石牡麗

（陜西省水文水資源勘測(cè)局陜西西安710068）

水文比擬法在清水河管道穿越河段斷面設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算中的應(yīng)用

石牡麗

（陜西省水文水資源勘測(cè)局陜西西安710068）

本文結(jié)合清水河流域概況、地形地貌、水文氣象、河流特性等特點(diǎn)，運(yùn)用水文比擬發(fā)法對(duì)其水文資料的進(jìn)行了分析，分析成果合理、可靠，可為類(lèi)似案例提供借鑒。

水文比擬法；清水河；管道穿越河段；斷面設(shè)計(jì)洪水；計(jì)算

1　工程概況

按照寶雞市政府渭河流域水污染防治工作要求和市區(qū)污水處理總體規(guī)劃，為了解決十里鋪污水處理廠污水量超負(fù)荷運(yùn)行、高新區(qū)污水處理廠處理能力不足，以及渭河南岸濱河大道段無(wú)污水管網(wǎng)，渭河污水直排口無(wú)法截留進(jìn)入污水管網(wǎng)等問(wèn)題。市政府決定建設(shè)渭河南岸濱河大道污水干管工程，將渭河南岸污水截留引入高新區(qū)污水處理廠。

渭河南岸濱河大道污水干管工程穿越清水河，屬小型穿越河流的涉水建設(shè)項(xiàng)目。

2　流域概況

2.1河流概況

清水河是渭濱區(qū)境內(nèi)渭河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于秦嶺北麓，由南向北流經(jīng)渭濱區(qū)八魚(yú)鎮(zhèn)、馬營(yíng)鎮(zhèn)、于馬營(yíng)鎮(zhèn)東匯入渭河。入河口的地理坐標(biāo)是東經(jīng)107°15′05″，北緯34°15′09″。干流長(zhǎng)28.4km，流域面積162.5平方km2，河道平均比降35.2‰。主要支流有大清河，西岔河和東岔河。其中大清河和西岔河位于清水河左岸，東岔河位于清水河右岸，東岔河以下干流順直，無(wú)大支流匯入，整個(gè)流域呈扇形。

2.2地形地貌

清水河流域地形南高北低。流域中上游為峰嶺錯(cuò)列，山崖陡峻的土石中低山區(qū)，清水河姚家?guī)X以南植被豐茂，水土保持良好，姚家?guī)X以北侵蝕嚴(yán)重，今年來(lái)采取了植樹(shù)造林和臺(tái)塬坡面綠化工程，在一定程度上緩減了水土流失現(xiàn)狀。大部分地區(qū)森林覆蓋，植被良好，下游兩岸為黃土臺(tái)原區(qū)。

2.3水文氣象

清水河流域?qū)儆谂瘻貛О敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬夏溫差較大，多年平均氣溫12.9℃，極端最高氣溫41.6℃，極端最低氣溫-13.9℃；多年平均相對(duì)濕度68%，多年平均日照1869h，多年平均風(fēng)速1.2m/s，風(fēng)向西北。

2.4河流特性

清水河地處秦嶺北麓，夏秋季節(jié)雨量比較充沛，旱情多發(fā)生在冬春季節(jié)，夏季受南方暖濕氣流影響，易發(fā)生大暴雨，河流具有山溪性河流洪水暴漲暴落的特性。除漲水情況下，清水河水質(zhì)清澈，含沙量低，多年平均輸沙量1.35萬(wàn)噸，多聚于清水河入渭河口。

表1-1　清水河周邊流域水文站基本情況

3　設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

水文比擬法就是以流域間的相似性為基礎(chǔ)，將相似流域的水文資料移用至研究流域的一種簡(jiǎn)便方法，是解決無(wú)資料流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的一種常用方法，清水河流域無(wú)水文站點(diǎn)，屬無(wú)水文資料流域，因此本次設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算采用采用參證站比擬法作為確定堰河管道穿越河段斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法之一。

3.1參證站的確定

清水河流域周邊地處于同一暴雨相似區(qū)的水文站有湯峪河漫灣村水文站、清姜河益門(mén)鎮(zhèn)水文站。經(jīng)比較分析，清水河與清姜河同屬秦嶺北麓河流，流域下墊面條件相似，流域集水面積、河長(zhǎng)、主河道比降和清水河基本接近，水文資料系列較長(zhǎng)，故選用益門(mén)鎮(zhèn)站作為分析計(jì)算清水河設(shè)計(jì)洪水的參證站。周邊水文站情況見(jiàn)表1-1。

3.2參證站設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

3.2.1基本資料情況

（1）水文站及水文資料

益門(mén)鎮(zhèn)水文站位于渭濱區(qū)益門(mén)鎮(zhèn)益門(mén)村二組，1955年9月設(shè)立，隸屬陜西省水文水資源勘測(cè)局，基本斷面以上集水面積219km2，距河口距離5.4km。該站測(cè)驗(yàn)河段順直，河床為沙卵石河床，沖淤變化不大，水文測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目齊全。本次收集到1955年～2014年59年（其中缺測(cè)1年）的實(shí)測(cè)洪水系列資料。

（2）水文資料的選用

本次評(píng)價(jià)水文資料選用益門(mén)鎮(zhèn)水文站1955年～2014年經(jīng)正式整編刊印的年最大洪峰流量資料，在59年資料系列中，多年平均年最大洪峰流量為189m3/s，年最大洪峰流量最大值為734m3/s（1981年8月21日），年最大洪峰流量最小值為32.1m3/s（1995年3月15日）。調(diào)查洪水1次，411m3/s（1931年9月1日）

