王青梅，吳明官

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

0 前 言

近幾年來，大慶地區(qū)東部肇蘭新河流域連續(xù)發(fā)生了大洪水，特別是2017年青肯泡蓄滯洪區(qū)上游任民鎮(zhèn)和王家燒鍋雨量站，最大30d降水量分別為625.6mm、431.2mm。大慶地區(qū)東部多年平均年降水量僅約450mm，比本地區(qū)的多年平均年降水量大，迄今為止，2017年最大30d降水量為1917年以來最大值，重現(xiàn)期約104a，因此，該流域發(fā)生了相當于100a不遇的稀遇洪水。

從本次洪水調查成果中可知，1998年之后，肇蘭新河流域發(fā)生大洪水的年份有2013年、2017年、2018年、2019年和2020年。由于該流域近幾年連續(xù)發(fā)生大洪水的緣故，過去采用的青肯泡蓄滯洪區(qū)最大30d洪量徑流深統(tǒng)計參數(shù)，即均值12.5mm明顯偏小，直接影響肇蘭新河綜合治理工程的設計流量。因此，本次在已有成果的基礎上，增加近幾年洪水還原成果后，全面分析了青肯泡蓄滯洪區(qū)最大30d洪量徑流深統(tǒng)計參數(shù)，結果均值15.5mm明顯>過去采用的成果(12.5mm)，比原成果大24%[1-2]。

1 青肯泡蓄滯洪區(qū)

青肯泡位于肇東、安達兩市交界處，濱州鐵路曹家車站北側，為自然水泡子，泡底寬平，北坡較陡，形成天然有利的蓄滯洪區(qū)，承接東湖水庫泄水，東北部有吉星崗、幸福兩排干匯入，總控制面積2524km2，占全流域面積的50%；集水面積2366km2，最大庫區(qū)面積141.6km2。

青肯泡蓄滯洪區(qū)按50a一遇洪水設計，100a一遇洪水校核。設計洪水位144.86m，設計總庫容1.61億m3；校核洪水位145.12m，校核總庫容1.917億m3。青肯泡大壩長7100m，壩頂高程146.90m，最大壩高3.57m，迎水坡比1:4，背水坡比1:3，壩頂寬度5m，上下游均為草皮護坡。

泄洪閘位于主壩中部，堰型為寬頂堰，閘底高程142.5m，共有6孔，單孔凈寬2m，最大泄流量76m3/s。原建時間1966年10月，1999年夏季對泄洪閘進行過整修加固。

1983年大慶乙烯廠明渠排污工程，確定了采用東線明排方案，借用肇蘭新河進行污水排放，故修建了污水庫。污水庫是原青肯泡蓄滯洪區(qū)的一部分，在青肯泡南部修建隔堤工程(隔壩長8.6km，壩頂寬4m)，將蓄滯洪區(qū)分為南、北兩部分。隔壩以南為污水庫，庫面積為25km2，總庫容2420萬m3，以備冬季儲存大慶石油石化、乙烯廠工業(yè)廢水，經(jīng)凈化后翌年汛期排出，年排污總天數(shù)約133d，排污流量為5-10 m3/s。

2 最大30d洪量徑流深

由于本地區(qū)缺乏徑流資料，所以采用1966年各泡子洪水調查資料為基礎，加入1987年、1988年、1998年等青肯泡蓄滯洪區(qū)還原資料，并用徑流深進行頻率分析，適線結果得出青肯泡蓄滯洪區(qū)一次洪量徑流深均值為12.5mm，變差系數(shù)Cv=1.5，偏態(tài)系數(shù)Cs=2.0Cv。

在過去還原成果的基礎上，本次再考慮2013年和2017-2020年青肯泡蓄滯洪區(qū)還原資料，其中：2013年和2018年、2019年和2020年，根據(jù)實測庫水位和泄流量資料還原30d洪量；2017年在幸福排干末端左側發(fā)生潰堤，大部分洪水繞過青肯泡蓄滯洪區(qū)直接流入肇蘭新河，故本次依據(jù)大慶防洪管理處提供的視頻影像資料和文字材料，繪制洪泛區(qū)范圍后，初估淹沒水深，并還原相應的洪水總量，最終估算2017年30d洪量徑流深為102mm(可能偏小)。

