張麗霞，梁新平

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002）

在水利工程設(shè)計(jì)中，大多數(shù)引供水工程輸水線路較長(zhǎng)，其輸水線路經(jīng)過(guò)山區(qū)河道、溝道時(shí)，考慮到防洪、沖刷的影響，需要計(jì)算一定防洪標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水，以保護(hù)輸水管道的防洪安全。但線路穿越的山洪溝道區(qū)域大多為無(wú)實(shí)測(cè)水文資料地區(qū)，需要由設(shè)計(jì)暴雨間接推求設(shè)計(jì)洪水[1,2]。因此，文中以南疆和田地區(qū)某小流域?yàn)槔?，采用推理公式法進(jìn)行暴雨洪水計(jì)算，可較充分地反應(yīng)小流域特點(diǎn)，符合客觀實(shí)際且實(shí)用方便。

1 工程概況

南疆和田地區(qū)某引水工程管線跨越小洪溝眾多，這些小洪溝均發(fā)源于昆侖山北坡喀河中低山區(qū)、淺山區(qū)及沖洪積扇區(qū)，洪溝自東向西平行排列，管線橫切幾十條洪溝。工程區(qū)地處塔里木盆地南緣，氣候干旱，但夏季受中亞低渦及低槽活動(dòng)的影響，結(jié)合充分水汽條件，能出現(xiàn)大降水，從而發(fā)生暴雨洪水。區(qū)域持續(xù)性降雨和局地暴雨雨強(qiáng)較大時(shí)，流域超滲產(chǎn)流會(huì)形成暴雨洪水。暴雨洪水主要由中、低山區(qū)降雨形成，雨區(qū)面積有限，不易形成較大的洪水。由于降水量不同形成的洪水規(guī)模不同。此類洪水起漲很快，但歷時(shí)短，峰值與降水關(guān)系密切，洪水挾沙量大。暴雨歷時(shí)多為幾小時(shí)或十幾小時(shí)，經(jīng)溝谷匯流，形成山洪。土石山區(qū)下墊面土壤下滲強(qiáng)度較大，隨雨強(qiáng)變化，洪水特性為：暴雨洪水形成超滲產(chǎn)流，歷時(shí)短、峰較高、陡漲陡落，洪水過(guò)后馬上形成干溝。洪溝洪水對(duì)跨河建筑物安全及施工期臨時(shí)建筑物會(huì)產(chǎn)生一定的洪水破壞作用。

2 歷史洪水調(diào)查

2020年4月24日與5月8日，項(xiàng)目組分別對(duì)工程范圍內(nèi)較大的2條洪溝（樁號(hào)39+163、樁號(hào)48+050）進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

為保證洪痕判斷的準(zhǔn)確性，所有調(diào)查斷面均以具有漂浮物殘存的最高水蝕岸坎作為洪痕的判斷依據(jù)，并對(duì)洪水水面線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合理性檢查，故現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)成果是可靠的。此次由于無(wú)法判斷調(diào)查斷面洪痕發(fā)生年代，所以無(wú)法判定重現(xiàn)期。各調(diào)查洪溝大斷面水力要素成果見(jiàn)表1。

表1 調(diào)查洪溝最高洪水?dāng)嗝嫠σ厍闆r

根據(jù)實(shí)測(cè)洪溝大斷面資料及各斷面糙率n、比降J，采用曼寧公式計(jì)算各斷面洪痕水位的流量Q：

計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 各洪溝2020年調(diào)查洪峰流量計(jì)算表

3 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

根據(jù)南疆和田地區(qū)平原區(qū)和山區(qū)降水資料（同古孜洛克水文站、烏魯瓦提水文站）分析可知，當(dāng)高程每增加100m時(shí)，最大1d降水量增加1.2mm。項(xiàng)目洪水集水區(qū)平均高程為1715m，和田市氣象站高程為1376m，項(xiàng)目洪水集水區(qū)與和田氣象站高程相差339m，根據(jù)和田市氣象站氣象資料推算出項(xiàng)目洪水集水區(qū)最大1d降水量均值為15.12mm。采用P-Ⅲ型頻率曲線適線[3]，計(jì)算項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)最大1d降水量，頻率適線參數(shù)Cv和Cs采用和田氣象站最大1d降水量頻率適線參數(shù)。和田市氣象站及項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)最大1d降水量成果見(jiàn)表3。

