李雪月

（西安景天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710000）

濁峪河作為無(wú)水文實(shí)測(cè)資料地區(qū)，其設(shè)計(jì)洪水僅能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算，加之河道上建有三座水庫(kù)，且非單一的下墊面組成，致使?jié)嵊釉O(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方案無(wú)法統(tǒng)一，本文僅提供一種分析思路與計(jì)算方法。

濁峪河屬石川河流域，為清河左岸一級(jí)支流，石川河二級(jí)支流，發(fā)源于耀州區(qū)小丘鎮(zhèn)安家溝，在三原縣魯橋鎮(zhèn)樓底村西北的田合村出峪，在西陽(yáng)鎮(zhèn)劉村匯入清河。濁峪河流域內(nèi)地勢(shì)西北高、東南低，河谷窄深，形如帶狀。濁峪河全長(zhǎng)為59.1 km，流域面積221 km2，其中峪口以下為25 km2的平原區(qū)，峪口以上196 km2為丘陵溝壑區(qū)。

濁峪河流域自上而下建有豹村、南王和小道口三座水庫(kù)。豹村水庫(kù)1977年11月動(dòng)工興建，到1979年完成了土壩及放水洞工程，1983年10月至1984年4月完成陡坡泄槽工程，2003年3月至2003年5月完成放水塔工程，設(shè)計(jì)總庫(kù)容125萬(wàn)m3，水庫(kù)壩址以上流域面積15.74 km2，河長(zhǎng)10.2 km，平均比降為42.0‰；南王水庫(kù)現(xiàn)已淤死；小道口水庫(kù)1956年11月動(dòng)工修建，1957年8月大壩主體工程完工，小道口水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容310.3萬(wàn)m3，水庫(kù)壩址以上流域面積 144.4 km2，河長(zhǎng) 37.4 km，平均比降為10.8‰。

1 洪水來(lái)源

在豹村、南王和小道口三座水庫(kù)運(yùn)行初期，由于梯級(jí)水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，很大程度上阻礙了洪水下泄，小道口水庫(kù)下游來(lái)水量較少，以致大片河道被農(nóng)田、房屋侵占。而今，由于豹村水庫(kù)的庫(kù)容本身較小，南王水庫(kù)已淤滿廢棄，又根據(jù)《陜西省三原縣小道口除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》（2008年）復(fù)核成果，小道口水庫(kù)淤積面高程已接近正常蓄水位，水庫(kù)滯洪能力較差，可忽略不計(jì)，因此，三座水庫(kù)汛期的滯洪作用被大大削弱，從而引發(fā)了現(xiàn)今下游洪水泛濫，淹沒(méi)農(nóng)田、房屋，影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全的嚴(yán)重災(zāi)情。

根據(jù)上述濁峪河洪水來(lái)源的分析，濁峪河設(shè)計(jì)洪水不考慮南王水庫(kù)和小道口水庫(kù)的影響，僅由豹村水庫(kù)下泄洪水和區(qū)間洪水組成。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

本次僅以10年一遇（P=10%）設(shè)計(jì)洪水計(jì)算為例。

2.1 豹村水庫(kù)下泄洪水

豹村水庫(kù)控制流域面積為15.74 km2，沿主溝道至分水嶺長(zhǎng)10.2 km，平均比降為4.2%。根據(jù)《陜西省銅川市耀州區(qū)豹村水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》（2008年），豹村水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪水采用經(jīng)驗(yàn)公式法、綜合參數(shù)法和推理公式法計(jì)算，最終采用推理公式法成果，即壩址洪峰流量為118 m3/s。

豹村水庫(kù)為泄洪建筑物為溢洪道，溢洪道進(jìn)口為開(kāi)敞式溢流堰，堰型為WES堰，堰頂高程995.70 m，堰長(zhǎng)40 m。根據(jù)《陜西省銅川市耀州區(qū)豹村水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》對(duì)豹村水庫(kù)的調(diào)洪計(jì)算（起調(diào)水位為995.70 m），確定泄洪過(guò)程線，見(jiàn)表1。

表1 豹村水庫(kù)調(diào)洪演算（10年一遇洪水）計(jì)算過(guò)程表

2.2 豹村水庫(kù)至峪口區(qū)間洪水計(jì)算

豹村水庫(kù)至濁峪河口區(qū)間設(shè)計(jì)洪水產(chǎn)流面積分為丘陵溝壑區(qū)和平原區(qū)。考慮到平原區(qū)比降平緩，道路縱橫，無(wú)溝道匯流，產(chǎn)流量小且匯流歷時(shí)長(zhǎng)，故區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算僅考慮丘陵溝壑區(qū)。豹村水庫(kù)壩址以下濁峪河流域面積為205 km2，其中平原區(qū)段流域面積25 km2，山區(qū)段流域面積為180 km2。山區(qū)段河道長(zhǎng)度為42 km，河道平均比降為7.4‰。根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44-2006）中對(duì)于無(wú)資料地區(qū)需采用多種方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的規(guī)定，分別采用水文比擬法、經(jīng)驗(yàn)公式法、綜合參數(shù)法和推理公式法計(jì)算區(qū)間洪水。