本次采用的最大30d洪量徑流深均值為15.5mm，變差系數(shù)Cv=1.65，偏態(tài)系數(shù)Cs/Cv=1.1。

從青肯泡蓄滯洪區(qū)30d徑流深頻率曲線圖中可以看出，安肇新河北二十里泡點據(jù)和肇蘭新河青肯泡蓄滯洪區(qū)點據(jù)，明顯分為2條曲線，故本次不能再把2條線合并為一條線處理。

因此，今后建議大慶地區(qū)最大30d洪量徑流深將劃分為3個分區(qū)，即東部地區(qū)(青肯泡蓄滯洪區(qū))肇蘭新河流域，最大30d洪量徑流深均值為15.5mm，變差系數(shù)Cv=1.65，偏態(tài)系數(shù)Cs/Cv=1.1；中部地區(qū)(北二十里泡等)安肇新河流域，最大30d洪量徑流深均值為11.5mm，變差系數(shù)Cv=1.65，偏態(tài)系數(shù)Cs/Cv=2；西部地區(qū)最大30d洪量徑流深均值為0.7×11.5mm=8.05mm，變差系數(shù)Cv=1.65，偏態(tài)系數(shù)Cs/Cv=2。

3 肇蘭新河平原區(qū)設計流量

從黑龍江省水文圖集最大流量參數(shù)Cp等值線圖中，可以看出，肇蘭新河平原區(qū)應Cp<1.5,如：軍馬場排干、寶龍莊排干、蘭西縣肇蘭新河上游段Cp值均>2.0或接近于2.0，從定性上，Cp值偏大較多，不合理；宣化排干匯入口斷面Cp值偏小較多，也不合理。

從三江平原地區(qū)P=5%平原區(qū)排水流量參數(shù)Cp的經(jīng)驗值來看，治理前Cp≈0.55，治理后Cp≈2.21。也就是說，平原區(qū)內排水工程的配套程度越高，Cp值會越大，反之，平原區(qū)內排水工程的配套程度越低，Cp值會越小。

除了宣化排干匯入口斷面20a一遇洪峰流量外，其它控制斷面20a一遇洪峰流量，1989年采用成果最大，2010年成果最小，本次成果次小。由于2010年成果和本次成果為采用簡化公式1(概化過程線法)計算的時段洪峰流量，所以<1989年采用成果，定性上合理，若考慮瞬時洪峰流量與時段洪峰流量比值后，則2010年成果和本次成果更接近于1989年采用成果。

4 工程地點設計洪水

除了軍馬場排干、寶龍莊排干、蘭西縣肇蘭新河上游段斷面的平原區(qū)面積所占比例較小外，其它斷面的平原區(qū)面積所占比例均≥70%。因此，迄今為止，歷次工作中采用的P=5%最大流量參數(shù)Cp≈1.0，符合松嫩低平原區(qū)洪水參數(shù)Cp值分布規(guī)律，故較合理。

一般情況下，設計排水區(qū)內的山丘區(qū)位于上游，平原區(qū)位于下游，坡水往往通過平原區(qū)的過程中洪水波不斷地坦化，因此，坡水流量應該考慮洪水波展平因素，即山丘區(qū)洪水的洪峰流量應該考慮折減系數(shù)(坦化后的洪峰流量與最大流量的比值B≤1)后，組合計算加權平均排水流量。

洪水波坦化的折減系數(shù)B，定性上說，山丘區(qū)匯水面積越大，折減系數(shù)會越小，反之，山丘區(qū)匯水面積越小，折減系數(shù)會越大；排水區(qū)的形狀越接近于正方形或扇形，折減系數(shù)會越大；排水區(qū)的形狀越接近于狹長形的長方形，即長寬比越大的長方形，折減系數(shù)會越小；平原區(qū)內排水工程的配套程度越高，折減系數(shù)會越大，反之，平原區(qū)內排水工程的配套程度越低，折減系數(shù)會越小[3-4]。

