坊水文站的洪峰流量，經(jīng)過對(duì)比，采用水文比擬法計(jì)算結(jié)果。

端氏河河道治理后，可以提高沿河兩岸城鎮(zhèn)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，更好地保護(hù)村莊及耕地，減免沿河兩岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。

表6 端氏河各斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

［1］李英明，潘軍峰.山西河流［M］.北京:科學(xué)出版社.2004:435-439.

［2］山西省水利廳.山西省水文計(jì)算手冊(cè)［M］.鄭州:黃河水利出版社.2011.

［3］山西省水利廳.山西省歷史洪水調(diào)查成果（山西省水利廳2011年11月）第六分冊(cè) 沁河水系［M］.鄭州:黃河水利出版社.2011.

［4］詹道江，葉守澤.工程水文學(xué)（第三版）［M］，北京：中國水利水電出版社.2000:184.

［5］山西省水利廳.山西省水文計(jì)算手冊(cè)選用站水文下墊面產(chǎn)流地類圖冊(cè)［M］.鄭州:黃河水利出版社.2011.