綽勒灌區(qū)山洪溝設(shè)計洪峰流量計算

綽勒灌區(qū)山洪海設(shè)計洪峰流量計算楊文斌;樊忠成【摘要】采用地區(qū)經(jīng)驗公式法、推理公式法及〃洪水圖集”法分別對綽勒灌區(qū)19條山洪溝設(shè)計洪峰流量進行了計算，結(jié)果顯示:上述3種方法的設(shè)計成果值相差不大,偏差不超過30%.但計算顯示流域面積越小,地區(qū)經(jīng)驗公式法計算結(jié)果越偏保守，隨著流域面積增加，其計算結(jié)果也愈偏小.針對當?shù)貙嶋H情況、資料系列的延長及公式修正等問題提出了設(shè)計建議.【期刊名稱】《中國水利》【年(卷)，期】2014(000)008【總頁數(shù)】3頁(P26-28)【關(guān)鍵詞】山洪溝;設(shè)計洪峰流量;綽勒灌區(qū);計算【作者】楊文斌;樊忠成【作者單位】內(nèi)蒙古水利規(guī)劃設(shè)計研究院,010020,呼和浩特;內(nèi)蒙古水利規(guī)劃設(shè)計研究院,010020,呼和浩特【正文語種】中文【中圖分類】TV12山洪災(zāi)害具有突發(fā)性強、洪水歷時短、洪量集中、破壞力強、預(yù)報預(yù)警難、防御難度大等特點。近年，山洪災(zāi)害造成人員傷亡、基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)環(huán)境破壞等問題十分突出。山洪溝與大中流域河流相比有許多特點，流域面積小，分布廣、數(shù)量多，絕大多數(shù)沒有水文站，缺乏實測徑流資料，甚至無降雨資料，這些均給山洪溝治理工作帶來了一定的難度。山洪溝治理工作離不開山洪溝設(shè)計洪峰流量的計算。計算方法概括起來有4種：推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗公式法、〃洪水圖集”法和綜合單位線法。應(yīng)用最廣泛的是推理公式法，思路是以暴雨形成洪水過程的理論為基礎(chǔ)，按設(shè)計暴雨推算設(shè)計凈雨，以此計算出設(shè)計洪峰流量。山洪溝設(shè)計洪峰流量的大小直接影響至U排洪溝設(shè)計規(guī)模。本文以綽勒水利樞紐下游內(nèi)蒙古灌區(qū)（以下簡稱〃綽勒灌區(qū)”）為例，采用地區(qū)經(jīng)驗公式法、推理公式法及〃洪水圖集”法，分別對該灌區(qū)內(nèi)各山洪溝進行計算，以此確定綽勒灌區(qū)各山洪溝設(shè)計洪峰流量。一、計算原理（方法）簡述地區(qū)經(jīng)驗公式法、推理公式法及〃洪水圖集”法計算原理分別如下：地區(qū)經(jīng)驗公式法5年一遇設(shè)計洪峰流量：Q20%=2.67F0.5910年一遇設(shè)計洪峰流量：Q10%=4.80F0.58式中，F(xiàn)為集水面積（km2）。推理公式法現(xiàn)行標準SL44-2006《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》中計算小流域暴雨洪峰流量推理公式為：式中，Qm為設(shè)計洪峰流量（m3/s）;F為流域面積（km2）;h為時段的最大凈雨，部分匯流時代表單一洪峰時凈雨（mm）;m為徑流系數(shù)；t為匯流歷時（h）;L為河道長度（km）;J為河道平均比降。“洪水圖集”法采用《黑龍江省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》，應(yīng)用徑流資料推求設(shè)計洪峰流量。二、工程實例灌區(qū)概況綽勒灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部興安盟扎賚特旗境內(nèi)，地處嫩江右岸一級支流綽爾河綽勒水利樞紐下游，由樞紐尾水渠出口起，北緣以綽爾河防洪大堤為界，東接保安沼灌區(qū)，西與低山丘陵沖洪積平原接壤，南至黑龍江省界。北緯46。30'~46。50'，東經(jīng)122。30'~123。30',東西向長51km,南北寬6~23km，總土地面積536.67km2。灌區(qū)延綽爾河方向依次由索格營子、五道河子、好力保3個灌域組成。索格營子灌域是綽爾河上的一座自流引水灌域，原為綽勒灌域，位于綽勒水利樞紐下游0.46km處，東西向布置，東起茂林格爾大橋下0.46km,西至烏蘭套海。