5 設計洪水組合

大慶地區(qū)設計洪水由坡地洪水和平原區(qū)排水同頻率組合而成，故在設計區(qū)域和設計標準確定的情況下，坡地洪水和平原區(qū)排水同頻率組合后的設計洪水往往大于所確定的設計標準。

一般的排水區(qū)而言，單純的平原區(qū)或山丘區(qū)的情況并不多，大多數(shù)情況是設計排水區(qū)內，既有平原區(qū)和山丘區(qū)，又有城區(qū)等，故不同類型的設計流量需要進行組合。

設計排水區(qū)內的不同類型排水分區(qū)，采用不同的方法，單獨計算排水流量后，直接相加的流量作為整個排水區(qū)的設計流量，這種方法的基本假定是各排水分區(qū)內的洪水傳播時間較短，可以忽略不計，故該組合方法只適用于集水面積較小的情況。這種方法是目前大家最常用的方法，主要優(yōu)點是簡單易用，計算工作量小，便于推廣應用；主要缺點是應用范圍小，組合的設計流量偏大(峰對峰相加的緣故)，組合后的設計頻率不宜確認是否滿足規(guī)范要求。

5.1 組合公式

經(jīng)過分析大慶地區(qū)明青坡地洪水和青肯泡蓄滯洪區(qū)設計洪水后，下面具體研究如何推求肇蘭新河各控制斷面的設計流量問題：

Qmp=Q坡P+Q平=Q平P+Q坡，F(xiàn)坡+F平=F

(1)

式中：Qmp為肇蘭新河各控制斷面的設計流量，m3/s，Q坡P、Q坡分別為設計坡水流量、相應坡水流量，m3/s；Q平P、Q平分別為平原區(qū)設計流量、相應排水流量，m3/s；F平、F坡、F分別為平原區(qū)面積、山丘區(qū)面積、集水面積，km2。

當F平/F≥50%或Q平P/(Q坡P+Q平P) ≥50%時，采用Qmp=Q平P+Q坡公式計算組合流量Qmp；當F坡/F>50%或Q坡P/(Q坡P+Q平P) >50%時，采用Qmp=Q坡P+Q平公式計算組合流量Qmp。

5.2 簡化方法

在實際工作中，Q坡P和Q平P比較容易計算，而推求相應流量Q坡和Q平問題比較復雜。因此，下面重點研究如何簡化處理上述的組合公式問題：

Qmp=K3(K1Q坡P+K2Q平P)=K3K1Q坡P+K3K2Q平P

(2)

式中：K1為坡水洪峰流量展平系數(shù)≤1；K2為瞬時洪峰流量與時段洪峰流量比值≥1；K3為坡水和平原區(qū)兩個均為主洪水修正系數(shù)≤1；Q平P為平原區(qū)設計時段洪峰流量，m3/s，由于K2與K3的乘積K3K2≈1，故把上式簡化為如下的計算公式：

Qmp=K3K1Q坡P+Q平P

(3)

式中：K3和K1乘積K，在不同山丘區(qū)和平原區(qū)組合情況下，準確的確定K值很難，因此，特提出如下的進一步簡化的計算公式。

1)簡化公式1：QmP=0.0598×Rp×F0.47，Rp=Kp×R0。由于該公式計算的設計流量為時段洪峰流量，故當平原區(qū)面積所占比例較大時，可以近似地作為瞬時設計洪峰流量，否則在此基礎上應該再考慮>1的瞬時洪峰流量和時段洪峰流量的轉換系數(shù)K2≥1。

式中：QmP為設計洪峰流量，m3/s；Rp為設計徑流深，mm；0.0598為單位換算系數(shù)，0.47為面積指數(shù)，F(xiàn)=F坡+F平為總集水面積，km2。

式中：n為面積指數(shù)，初步分析結果，普遍而言(絕大多數(shù))，隨著F坡/F比值增大，n值也有增大的趨勢，但不是十分敏感。F平為平原區(qū)集水面積，km2；F坡為山丘區(qū)流域面積，km2，其它符號同上。