2.2.1 水文比擬法

（1）參證站選擇及調(diào)查洪水

根據(jù)設(shè)計(jì)流域鄰近水文站網(wǎng)分布情況，濁峪河設(shè)計(jì)洪水計(jì)算選擇淳化水文站作為參證站，該站控制流域面積為282 km2，現(xiàn)收集1961年～2009年共49年洪水資料。

根據(jù)《陜西省洪水調(diào)查資料》（陜西省水利廳，1984年12月）、《咸陽(yáng)市實(shí)用水文手冊(cè)》等資料，冶峪河中、下游曾在1933年出現(xiàn)過(guò)大洪水，淳化段調(diào)查洪峰流量為881 m3/s，資料較可靠。據(jù)考證，該場(chǎng)洪水是1933年以來(lái)的最大洪水，按調(diào)查確定其重現(xiàn)期為77年。

（2）洪水頻率分析計(jì)算

根據(jù)淳化站1961年～2009年共49年洪水系列，以年最大值法選樣，并加入1933年的歷時(shí)調(diào)查洪水881 m3/s，按不連序系列進(jìn)行頻率分析，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。統(tǒng)計(jì)參數(shù)及不同頻率洪峰流量計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 冶峪河淳化站洪水頻率計(jì)算成果表單位：m3/s

（3）濁峪河設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

根據(jù)《咸陽(yáng)市實(shí)用水文手冊(cè)》，經(jīng)驗(yàn)公式法公式為Qp=C·fm·Fn。式中，Qp為頻率為P的洪峰流量；F為設(shè)計(jì)流域面積；L 為河長(zhǎng)（km）；f為流域形狀系數(shù)，f=F/L2；C、m、n 均為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，P=10%時(shí)，C=10.63，m=0.6426，n=0.1277。由經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算得區(qū)間10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為223 m3/s。

2.2.3 綜合參數(shù)法

根據(jù)《咸陽(yáng)市實(shí)用水文手冊(cè)》，綜合參數(shù)法公式為QP=CHptαfmFn。式中，Qp為頻率為 P 的洪峰流量；C、m、n、α 均為經(jīng)驗(yàn)性參、指數(shù)，P=10%時(shí)，C=5.73，m=0.0082，n=0.7196，α=0.0304；Hpt為設(shè)計(jì)頻率某時(shí)段凈雨量；其他符號(hào)同前。由綜合參數(shù)法計(jì)算得區(qū)間10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為259 m3/s。

2.2.4 推理公式法

（1）設(shè)計(jì)暴雨

設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)采用12小時(shí)，采用以下公式設(shè)計(jì)面雨量：

式中，αt為暴雨點(diǎn)面系數(shù)；at、bt為點(diǎn)面參數(shù)；F為流域面積。

設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算時(shí)段取1小時(shí)，流域形狀改正計(jì)算采用下式計(jì)算：

式中，γ為流域現(xiàn)狀改正系數(shù)；F為流域面積；Ht為改正前流域設(shè)計(jì)面雨量；H設(shè)為改正后流域面雨量。

各時(shí)段平均折減雨量H折=Ht（1-γ），折減改正后設(shè)計(jì)面暴雨過(guò)程見(jiàn)表3。

表3 流域形狀修正后暴雨時(shí)程分配表（P=10%） 單位:mm

（2）產(chǎn)流計(jì)算

根據(jù)《咸陽(yáng)市水文實(shí)用手冊(cè)》，流域最大蓄水量Im=100 mm，設(shè)計(jì)情況下，前期影響雨量Pa=Im/2=50 mm。設(shè)計(jì)流域以超滲產(chǎn)流為主，采用下滲曲線法計(jì)算損失量。入滲率與土壤含水量的關(guān)系為：

當(dāng) S≤78 mm，f=685.8S-1.08；當(dāng) S＞78 mm，f=6.18。式中，S為土壤含水量；f為土壤入滲率。

產(chǎn)流量計(jì)算采用下式計(jì)算：

Ri=（Ii－fi）△t，Ii＞fi；Ri=0，Ii≤fi

式中，Ri為時(shí)段產(chǎn)流量；Ii為時(shí)段降雨強(qiáng)度；fi為土壤入滲率；△t為時(shí)段長(zhǎng)。

采用上式計(jì)算并扣除15%潛流量得p=10%時(shí)凈雨過(guò)程的計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表4。

