康靜靜

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局 陜西 咸陽 712000）

1 概況

鎮(zhèn)川溝位于榆林米脂縣，是黃河水系無定河左岸一級支流，流域面積287km2，主河道長37.8km，河道平均比降為7.91‰。流域區(qū)內(nèi)溝壑縱橫、梁峁起伏、支離破碎，屬黃土丘陵溝壑區(qū)。米脂縣鎮(zhèn)川溝（李家站鄉(xiāng)段）防洪工程工程分為兩段：亢渠村段和史家坬村段。從防洪安全角度考慮，本次選取亢渠村治理工程出口斷面（以下稱斷面A）、史家坬村治理工程進(jìn)口斷面（以下稱斷面B）作為控制斷面，根據(jù)萬分之一地形圖量算得到斷面A和斷面B的控制流域面積分別為93.0km2和176km2，各斷面以上河長分別為19.2km、和23.6km，各斷面以上主河道比降分別為5.7‰和5.2‰。

米脂縣位于陜西省北部東側(cè)，榆林市中部，無定河中游。地處東徑109°49′～110°29′，北緯 37°39′～38°5′，東鄰佳縣，南接綏德，西連子洲、橫山，北界榆陽區(qū)。東西長59km，南北寬47km，土地總面積1212km2。境內(nèi)地形屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地勢呈東西高、中間低，平均海拔1049m。

2 洪峰流量推求及合理性分析

我國目前23個(gè)省份中，只有榆林地區(qū)水文手冊沒有正式出版，因此無法參考水文手冊計(jì)算洪峰流量。所以本次采用《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，使用參證站面積比擬法進(jìn)行設(shè)計(jì)洪峰流量推求。

2.1 推理公式法計(jì)算洪峰流量

2.1.1 設(shè)計(jì)暴雨

根據(jù)《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，本次各控制斷面的設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)均取12h，暴雨計(jì)算時(shí)段均取1h。

（1）設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量。

查《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，提供的年最大1h、3h、6h、12h點(diǎn)雨量均值等值線圖和變差系數(shù)CV等值線圖，得不同歷時(shí)流域中心的暴雨量均值和變差系數(shù)CV，采用CS=3.5CV查P-Ⅲ型頻率曲線模比系數(shù)KP值表，利用公式HP=KP計(jì)算不同頻率不同歷時(shí)的暴雨量。

（2）設(shè)計(jì)面雨量。

根據(jù)《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，采用下式計(jì)算面暴雨量：

式中，HFP——某歷時(shí)設(shè)計(jì)面暴雨量，mm；

Hp——某歷時(shí)設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量，mm；

依《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，鎮(zhèn)川溝屬陜北I1區(qū)，采用陜北I1區(qū)的at、bt值，計(jì)算得各控制斷面不同歷時(shí)的點(diǎn)面折算系數(shù)和面雨量。

（3）設(shè)計(jì)面雨量時(shí)程分配。

根據(jù)《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，得面雨量的概化雨型，據(jù)此計(jì)算得不同頻率面暴雨的時(shí)程分配。

（4）流域形狀改正計(jì)算。

暴雨的流域形狀修正系數(shù)，與流域面積、流域行政、流域方位以及暴雨特征等有關(guān)，根據(jù)《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，流域形狀修正采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，修正量在各時(shí)段平均扣除。

修正量計(jì)算公式為：

式中，ΔHtpm——某t時(shí)段的流域設(shè)計(jì)暴雨修正量，mm；

γ——流域形狀修正系數(shù)，γ=1.086F-0.036=0.8858；

Htpm——某t時(shí)段的流域設(shè)計(jì)暴雨量，mm。

經(jīng)計(jì)算P＝5%、P＝10%和P＝20%的各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨修正量分別為0.89mm、0.7mm和0.5mm。計(jì)算得到修正后的不同頻率的暴雨時(shí)程分配。

2.1.2 產(chǎn)流計(jì)算

（1）產(chǎn)流量計(jì)算。

（2）潛流量計(jì)算。

根據(jù)《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及查算圖表，潛流量占產(chǎn)流總量∑R的10%，各時(shí)段采用平均扣損。產(chǎn)流過程中減去潛流過程即得地面凈雨過程。