依據(jù)山丘區(qū)面積所占比例與面積指數(shù)的大多數(shù)點群中心確定的回歸直線方程為n=0.7011(F坡/F)+0.4371，0.15≤F坡/F≤0.5。當F坡/F<0.15時，最好不要采用簡化公式2，而建議采用簡化公式1。當F坡/F>0.5時，最好采用簡化公式2，面積指數(shù)n≥0.8，具體確定n值時一定要慎重。

6 復核結論

宣化排干匯入口斷面設計流量(20a一遇洪水標準)，原成果明顯偏小，比5a一遇排水模數(shù)計算成果還小，明顯不合理；寶龍莊排干口斷面(F=1620km2)設計流量，原成果明顯偏大，比靠山排干匯入口斷面(F=1983km2)還大，也明顯不合理；蘭西肇蘭新河斷面設計流量，原成果偏大是合理的，故建議采用簡化公式2計算設計流量，除此之外，其它控制斷面的設計流量，建議均采用簡化公式1成果為盼。

采用本次簡化公式1計算的P=5%設計流量，肇蘭新河寶龍莊排干口斷面(F=1620km2)以上的設計流量，原成果偏小10%-20%；寶龍莊排干口斷面以下至呼蘭河口(F=2686km2)的設計流量，原成果偏小5%；軍馬場排干和寶龍莊排干的設計流量，原成果偏小3%左右；蘭西肇蘭新河斷面設計流量，原成果偏大28.2%，因為該斷面以上山丘區(qū)面積占總集水面積的比例較大(70%)，故不能采用簡化公式1(主要適用于平原區(qū)面積占總集水面積的比例較大的情況)計算成果，而采用簡化公式2計算成果即可。

7 分析與討論

近幾年來，大慶地區(qū)連續(xù)發(fā)生大洪水的緣故，迄今為止，該地區(qū)采用的設計洪水成果，受到了較大的非議，而且該成果直接涉及到整個大慶地區(qū)防洪工程體系的規(guī)模問題，非同小可。因此，特提出如下的個人見解，只起到拋磚引玉的作用，供大家廣泛討論。

7.1 明青坡地洪水

1966年安達閉流區(qū)規(guī)劃時，對大青岡、五福堂、三排二、劉大讓共四大堿溝及肇東以東兩條自然溝進行了洪水調查，主要調查1932年、1945年洪水。1988年春，對明青坡地又進行了洪水調查，主要調查1987年洪水。1988年冬，對明青坡地再次進行了洪水調查，主要調查1988年洪水(冬季仍有部分洪水存留)，因此，難以進行調查工作，故只收集了大青崗堿溝上的187及友愛站實測洪峰流量成果。(備注：1988年187、友愛站因上游先鋒等兩個小水庫潰壩，造成洪峰流量偏大，其影響對187點較大，友愛站較小。)

7.1.1 1989年成果

1989年《大慶地區(qū)近期防洪工程初步設計水文分析和計算成果》中，根據(jù)1932年、1945年、1987年點據(jù)確定綜合線成果如下：

Qm=Kp/K0×C0×F0.67= 0.4808Kp×F0.67=CF0.67，K0=6.032，C0=2.9，Cv=2.1(借用雙陽水文站成果)，Cs/Cv=2.25。

式中：Qm為設計洪峰流量，m3/s；0.67為面積指數(shù)；Kp為最大流量模比系數(shù)；K0為P=3.43%相應的模比系數(shù)；C0為P=2.5/72=3.43%(復核結果為3.47%)相應的最大流量系數(shù)；Cv為變差系數(shù)；Cs為偏態(tài)系數(shù)；F為集水面積，km2。

7.1.2 2000年成果

2000年大慶地區(qū)防洪工程可行性研究中，在以往洪水調查成果的基礎上，加入1998年洪水點據(jù)后，并根據(jù)1987年、1945年點據(jù)確定綜合線。1998年洪水略小于1988年洪水，1988年洪水為1917年以來的第1位，1998年為第2位，歷史洪水的重現(xiàn)期為82年。1987年和1945年洪水為同級，為82年以來的3.5位，故經(jīng)驗頻率P=3.5/(82+1)=4.22%。

