蔣小寶

(新余市水利電力建筑工程有限公司，江西 新余 338025)

0 引 言

設(shè)計(jì)洪水參數(shù)的確定對河道防洪工程設(shè)計(jì)影響較大。設(shè)計(jì)洪水參數(shù)過于保守將造成工程投資增大，導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；當(dāng)洪水參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)較低時(shí)則無法滿足防洪需求，影響工程的安全[1-4]。因此，設(shè)計(jì)洪水參數(shù)確定時(shí)，需要考慮流域的地形、地貌等因素，考慮產(chǎn)流、匯流等條件以及水庫調(diào)度的綜合作用[5-7]。結(jié)合陽曲縣楊興河治理工程，對河道設(shè)計(jì)洪水的確定進(jìn)行分析。

1 工程概況

楊興河治理段位于黃寨鎮(zhèn)，治理段終點(diǎn)以上流域面積334.1km2，河道長度36km，流域縱坡14.1‰。治理終點(diǎn)為新陽大橋。治理段以上共有3座水庫，分別是楊興河干流上的陰山水庫、北溝迎春水庫和龍王溝上的龍王溝水庫。設(shè)計(jì)流域特征參數(shù)見表1，主要雨量參數(shù)見表2。

表1 設(shè)計(jì)流域特征值量算表

2 設(shè)計(jì)洪水確定

2.1 匯流計(jì)算

2.1.1 流域模型法

采用流域模型法進(jìn)行匯流計(jì)算的主要原理是：瞬時(shí)單位線法。該方法假設(shè)水庫為串聯(lián)體，對流域調(diào)蓄發(fā)揮作用。

表2 設(shè)計(jì)流域主雨日主雨歷時(shí)及主雨量計(jì)算成果

瞬時(shí)匯流曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(1)

式中：n為水庫總數(shù)；k為調(diào)蓄參數(shù)；t為時(shí)間，h；Γ(n)為伽瑪函數(shù)。

水體時(shí)間概率分布函數(shù)稱為Sn(t)曲線為：

(2)

式中：Γ(n,m)稱為n階不完全伽瑪函數(shù)。

時(shí)段匯流曲線為：

(3)

洪水過程根據(jù)下式計(jì)算。

(4)

式中：Δt為計(jì)算時(shí)段；Δh為凈雨深；A為流域面積，km2；M為時(shí)段數(shù)。

參數(shù)n采用式(5)和式(6)計(jì)算：

n=C1,A(A/J)β1

(5)

C1,A=∑ai·C1,i，i=1，2…

(6)

式中：J為河流縱比降；C1，A為復(fù)合地類匯流參數(shù)；C1，i為單地類匯流參數(shù)；β1為經(jīng)驗(yàn)性指數(shù)；α1為某地類面積權(quán)重。

m1采用下式計(jì)算：

(7)

(8)

C2，A=∑ai·C2,i,i=1,2

(9)

(10)

設(shè)計(jì)流域洪水計(jì)算成果表3。

表3 流域模型法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

2.1.2 推理公式法

洪峰流量Qm及匯流歷時(shí)τ計(jì)算：

根據(jù)式(11)、式(12)及式(13)聯(lián)立方程組求解。

(11)

(12)

ht=Hp(t)-μt

(13)

式中：m為匯流參數(shù)；hR,p為設(shè)計(jì)洪水凈雨深，mm。

表4 推理公式法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

2.1.3 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法

地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法多用于計(jì)算小匯水面積設(shè)計(jì)洪峰流量。

計(jì)算公式為：

Qp=CpSpAN1A-β

(14)

式中：QP為設(shè)計(jì)洪峰流量；CP、N1、β為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；Sp0為概率雨力面平均值。

地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法洪水計(jì)算成果見表5。

表5 經(jīng)驗(yàn)公式法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

洪峰流量計(jì)算中，經(jīng)驗(yàn)公式法成果偏大，經(jīng)驗(yàn)公式法是綜合了流域暴雨特征、下墊面條件等因素所得到的一種經(jīng)驗(yàn)公式，其有關(guān)參數(shù)也是通過區(qū)域內(nèi)水文站實(shí)測資料分析所得，是無資料地區(qū)小流域洪水計(jì)算中常采用的方法，但是由于影響產(chǎn)匯流的因素很多，有關(guān)參數(shù)的確定不可能全部予以考慮甚至忽略，經(jīng)驗(yàn)公式法在計(jì)算過程中流域面積對其影響較大，對于其它流域參數(shù)考慮較少。因此，舍去該種方法成果。

推理公式與經(jīng)驗(yàn)公式法均為相對成熟的方法，其對流域暴雨、產(chǎn)流地類條件、匯流地類條件、流域形狀、縱坡等都進(jìn)行考慮計(jì)算，二者成果相比，推理公式法成果小于流域模型法，出于安全考慮本次采用流域模型法計(jì)算成果。即楊興河50年一遇洪峰流量為377.5m3/s。

2.2 考慮水庫影響的設(shè)計(jì)洪水

陽興河流域內(nèi)有小型水庫7座。本次斷面以上共有3座水庫，分別是陽興河干流上的陰山水庫，北溝迎春水庫和龍王溝上的龍王溝水庫。3座水庫設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300a一遇。

陰山水庫位于楊興河干流上，總庫容520×104m3，為小(1)型水庫。水庫死庫容44.23×104m3，校核洪水位相應(yīng)庫容為454.70×104m3，最大滯洪庫容為410.5×104m3。

迎春水庫位于楊興河支溝上，總庫容52×104m3，是一座以防洪為主的小(2)型水庫，滯洪庫容為24.28×104m3。

龍王溝水庫位于楊興河支溝龍王溝上，總庫容50×104m3，是一座以防洪為主的小(2)型水庫，滯洪庫容為40.74×104m3。

由于水庫對洪水的調(diào)蓄作用，采用經(jīng)驗(yàn)公式估算受水庫影響流域洪水的洪峰流量，公式如下：

(15)

其中：

(16)

式中：k、∑Ai分別為水庫群的平均調(diào)洪系數(shù)、控制面積總和。

消減后設(shè)計(jì)洪水成果見表6。

表6 考慮水庫影響設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

經(jīng)過計(jì)算，陽興河新陽大橋斷面50a一遇洪峰流量317.1m3/s。

表7 治導(dǎo)線規(guī)劃報(bào)告楊興河設(shè)計(jì)洪峰流量成果匯總表 m3/s

3 結(jié) 論

為了確定陽曲縣楊興河的設(shè)計(jì)洪水參數(shù)，采用3種方法對流域匯流進(jìn)行計(jì)算。通過對比不同計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果，從安全角度考慮，確定楊興河治理段50a一遇洪峰流量為377.5m3/s。流域范圍內(nèi)，分布有7座小型水庫，在考慮小型水庫的調(diào)蓄影響下，陽興河新陽大橋斷面50a一遇洪峰流量317.1m3/s。在工程設(shè)計(jì)洪水確定中，需要充分考慮地形地貌、既有工程的影響，以保證洪水參數(shù)與實(shí)際情況較為接近。