表3 和田市氣象站及項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)最大1d降水量

4 暴雨洪水計(jì)算

設(shè)計(jì)洪水計(jì)算是根據(jù)推理公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Qmp為洪峰流量，m3/s；F為流域面積，km2；L為沿主河從山口斷面至分水嶺的最長(zhǎng)距離，km；J為沿流程L的平均比降（以小數(shù)計(jì)）；τ為流域匯流歷時(shí)，h；m是匯流參數(shù)；h為在全面匯流時(shí)代表相應(yīng)于時(shí)段的最大凈雨，在部分匯流時(shí)代表單一洪峰的凈雨，mm。

1）流域特征參數(shù)F，L，J的量算

F，L，J參數(shù)在1∶50000地形圖上量算。沿線各山洪溝集水面積F，以渠線相交的斷面以上按各山洪溝所圍最大面積量算。溝口位置以渠線與洪溝相交斷面為準(zhǔn)，并按渠線走向給各洪溝編排序號(hào)。溝長(zhǎng)L按各洪溝最遠(yuǎn)流程量算。比降J計(jì)算中，先量算各溝口及源頭高程，計(jì)算各等高線間河段長(zhǎng)，按加權(quán)平均計(jì)算J。

2）土壤下滲強(qiáng)度μ值

由管線山洪溝當(dāng)?shù)赝寥缹?shí)地情況，根據(jù)《小流域暴雨洪峰流量計(jì)算》[4]中對(duì)μ值作的實(shí)際研究，產(chǎn)流期的平均損失率μ值與其相應(yīng)的暴雨強(qiáng)度有下列關(guān)系：

式中：μ是土壤下滲強(qiáng)度；R是損失系數(shù)；SP是雨力；r1是損失指數(shù)。

式中的損失系數(shù)R和損失指數(shù)r1是反映不同下墊面條件，不同土類的平均損失的計(jì)算參數(shù)。損失參數(shù)可由《小流域暴雨洪峰流量計(jì)算》提供的表查得。

根據(jù)輸水線路的地面條件，取土類為Ⅱ類前期土壤中等濕潤(rùn)。

3）雨力SP定量

根據(jù)最大24h設(shè)計(jì)雨量成果，按下式計(jì)算：

式中：t為24h，H24p為最大24h設(shè)計(jì)雨量。

4）暴雨衰減指數(shù)n值

因歷年暴雨歷時(shí)大都在24h之內(nèi)，因此只需定出1h≤t≤24h暴雨衰減指數(shù)n值，由于各溝暴雨歷時(shí)多大于1h，且tc＜τ為部分匯流，n值由《新疆可能最大暴雨圖集》[5]中最大1h，6h，24h降雨量等值線圖和最大各時(shí)段降水量Cv值等值線圖讀取數(shù)據(jù)，計(jì)算各時(shí)段設(shè)計(jì)雨強(qiáng)，點(diǎn)繪暴雨雨強(qiáng)歷時(shí)曲線，定出n=0.8，此值與暴雨圖集介紹和田地區(qū)n值是一致的。

5）匯流參數(shù)m值

匯流參數(shù)是反映流域特性的綜合性參數(shù)。而當(dāng)?shù)責(zé)o對(duì)應(yīng)的雨洪資料，調(diào)查洪水無(wú)同期洪水對(duì)應(yīng)，因此用地區(qū)綜合法計(jì)算。m值計(jì)算方法較多，此次計(jì)算采用設(shè)計(jì)洪水規(guī)范所列m值計(jì)算方法。首先按式θ=L/J計(jì)算出渠線各洪溝θ值，θ為匯流參數(shù)，再根據(jù)規(guī)范按Ⅲ類地區(qū)（植被條件一般的土石山丘區(qū)）查算出各洪溝的m值。

6）設(shè)計(jì)成果

經(jīng)計(jì)算，各種頻率時(shí)各山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量成果見(jiàn)表4。

表4 管道沿線山洪溝設(shè)計(jì)洪水成果表

6 結(jié)語(yǔ)

資料匱乏地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水的推求一直是水利工程設(shè)計(jì)當(dāng)中的一個(gè)難點(diǎn)。本文以南疆一水利工程為例，采用推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水的思路，并結(jié)合歷史調(diào)查洪水，推求得到了設(shè)計(jì)洪水成果，為無(wú)資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水的推求提供了一個(gè)可行的操作思路。