因此，明青坡地洪水地區(qū)綜合公式：Qm=2.4F0.67(P=4.22%)，根據(jù)雙陽水文站設計洪峰流量統(tǒng)計參數(shù)成果(Cv=1.87，Cs/Cv=2.25)，將P=4.22%相應的Qmp=2.4F0.67公式轉換為P=2%相應的Qmp=3.433F0.67，并與1989年成果(Qmp=3.07F0.67)比較，設計值較接近，故2000年可研中采用了1989年設計洪水成果。

7.1.3 2010年成果

2010年大慶地區(qū)防洪工程(一期工程)初步設計報告中，根據(jù)明青坡地洪水調查成果點繪的Qm-F關系圖(有1932年、1945年、1961年、1987年、1988年、1998年的洪峰流量點據(jù)26個)，在以往洪水調查成果的基礎上，加入1998年洪水點據(jù)后，并根據(jù)1987年、1945年點據(jù)確定綜合線。

1998年洪水略小于1988年洪水，1988年洪水為1917年以來的第一位，1998年為第二位，歷史洪水的重現(xiàn)期為92年。1987年和1945年洪水為同級，為92年以來的3.5位，故經(jīng)驗頻率P=3.5/(92+1)=3.76%。因此，明青坡地洪水地區(qū)綜合公式：Qm=2.04F0.67(P=3.76%)，根據(jù)雙陽水文站設計洪峰流量統(tǒng)計參數(shù)成果(Cv=1.87，Cs/Cv=2.25)，將P=3.76%相應的Qmp=2.04F0.67公式轉換為P=2%相應的Qmp=2.746F0.67，并與1989年成果(Qmp=3.07F0.67)比較，設計值很接近，故2010年初設中仍采用了1989年設計洪水成果。

7.1.4 歷次成果分析

從歷次雙陽水文站設計洪水成果中可以看出，本次友愛站設計洪水轉換的成果最大(Cp=3.84)，其次為本次復核成果(Cp=2.314)，再次為2000年成果(Cp=2.184)，最小為2010年成果(Cp=1.746)，次小為1989年采用成果(2000年和2010年最終也采用該成果Cp=1.86)。迄今為止，大慶地區(qū)明青坡地設計洪水采用成果就是1989年成果，P=5%相應的Cp=1.86，從黑龍江省水文圖集最大流量參數(shù)Cp等值線圖上看，該區(qū)域應Cp<2.0，故采用成果符合地區(qū)分布規(guī)律。

7.1.5 明青坡地設計洪水復核

從青肯泡蓄滯洪區(qū)上游任民鎮(zhèn)和王家燒鍋雨量站1980-2020年共41a30d降水量統(tǒng)計成果中可以看出， 30d降水量超過300mm的年份，任民鎮(zhèn)站有1998年、2003年、2017年、2018年、2019年和2020年，王家燒鍋站有1998年、2009年、2012年、2017年、2018年、2019年和2020年。因此，為了確保大慶地區(qū)的防洪安全，在過去明青坡地歷史洪水調查成果的基礎上，本次又進行了1998年、2003年、2009年、2012年、2017-2020年洪水調查工作，并對明青坡地設計洪水采用成果進行了復核。

7.1.6 明青坡地洪水綜合分析

從本次復核成果和水文圖集最大流量參數(shù)Cp等值線圖中可以看出，工程地點若在雙陽河流域，則可以采用雙陽河水庫可研或初設成果(或2020年成果)，否則在明青坡地就建議采用其它成果即可。從水文圖集最大流量參數(shù)Cp等值線圖中可以看出，明青坡地最大流量參數(shù)1≤Cp≤2，雙陽河流域最大流量參數(shù)2≤Cp≤3。

