王 軍

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

朱家川河洪峰流量計算分析

王 軍

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

山西天然氣有限公司規(guī)劃建設(shè)的輸氣管線需穿越朱家川河，文中計算了穿越斷面以上流域的暴雨和產(chǎn)流，并通過瞬時單位線法計算了穿越斷面處的洪峰流量，計算結(jié)果與朱家川河水文站實測洪峰資料非常接近，證實了計算結(jié)果的準確性。

朱家川河；洪峰流量；綜合瞬時單位線法

1 基本情況

為充分利用保德縣豐富的煤層氣資源，山西天然氣有限公司規(guī)劃建設(shè)保德燃氣（煤層氣）熱電聯(lián)產(chǎn)項目，將保德區(qū)塊的煤層氣通過管道輸送至熱電廠，管線起始于保德縣楊家灣鎮(zhèn)，最終到達故城村保德煤層氣熱電廠，沿線需地埋敷設(shè)穿越朱家川河。為分析管線對朱家川河防洪的影響以及朱家川河洪水對管線的影響，需計算管線穿越斷面處洪峰流量。

朱家川河是黃河的一級支流，發(fā)源于山西省神池縣東北部管涔山西麓的金土梁、達木河村一帶，經(jīng)五寨、河曲、保德諸縣入黃河。河長167.6 km，流域面積2 903.3 km2，河道比降5.02‰。本項目輸氣管線穿越朱家川河斷面位于入黃口上游1.3 km處，斷面以上流域面積2 889 km2、河長166.3 km。

2 洪峰流量計算

2.1 計算方法

本次計算主要參照《山西省水文計算手冊》（下文簡稱“《手冊》”）[1]提供的方法，先計算流域范圍內(nèi)暴雨及產(chǎn)流，再使用瞬時單位線法計算洪峰流量。

2.2 計算標準

根據(jù)保德燃氣（煤層氣）熱電聯(lián)產(chǎn)項目申請報告，該工程等級為中型，根據(jù)《防洪標準》（GB50201-2014），設(shè)計防洪標準采用50年一遇。

2.3 暴雨計算

2.3.1 設(shè)計點雨量H2%計算

1）選點。根據(jù)地形、地類等情況，在流域范圍內(nèi)選取有代表性的四個定點，記為A、B、C、D，流域范圍及各定點位置見圖1。用泰森多邊形法，量算每個定點的控制面積占流域面積的權(quán)重系數(shù)分別為0.23、0.20、0.31、0.26。

圖1 流域范圍及各定點位置圖

2）查圖。在《手冊》上查取各定點 tb=10min、60min、6 h、24 h、3 d的暴雨均值和變差系數(shù)CV，結(jié)果見表1。

2.3.2 設(shè)計面雨量H2%，A計算

2）計算點—面折減系數(shù)η2%（A，tb）。計算公式為：

式中：ηP（A，tb）為設(shè)計暴雨定點—定面系數(shù)；A為流域面積，km2；C、N 為經(jīng)驗參數(shù)，通過《手冊》查取。計算結(jié)果見表2。

3）計算面雨量初值 H′2%，A。計算公式為：

式中：HP，A（tb）為面雨量值，mm；其余符號意義同上。計算結(jié)果見表2。

4）求解暴雨公式參數(shù)，計算設(shè)計面雨量H2%，A

根據(jù)各歷時設(shè)計面雨量初值H′2%，A，采用多元回歸求解參數(shù)S2%、λ、ns。求解公式（暴雨公式）如下：

式中：n、ns分別為雙對數(shù)坐標系中設(shè)計暴雨時—深關(guān)系曲線的坡度及t=1 h時的斜率；SP為設(shè)計雨力，即 1 h 設(shè)計雨量，mm/h；t為暴雨歷時，h；λ 為經(jīng)驗參數(shù)。

求解條件為：各標準歷時設(shè)計降雨量Hp（t）殘差相對值平方和最??；SP的誤差控制在±5%以內(nèi)；0≤λ＜0.12。求解結(jié)果見表2。再用上述公式計算設(shè)計面雨量 H2%，A，計算結(jié)果見表 2。

表1 設(shè)計點雨量計算表

表2 設(shè)計面雨量計算表

2.3.3 降雨時程分配

該流域位于山西省水文分區(qū)西區(qū)，參照《手冊》中的設(shè)計雨型時序分配順序，根據(jù)暴雨公式對本流域的降雨進行時程分配。分配結(jié)果見表3。

