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        陜西志丹縣玉皇溝溝頭至寨科峁淤地壩河道設(shè)計洪水計算分析

        2021-09-15 07:39:32劉文妮楊冬梅
        陜西水利 2021年8期
        關(guān)鍵詞:淤地壩匯流洪峰流量

        劉文妮,楊冬梅

        (陜西省延安志丹縣水土保持工作隊,陜西 志丹 716000)

        江河湖泊具有重要的資源功能和生態(tài)功能,是洪水的通道、水資源的載體、生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。水利工程是實施防洪排澇、農(nóng)業(yè)灌溉、抗旱、供水、生態(tài)調(diào)節(jié)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。加強河流及水利工程管理與保護(hù),是“水利工程補短板,水利行業(yè)強監(jiān)管”的重要基礎(chǔ)工作,對于保障防洪、供水、生態(tài)安全,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

        1 河道概況

        玉皇溝為杏子河左岸一級支流,發(fā)源于志丹縣田家灣村,流經(jīng)狼岔咀村和老莊溝村,于莊科村處匯入杏子河,位于志丹縣東北側(cè),西鄰牛家溝,東鄰岔路川,總流域面積為73.1 km2,河流總長度為17.36 km,玉皇溝全流域均在志丹縣境內(nèi)。流域內(nèi)現(xiàn)存一座中型淤地壩和一座大型淤地壩。根據(jù)志丹縣小型水利工程調(diào)查摸底調(diào)查情況和現(xiàn)場勘察,玉皇溝河道兩岸分布著沿河居民的房屋、耕地及3座跨河橋、2座淤地壩。

        根據(jù)《延安地區(qū)實用水文手冊》洪峰流量經(jīng)驗公式分區(qū)圖可知,玉皇溝全部屬于丘陵溝壑Ⅱ區(qū)。寨科峁淤地壩以上流域位于黃土丘陵溝壑Ⅱ區(qū),流域面積5.8 km2,主溝道長3.43 km。

        2 寨科峁淤地壩以上設(shè)計洪水計算

        淤地壩壩址以上設(shè)計洪水采用推理公式法、綜合參數(shù)法計算設(shè)計洪水[1]。淤地壩存在調(diào)洪攔蓄的作用,下游分段通過流域面積計算設(shè)計洪峰流量時,應(yīng)該扣除淤地壩壩址以上的流域面積,寨科峁淤地壩存在溢洪道,下游計算洪峰流量時應(yīng)該加入同頻率最大下泄流量。見表1。

        表1 寨科峁淤地壩以上流域范圍

        玉皇溝流域無水文站,其設(shè)計洪水主要用《延安地區(qū)實用水文手冊》中介紹的幾種方法分析計算,最后綜合分析、合理確定。

        2.1 推理公式法

        (1)設(shè)計暴雨

        1)設(shè)計暴雨歷時和計算時段長確定

        根據(jù)《水文手冊》推薦的設(shè)計暴雨歷時和計算時段與計算流域面積的關(guān)系表(見表2),按照計算流域的集水面積查算設(shè)計暴雨歷時和計算時段長。

        表2 設(shè)計暴雨歷時取值表

        2)點暴雨量計算

        據(jù)《陜西省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》和《陜西省延安地區(qū)實用水文手冊》查得寨科峁淤地壩以上流域幾何中心處設(shè)計與校核頻率最大6 h、3 h、1 h、1/3 h暴雨量雨量均值和變差系數(shù)Cv后,按Cs=3.5Cv查對應(yīng)的不同頻率kp值,按下式計算流域幾何中心年最大6 h、3 h、1 h、1/3 h歷時設(shè)計點雨量。

        Hp=kpH

        式中:Hp為頻率P不同時段設(shè)計暴雨量,mm;kp為頻率P對應(yīng)的模比系數(shù);H為年最大不同時段暴雨量均值,mm。

        流域幾何重心年最大各歷時設(shè)計點雨量成果見表3。

        表3 寨科峁淤地壩以上流域幾何重心年最大各歷時設(shè)計點雨量

        (2)設(shè)計面雨量

        表4 寨科峁淤地壩以上流域幾何重心年最大各歷時設(shè)計面雨量

        (3)產(chǎn)流計算

        設(shè)計條件下,土壤前期含水量33 mm,當(dāng)S<100時,入滲率f=1.65S-0.374i0.565,S≥100時,f取3.7 mm/h,潛流雨按10%扣除,計算結(jié)果見表5。