本次復核成果1是在2010年成果(沒有考慮近幾年洪水調查點據(jù))的基礎上，只是調整了重現(xiàn)期N=104a，經(jīng)驗頻率Px=3.5/105=3.33%。本次復核成果2是在2010年成果的基礎上，考慮近幾年洪水調查點據(jù)后，根據(jù)點群中心確定地區(qū)綜合線，綜合公式為Qp=2F0.714，相應頻率P=4.87%(20.53a一遇)，非常接近于P=5%(20a一遇洪水標準)。該成果對雙陽水文站而言，綜合公式計算成果436 m3/s，非常接近于本次雙陽水文站洪水系列延長至2020a后，20a一遇洪峰流量頻率計算成果430 m3/s。這正說明明青坡地調查洪水的地區(qū)綜合成果與雙陽水文站設計洪水成果符合性很好，但具體應用到明青坡地設計洪水成果偏大，因此，仍建議采用1989年原成果。

7.2 平原區(qū)設計洪水

7.2.1 1989年采用成果

1989年《大慶地區(qū)近期防洪工程初步設計水文分析和計算成果》中，大慶地區(qū)平原排水采用的地區(qū)綜合公式為：

Qm=1.1F0.66(P=1.37%)，Qp=0.91F0.66(P=2%)，變差系數(shù)Cv=2.1，Cs/Cv=2.25。

7.2.2 簡化算法

QmP=(1+F坡/F)m×Q平P，當F坡=0時，QmP=Q平P。或QmP= (1+F坡/F平)0.47×Q平P，當F坡>F平時，有時誤差會較大，故這時不易采用。

當F坡/F<0.15時，QmP≈Q平P；當0.15≤F坡/F≤0.5 時，m=0.7011(F坡/F)+0.4371；當F坡/F>0.5時，m≥0.8，具體確定面積指數(shù)m值時一定要慎重。

式中：QmP、Q平P為分別為總設計流量、平原區(qū)設計洪峰流量，m3/s；Rp為設計30d徑流深，mm；0.0598為單位換算系數(shù)，0.47為面積指數(shù)；F坡、F平、F為分別為山丘區(qū)、平原區(qū)和控制斷面的集水面積，km2。

7.3 設計洪水成果

1989年肇蘭新河平原區(qū)按上述的地區(qū)綜合公式計算設計洪峰流量(P=5%)結果，除了宣化排干匯入口斷面之外，其它均>1989年肇蘭新河工程地點設計洪峰流量(P=5%)采用成果，這說明該地區(qū)綜合公式的計算成果不合理。本次采用簡化公式計算的肇蘭新河工程地點設計洪峰流量(P=5%)成果，除了蘭西肇蘭新河成果之外，其它成果均合理，可以放心采用簡化算法成果。

8 結 語

經(jīng)過上述綜合分析后可知,單純1989年成果而言，采用Qp=3.814F0.67(P=2%)和Qp=3.07F0.67(P=2%)相對誤差為24.2%，P=5%最大流量參數(shù)Cp值分別為2.31和1.86，并綜合考慮洪水波展平、坡水和平原排水同頻率組合等因素后，從黑龍江省水文圖集P=5%最大流量參數(shù)Cp值等值線圖中，可以看出，明青坡地P=5%最大流量參數(shù)Cp值應<2.0，否則不合理。因此，迄今為止，歷次設計成果中均采用1989年綜合公式：Qp=3.07F0.67(P=2%)絕不是偶然的，而是權衡各種利弊之后的必然結果。

另外，肇蘭新河流域設計流量簡化算法，實際上是以青肯泡蓄滯洪區(qū)設計最大30d洪量徑流深成果作為基礎模型，采用大慶地區(qū)概化過程線方法，推求不同的山丘區(qū)和平原區(qū)組合洪水成果。經(jīng)過實際檢驗結果，證明該簡化算法適用于山丘區(qū)面積占總集水面積的比值(F坡/F)≤50%情況，換言之，平原區(qū)面積占總集水面積的比值(F平/F)≥50%情況，若(F坡/F)>50%或(F平/F)<50%，則為了慎重起見，建議大家采用多種方法綜合比較后，合理選用為好。