2.3.4 計算主雨歷時和主雨雨量

主雨日主雨歷時計算公式為：

主雨日主雨面雨量計算公式為：

式中：tz為主雨歷時，h；Hp（tz） 為主雨面雨量，mm；其余符號意義同上。

計算得，主雨日主雨歷時8.52 h，主雨面雨量60.80 mm。

2.4 產(chǎn)流計算

1）計算風(fēng)干流域包氣帶的吸收率Sr，A及飽和流域包氣帶的導(dǎo)水率KS，A。根據(jù)工程所在流域下墊面產(chǎn)流地類條件，查《手冊》得各地類的Sr、KS。按照各地類面積權(quán)重加權(quán)平均得 Sr，A=22.4、KS，A=1.6。

2）計算流域持水度B0，2%。計算流域所在分區(qū)為西區(qū)，主雨日居中，根據(jù)《手冊》取主雨日B0，2%=0.58。

3）計算流域可能損失FA（tz）。計算公式為：

計算得 FA（tz）=54.73 mm。

4）計算凈雨深R2%。采用雙曲正切模型計算凈雨深。計算公式為：

計算得R2%=16.78 mm。

5）計算產(chǎn)流歷時 tc。用數(shù)值法計算產(chǎn)流歷時tc。計算公式為：

將暴雨三參數(shù)S2%、λ、ns及R2%代入上式中，試算求解得tc=1.52 h。

6）計算損失率μ。計算公式為：

計算得μ=8.99 mm。

7）凈雨過程分配。由下式計算逐時降雨深，然后按照《手冊》中的分配次序依次放入相應(yīng)時段，直至tc時段內(nèi)的R2%分配完畢。

式中：Δhp為設(shè)計時段凈雨深，mm；j為時雨型“模板”中序位編號；tj-1為j時段的開始時刻。

主雨日凈雨過程計算分配結(jié)果見表3。

表3 流域主雨日降雨及凈雨時程分配表

2.5 匯流計算

本次匯流計算采用綜合瞬時單位線法。

1）確定流域匯流地類。參照《手冊》，結(jié)合野外實地查勘，確定流域各匯流地類面積。

2）計算參數(shù) n、mτ，1。參照《手冊》，取各地類匯流參數(shù) C1、C2，并加權(quán)平均求得復(fù)合地類參數(shù) C1，A=1.028、C2，A=0.736，取經(jīng)驗性指數(shù) α=0.397、β1=0.047、β2=0.190。計算得 n=1.39、mτ，1=4.53。

圖2 P=2%設(shè)計洪水過程線

由洪水過程線知，洪峰流量Q=2 596 m3/s。

3 計算結(jié)果分析

朱家川河橋頭村設(shè)有橋頭水文站，位于本工程穿越斷面上游13 km處，控制流域面積2 854 km2，有1956-2008年連續(xù)53年的洪峰流量觀測資料。根據(jù)《手冊》對觀測資料的分析，50年一遇洪峰流量為2 529 m3/s。

參證橋頭水文站實測資料，采用比擬法計算得設(shè)計流域50年一遇洪峰流量為2 540 m3/s。與上述綜合瞬時單位線法計算結(jié)果僅相差2.18%，所以認為瞬時單位線法計算結(jié)果與水文站實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果是非常接近的，是比較準確的。

4 結(jié)論

在河道管理范圍內(nèi)新建、改建、擴建的建設(shè)項目，需評價其對河道防洪的影響，這就需要計算設(shè)計流域的洪峰流量，如在設(shè)計流域內(nèi)有實測洪峰資料，則可以通過頻率分析確定設(shè)計標準的洪峰流量[2]。然而，實際工作中很多河流并沒有實測資料，常用洪峰流量計算方法有綜合瞬時單位線法、推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗公式法和水文比擬法等。本文通過暴雨、產(chǎn)流計算，再采用綜合瞬時單位線法計算獲得朱家川河洪峰流量，計算結(jié)果與水文站實測資料非常接近，為同類型項目洪峰流量的計算提供了參考。

［1］山西省水利廳.山西省水文計算手冊［M］.鄭州:黃河水利出版社，2011.

［2］董 霞.高速公路跨瀟河橋梁防洪影響的防治措施［J］.山西水利科技，2015（2）:18-21.

Flood Peak Discharge Calculation and Analysis of the Zhujiachuan River

WANG Jun

The gas transmission line planed and constructed by Shanxi Natural Gas Limited Company needs to underrun the Zhujiachuan River.The rainstorm and runoff yield of the drainage basin above the underrunning section were calculated in this paper.Instantaneous unit hydrograph method was used to calculate the flood peak discharge on the underrunning section.The results are extremely close to the observed flood peak data of the gauging station，and justify the accuracy of the calculation results.

the Zhujiachuan River；flood peak discharge；synthetic instantaneous unit hydrograph method

TV122.5

B

2017-03-31

2017-04-27

王 軍（1988-），男，2015年碩士研究生畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè)，助理工程師，主要從事節(jié)水灌溉技術(shù)的研究與節(jié)水工程的規(guī)劃、設(shè)計工作。

1006-8139（2017）03-066-03