        表5 寨科峁淤地壩以上P=10%產(chǎn)流計算過程表

        (4)匯流計算

        通過查詢《陜西省延安地區(qū)實用水文手冊》得知推理公式法、和瞬時單位線法的適用范圍見表6。

        表6 適用范圍表

        寨科峁淤地壩以上流域面積小于200 km2,采用推理公式法。

        1)推理公式法

        公式采用《陜西省延安地區(qū)實用水文手冊》(1987年)中:

        式中:Qm為設(shè)計頻率為m的最大洪峰流量,m3/s;H為凈雨深,mm,在全面匯流時代表相應(yīng)于τ時段的最大凈雨,在部分匯流時代表單一洪峰對應(yīng)的面平均凈雨;F為流域面積,km2;τ為流域匯流歷時,h;L為沿主溝道從出口斷面至分水嶺的最長距離,km;m為匯流參數(shù);J為沿程L的平均比降。0.278為單位換算系數(shù)。

        匯流參數(shù)m計算:項目在黃土丘陵溝壑區(qū),采用下式計算。

        m=3.52θ0.225hR-0.31

        式中:m為匯流參數(shù);θ1為流域特征參數(shù);hR為凈雨量,mm;J、L、F為意義同前。

        計算得出P=10%時,m為1.86。

        匯流歷時T及洪峰流量Qm推求:查算出匯流參數(shù)m后,假定一系列Qm,計算并繪制Qm-T曲線,同時計算凈雨過程并繪制Qm-t曲線,兩條曲線的交點所對應(yīng)的縱坐標(biāo)即為所求的洪峰流量Q,橫坐標(biāo)即為匯流歷時τ。

        Qm-T曲線和Qm-t曲線的關(guān)系曲線見圖2。

        圖2 寨科峁淤地壩上以上P=10%,Qm-T曲線和Qm-t曲線

        由圖查得寨科峁淤地壩以上P=10%設(shè)計洪峰流量為90 m3/s。

        2.2 綜合參數(shù)法

        表7 設(shè)計點暴雨量計算表

        設(shè)計洪峰流量計算:寨科峁淤地壩以上綜合參數(shù)法設(shè)計洪峰流量成果見表8。

        表8 綜合參數(shù)法設(shè)計洪峰流量成果表

        2.3 計算成果

        本次計算玉皇溝寨科峁淤地壩以上洪峰流量,在缺乏實測資料的情況下,采用經(jīng)驗公式(洪峰流量匯水面積相關(guān)法和綜合參數(shù)法)和推理公式法。推理公式法計算過程考慮到流域的長度、面積、比降等因子對洪水的影響,能夠較為準(zhǔn)確地反應(yīng)流域中的洪峰流量;經(jīng)驗公式計算成果選用參數(shù)固定、單一,具有一定的局限性,但其以小流域內(nèi)設(shè)計暴雨量和流域特征參數(shù)為基礎(chǔ),對于無資料地區(qū)的洪水計算有著重要的意義,綜合考慮采用綜合參數(shù)法。計算結(jié)果見表9。

        表9 寨科峁淤地壩以上洪峰流量計算成果表

        3 結(jié)語

        為科學(xué)合理開發(fā)利用玉皇溝河道洪水資源,保證水資源的可持續(xù)利用,充分發(fā)揮洪水資源經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益,參考水利工程通常采用“多種方法、綜合分析、合理選定”的原則,采用推理公式、經(jīng)驗公式(洪峰流量匯水面積相關(guān)法和綜合參數(shù)法)對玉皇溝寨科峁淤地壩以上洪峰流量進(jìn)行計算。通過分析,綜合參數(shù)計算方法以小流域內(nèi)設(shè)計暴雨量和流域特征參數(shù)為基礎(chǔ),對于無資料地區(qū)的洪水計算有著重要的意義,綜合考慮,玉皇溝寨科峁淤地壩以上洪峰流量采用綜合參數(shù)計算結(jié)果70.1 m3/s。

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