2.1.3 匯流計(jì)算

采用推理公式法進(jìn)行匯流計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：τ——流域匯流時(shí)間，h；

h、hτ——單一洪峰的凈雨量和相應(yīng)于τ時(shí)段的最大凈雨量，mm；

tc——產(chǎn)流歷時(shí)，h；

L——沿主河槽從出口斷面至分水嶺的最長距離，km；

J——沿流程L的平均比降，以小數(shù)計(jì)；

M——經(jīng)驗(yàn)性匯流參數(shù)；

α、β ——經(jīng)驗(yàn)性指數(shù)，統(tǒng)一采用α=1/3、β=1/3。

其他符號含義同前。匯流參數(shù)m采用下式計(jì)算:

經(jīng)計(jì)算，斷面Aθ為23.72，斷面Bθ為24.31。

采用計(jì)算圖解法（t～Qm曲線，Qm～T曲線）推求不同頻率洪峰流量，由圖中查得各控制斷面不同重現(xiàn)期的洪峰流量和匯流時(shí)間。結(jié)果見表1。

2.2 參證站面積比擬法

2.2.1 參證站基本資料

馬湖峪水文站于1961年8月由黃河水利委員建成，至今已有1962年～2004年43年實(shí)測洪水資料。在這些資料中最大洪水是1970年發(fā)生的，實(shí)測洪峰流量為1840m3/s，洪水重現(xiàn)期為40年一遇。該水文站斷面處有3場歷史調(diào)查洪水資料：1932年洪峰流量為5280m3/s，洪水重現(xiàn)期為80年一遇；1942年洪峰流量為1230m3/s，洪水重現(xiàn)期為10年一遇；1954年洪峰流量為899m3/s，洪水重現(xiàn)期為10年一遇。目前收集到的馬湖峪水文站實(shí)測資料系列相對較長，具有可靠性、一致性和代表性，可作為本次設(shè)計(jì)洪峰流量的基本資料。

2.2.2 參證站洪峰流量

馬湖峪水文站位于擬建工程附近，控制流域面積371km2。可以認(rèn)為工程區(qū)與馬湖峪水文站產(chǎn)匯流條件一致。根據(jù)目前收集到的馬湖峪水文站1962年～2009年48年實(shí)測洪峰流量系列資料，將1932年歷史洪水調(diào)查資料和1970年實(shí)測特大洪水作特大不連續(xù)處理，1942年及1954年的洪水按一般洪水處理。采用統(tǒng)一樣本法計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，根據(jù)“水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范”，頻率曲線線型選用皮爾遜Ⅲ型曲線，頻率曲線的參數(shù)采用矩法初估，以適線最終確定。

特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：

一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：

式中，PM、Pm——分別為特大洪水和一般洪水經(jīng)驗(yàn)頻率；

M、n——分別為特大洪水和一般洪水的排序號；

N、n——分別為特大洪水首項(xiàng)重現(xiàn)期和一般洪水系列項(xiàng)數(shù)。

系列均值估算公式為：

變差系數(shù)計(jì)算公式為：

Qi—特大洪水，i=1，2，…，a

Qj—一般洪水，j＝l+1，l+2，…，n；

a—特大洪水個(gè)數(shù)，本次a=2；

l—實(shí)測洪峰流量中特大洪峰流量的數(shù)目，本次l=1。

計(jì)算得馬湖峪水文站1962年～2009年48年的平均洪峰流量為344m3/s，根據(jù)配線結(jié)果Cv=1.8，Cs=3.0Cv，10年一遇洪峰流量為788m3/s。

《陜西省中小河流治理項(xiàng)目米脂縣馬湖峪溝防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中馬湖峪站設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果依據(jù)馬湖峪水文站1962年～2004年43年實(shí)測洪峰流量系列資料，將1932年歷史洪水調(diào)查資料和1970年實(shí)測特大洪水作特大不連續(xù)處理，1942年及1954年的洪水按一般洪水處理。計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率用矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為初試值，采用P-Ⅲ型曲線目估適線。根據(jù)配線結(jié)果Cv=1.5，Cs=3.0Cv，10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為950m3/s。