表4 凈雨過(guò)程計(jì)算表（P=10%）

（3）匯流計(jì)算

根據(jù)《咸陽(yáng)市水文實(shí)用手冊(cè)》，匯流參數(shù)m的計(jì)算公式：

m=1.34θ0.587hR-0.541，θ=L/（JF）1/3

式中：hR為時(shí)段凈雨量；L為沿主河道的出口至分水嶺的最大距離；J為沿主河道長(zhǎng)度L的平均比降。

匯流參數(shù)計(jì)算得：θ=38.18，當(dāng) P=10%時(shí)，m=2.09。

采用推理公式法進(jìn)行匯流計(jì)算。計(jì)算公式如下：

τ=0.278（mJαQmβ）， Qt=0.278·（Ht/t）·F

式中：t為流域匯流時(shí)間，其他符號(hào)含義同前；α=β=1/3。

根據(jù)上述公式，分別作出Qm～τ關(guān)系曲線和Qt～t關(guān)系曲線，兩曲線的交點(diǎn)即為所求相應(yīng)頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量和匯流歷時(shí)。p=10%時(shí)的出Qm～τ和Qt～t關(guān)系曲線見(jiàn)表5，據(jù)此計(jì)算得區(qū)間10年一遇洪峰流量為256 m3/s，匯流時(shí)間為4.51 h。

表5 p=10%時(shí)的出Qm～τ和Qt～t關(guān)系曲線

2.2.5 成果對(duì)比與選用

上述四種方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果接近?，F(xiàn)對(duì)四種方法進(jìn)行對(duì)比分析如下：

1）經(jīng)驗(yàn)公式法和綜合參數(shù)法洪水計(jì)算結(jié)合了河道特征值，但僅考慮了洪水的主要成因，成果有一定誤差；

2）推理公式法使用《咸陽(yáng)市實(shí)用水文手冊(cè)》總結(jié)地區(qū)實(shí)測(cè)暴雨洪水資料分析出來(lái)的暴雨-洪水關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，有一套完整的計(jì)算方法，在理論方面比較嚴(yán)謹(jǐn)，過(guò)程中又采用了本流域的特征值、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和暴雨資料，計(jì)算成果既代表了區(qū)域洪水的共性，又突出了計(jì)算流域洪水的特性，成果精度相對(duì)較高；

3）淳化站控制流域面積是設(shè)計(jì)流域的5.51倍，采用水文比擬法的計(jì)算成果存在一定誤差。

4）通過(guò)以上分析比較，并參考《陜西省銅川市耀州區(qū)豹村水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》最終采用的方法，選用推理公式法的計(jì)算成果，即豹村水庫(kù)壩址與濁峪河河口區(qū)間設(shè)計(jì)洪峰流量為256 m3/s。

2.3 濁峪河河口處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

在豹村水庫(kù)至峪口之間選取斷面尺寸適中的典型斷面，采用曼寧公式計(jì)算得10年一遇水庫(kù)下泄洪水從豹村水庫(kù)壩址演進(jìn)到峪口處，平均流速為1.97 m/s，因此，傳播歷時(shí)為5.92 h。豹村水庫(kù)壩址以上10年一遇洪水匯流時(shí)間為1.52 h，經(jīng)豹村水庫(kù)調(diào)洪后的滯洪時(shí)間為0.48 h（根據(jù)豹村水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算過(guò)程可知），而豹村水庫(kù)下泄洪水到峪口的傳播歷時(shí)為5.92 h，因此，豹村水庫(kù)壩址以上10年一遇洪水演進(jìn)到峪口處所需時(shí)間為7.92 h，遠(yuǎn)大于同重現(xiàn)期豹村水庫(kù)至峪口區(qū)間洪水的匯流時(shí)間4.51 h，因此，豹村水庫(kù)的下泄洪水與區(qū)間洪水不遭遇，濁峪河設(shè)計(jì)洪水將不考慮豹村水庫(kù)的下泄洪水，其10年一遇（P=10%）設(shè)計(jì)洪峰流量為256 m3/s。

3 結(jié)語(yǔ)

濁峪河設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中涉及的主要難點(diǎn)有：計(jì)算斷面上游梯級(jí)水庫(kù)滯洪能力分析、平原區(qū)洪水處理、水庫(kù)下泄洪水與區(qū)間洪水的遭遇分析等，不同的分析思路和計(jì)算方法得出的洪水計(jì)算成果不盡相同。本文根據(jù)流域內(nèi)水庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行情況、不同下墊面的產(chǎn)匯流特點(diǎn)及洪水遭遇情況來(lái)分析濁峪河河口處洪水來(lái)源與組成，為濁峪河設(shè)計(jì)洪水提供一種分析思路與計(jì)算方法，也可供類似流域的洪水計(jì)算進(jìn)行參考。