圖4-1　益門(mén)鎮(zhèn)站洪峰流量過(guò)程線、正序均值、逆序均值曲線圖

3.2.2水文資料的一致性、可靠性、代表性分析

（1）可靠性分析

益門(mén)鎮(zhèn)水文站屬?lài)?guó)家基本水文站，水文資料一直由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定觀測(cè)，觀測(cè)資料真實(shí)，整編方法正確。河道水位觀測(cè)、斷面測(cè)量、泥沙和流量測(cè)驗(yàn)及推求計(jì)算方法符合《河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》、《水文資料整編規(guī)范》，因此選用資料系列可靠。

（2）一致性分析

益門(mén)鎮(zhèn)水文站59年年最大流量系列資料中的洪水氣象成因均由暴雨形成；水文站基本斷面以上無(wú)大中型蓄水調(diào)節(jié)工程，有寶雞市飲水工程1處，大洪水期均停止飲水，不會(huì)對(duì)最大洪峰流量影響，59年年最大流量資料系列中無(wú)決、潰現(xiàn)象引起的峰值，因此本次評(píng)價(jià)選用的資料系列一致性較好。

（3）代表性分析

資料系列代表性是指某一具有可靠性和一致性的資料系列樣本分布對(duì)總體分布的代表性。本次采用點(diǎn)繪益門(mén)鎮(zhèn)站1955年建站以來(lái)歷年年最大洪峰流量、正序均值、逆序均值過(guò)程線圖。益門(mén)鎮(zhèn)站洪峰流量過(guò)程線、正序均值、逆序均值曲線圖詳見(jiàn)圖4-1。

從圖中可以看出年最大值與最小值變化大，年最大值734m3/s（1981年8月21日），最小值為32.1m3/s（1995年3月15日），年均值為189m3/s；大于均值及小于均值出現(xiàn)的年份不均，大于均值出現(xiàn)年份為18年，小于均值出現(xiàn)年份為38年；系列變化周期明顯，1955年～1991年出現(xiàn)大于均值的年份偏多，1991年～2014年系列值均小于均值的年份偏多。59年資料系列中洪水豐、平、枯交替出現(xiàn)，變幅較大，且出現(xiàn)了豐水段和枯水段，隨著系列的增加，年最大流量系列正、逆序列均值趨于平均值，經(jīng)分析所選用的年最大洪峰流量資料具有較好的代表性。

3.2.3歷史洪水重現(xiàn)期的考證

依據(jù)《陜西省洪水調(diào)查資料》（陜西省水利廳，1985年），1931年調(diào)查歷時(shí)洪水411m3/s。

實(shí)測(cè)系列中按特大洪水處理的洪水為1981年洪水，洪峰流量734m3/s，排列首位，因無(wú)可靠的歷史資料考證，故歷史及實(shí)測(cè)特大洪水的重現(xiàn)期按調(diào)查洪水的最早年份（1931年）算起，調(diào)查洪水的考證期取84年。實(shí)測(cè)系列洪水考證期取59年。

3.2.4頻率計(jì)算

根據(jù)益門(mén)鎮(zhèn)水文站1955年～2014年實(shí)測(cè)洪峰流量資料系列，加入1931年歷史洪水，按不連續(xù)系列計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，采用矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，偏態(tài)系數(shù)CS/CV=3.0，采用P－III型曲線目估適線，適線時(shí)著重考慮曲線中、上部較大洪水點(diǎn)數(shù)據(jù)。適線和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1－2，頻率曲線圖詳見(jiàn)下圖。

表1－2　益門(mén)鎮(zhèn)站洪峰流量頻率計(jì)算成果表

益門(mén)鎮(zhèn)水文站洪峰流量頻率曲線圖

表1-3　設(shè)計(jì)斷面水文比擬法計(jì)算成果單位：m3/s

從表中可以看出，《寶雞水文手冊(cè)》資料系列采用1955年～1983年，資料系列較短，從益門(mén)鎮(zhèn)站1955年～2014年最大流量過(guò)程線來(lái)看，該系列段，數(shù)值偏大，代表性差，頻率計(jì)算結(jié)果僅供參考。本次采用PⅢ型頻率適線法，計(jì)算的益門(mén)鎮(zhèn)站不同頻率洪水與陜西省水文局計(jì)算結(jié)果接近，兩成果資料系列較長(zhǎng)，參數(shù)取用合理，故采用本次洪水頻率計(jì)算成果可作為確定管道穿越控制斷面設(shè)計(jì)洪水流量的依據(jù)。

3.2.5管道穿越斷面基本資料

清水河管道穿越段（管道處）控制斷面以上流域面積為163km2，河長(zhǎng)28.4km，距離河口0.5km。

3.2.6水文比擬法

利用清姜河益門(mén)鎮(zhèn)水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，應(yīng)用水文比擬法推求設(shè)計(jì)斷面設(shè)計(jì)洪水，計(jì)算公式：

式中：QP清水河——清水河管道控制斷面設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

QP益門(mén)鎮(zhèn)——益門(mén)鎮(zhèn)站設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

F清水河——清水河管道控制斷面以上流域面積（km2）；

F益門(mén)鎮(zhèn)——益門(mén)鎮(zhèn)站以上流域面積（km2）；

n——指數(shù)，取2/3。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1-3。

4　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)綜合分析并計(jì)算，可以看出成果合理、可靠，用水文比擬法計(jì)算結(jié)果可作為確定清水河管道穿越段斷面設(shè)計(jì)洪水參考成果之一。陜西水利

（責(zé)任編輯：王劍）

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