表1 各控制斷面不同重現(xiàn)期主雨段洪峰流量及匯流時(shí)間表

表2 鎮(zhèn)川溝設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表

由馬湖峪水文站實(shí)測資料系列延長，2005年～2009年實(shí)測最大洪峰流量分別為 16.3m3/s、221m3/s、71.6m3/s、18.9m3/s、7.49 m3/s。計(jì)算得馬湖峪水文站1962年～2009年48年的平均洪峰流量為344m3/s，小于1962年～2004年43年的平均洪峰流量371m3/s。由于2005年以后馬湖峪流域沒有發(fā)生過較大洪水，為了偏安全，本次設(shè)計(jì)仍采用2004年之前的計(jì)算結(jié)果，10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為950m3/s。

2.2.3 鎮(zhèn)川溝設(shè)計(jì)洪峰流量

鎮(zhèn)川溝無水文站，資料不全，本次采用馬湖峪為參證站，以參證站面積比擬法計(jì)算鎮(zhèn)川溝設(shè)計(jì)洪峰流量，公式如下。

n=2/3，成果見表 2。

2.3 成果的合理性分析及選取

由表2可以看出，暴雨推求設(shè)計(jì)洪水法考慮了降水、河道比降，也考慮了流域形狀，該方法在理論上比較嚴(yán)密。但根據(jù)調(diào)查洪水，鎮(zhèn)川溝推理公式中推求的洪峰流量偏大。根據(jù)分析推理公式法計(jì)算過程，由推理公式法推求的洪水其產(chǎn)流時(shí)間大于凈雨時(shí)間，所以該方法計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際不符。

新中國成立以來，鎮(zhèn)川溝流域遭受水災(zāi)達(dá)20多次，其中以1954年、1956年、1959年、1970年、1964年、1978年、1994年七次為最。根據(jù)米脂縣水利局于2011年10月對上段馬家梁大橋和下段史家坬村橋附近的大洪水進(jìn)行調(diào)查，推算得上述七次洪水的洪峰流量，并對歷次洪水進(jìn)行排序，結(jié)果見表3。

表3 調(diào)查洪水

由表3可知，自新中國成立以來60年間，鎮(zhèn)川溝流域共發(fā)生七次大洪水，其中，1954年的洪水排序第六，因此可以初步將1954年洪水的重現(xiàn)期定為10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，與上述歷史調(diào)查洪水較為接近。

參證站面積比擬法推求的洪水結(jié)果（表2）與歷史上發(fā)生的同頻率洪水較為接近，所以本次從實(shí)際出發(fā)，洪峰流量采用參證站面積比擬法成果。

根據(jù)相近流域馬湖峪水文站資料，在1954年發(fā)生了10年一遇洪水，所以鎮(zhèn)川溝的設(shè)計(jì)洪水也按10年一遇計(jì)算，對采用臨近水文站實(shí)測糙率所推水面的合理性，進(jìn)行洪痕驗(yàn)證。

對現(xiàn)場勘查到的1954年發(fā)生大洪水時(shí)的亢渠村段和史家坬村段的洪痕高程進(jìn)行了分析。該場洪水最大洪峰流量為375m3/s，基本為10年一遇洪水。據(jù)米脂縣水務(wù)局的相關(guān)負(fù)責(zé)人反映，當(dāng)時(shí)馬家梁大橋洪痕高程為1002.55m，與本次設(shè)計(jì)洪峰流量378m3/s時(shí)洪水位1002.50m基本接近，史家坬村橋的洪痕高程為970.23m，與本次設(shè)計(jì)洪峰流量578m3/s時(shí)洪水位969.65m基本接近。故認(rèn)為亢渠村段和史家坬村段采用的結(jié)果與實(shí)際資料符合，水面線基本合理，洪峰流量選取合理。

3 結(jié)語

通過本例河道洪峰流量計(jì)算，反映出陜西省部分無資料地區(qū)，特別是榆林地區(qū)的河道洪峰流量計(jì)算，重點(diǎn)應(yīng)放在對多種計(jì)算結(jié)果的合理分析與選取及結(jié)果可靠性的驗(yàn)證上面。如果附近有國家水文測站，盡量采用參證站的計(jì)算結(jié)果，必要時(shí)進(jìn)行洪痕驗(yàn)證，確保結(jié)果的合理性、準(zhǔn)確性、安全性。陜西水利