東西長14.5km，南北寬6.0km。總土地面積60.73km2，耕地面積4.75萬畝（15畝=1hm2,下同），均為水田。五道河子灌域位于五道河子引水樞紐下游，呈南北方向布置，西起五道河子引水樞紐，東至三合村，北靠綽爾河堤防，南與二龍濤河相鄰，東西寬18km，南北長21km?？偼恋孛娣e371.60km2，耕地面積43.64萬畝，現(xiàn)有水澆地面積17.15萬畝。好力保灌域位于好力保引水樞紐下游,呈南北方向布置,西起好力保引水樞紐,東至保安沼農(nóng)場，北靠綽爾河堤防，南與泰來縣相鄰，東西寬11km，南北長17.8km。總土地面積104.33km2，耕地面積11.67萬畝，現(xiàn)有水田面積3.5萬畝，水澆地面積5.6萬畝。氣象條件綽勒灌區(qū)屬寒溫帶大陸性半濕潤性氣候，春季干燥多風，夏季濕熱多雨，秋季涼爽，早晚溫差大，冬季寒冷干旱，歷時長達半年之久。多年平均氣溫4.3°C，多年平均年降水量433.2mm，降水量時空分布不均勻，年降雨多集中在5—9月份，降雨量為393mm，多年平均年蒸發(fā)量（20cm）1760mm，多年平均日照時數(shù)2855h,210°C有效積溫2831.8°C。多年平均無霜期164天，最大凍土深2.42m（1969年），多年平均風速3.33m/s。水文測驗資料綽爾河干流上共設(shè)有3個水文站，自上而下依次為123公里界碑處、文得根、兩家子。綽勒灌區(qū)位于文得根與兩家子水文站之間。兩水文站均設(shè)立于20世紀50年代初期?？刂屏饔蛎娣e15544km2。實測水位、流量觀測系列都在40年以上，資料系列較長，且測驗整編精度較高，可作為設(shè)計依據(jù)。兩家子水文站位于綽勒灌區(qū)下游，區(qū)間產(chǎn)流不多，以兩家子站作為設(shè)計依據(jù)站，文得根站作為設(shè)計的主要參證站。文得根、兩家子站同期流量資料系列為1955年1月一2012年12月。洪水綽爾河洪水多由暴雨形成，洪水的大小、洪水的多寡取決于暴雨量、暴雨強度及其分布。暴雨多發(fā)生在7—8月，形成暴雨的主要天氣系統(tǒng)有高空槽、貝加爾湖低壓、蒙古低壓和華北氣旋。暴雨中心多在綽爾河中上游，降雨量自上游向下游逐漸減少。1998年暴雨中心在文得根站附近。以兩家子水文站暴雨資料統(tǒng)計，一次暴雨歷時1~3天，主要暴雨量集中在一天。最大一日雨量占最大三日雨量的70%~85%。實測最大一日暴雨量為126.8mm（1983年7月2日），實測最大三日暴雨量為154.9mm（1983年7月1日）。暴雨資料統(tǒng)計成果見表1。年最大洪峰流量發(fā)生與暴雨同期，出現(xiàn)在6—9月份，其中以7—8月份最多，占70%以上，其他月份年最大洪峰出現(xiàn)比例僅占30%，而且流量數(shù)值較小。綽爾河上游山區(qū)區(qū)域形成洪水的特點是：洪峰陡漲陡落，峰大量小，年際變化很大。洪水過程一般可分為單峰型或雙峰型（主峰在后），一次洪水過程歷時在20天左右，主要洪量多集中在7天內(nèi)，最大7天洪量占最大15天洪量的50%~70%。山洪溝流量計算成果綽勒灌區(qū)自西南邊界起，穿越灌區(qū)腹部的自然山洪溝共有19條，其中：索格營子灌域9條，五道河子灌域10條。每逢汛期，這些山洪溝和坡面溝（有的直接匯入綽爾河，有的匯入滯洪泡子）洪水順地勢入侵灌區(qū)，淹沒農(nóng)田，每年均有不同程度災(zāi)害發(fā)生。為了確保灌區(qū)不受洪水災(zāi)害威脅，綽勒灌區(qū)設(shè)計中對這些山溝進行治理，建立一個山溝洪水的防御系統(tǒng)。根據(jù)灌區(qū)設(shè)計規(guī)范及防洪設(shè)計規(guī)范，山洪溝洪水防御標準為5年一遇~10年一遇，由此確定本次山洪溝洪水設(shè)計防御標準采用10年一遇。分別采用地區(qū)綜合法、推理公式法及〃洪水圖集”法，對此19條山洪溝設(shè)計洪峰流量進行計算。（1）地區(qū)經(jīng)驗公式法灌區(qū)內(nèi)諸多山洪溝，均未設(shè)有水文測站，調(diào)查資料也很少，給洪水分析計算工作帶來不少困難。這次山洪溝洪水分析計算中，采用系列截至2010年的綽爾河、洮兒河流域設(shè)計洪峰流量地區(qū)綜合經(jīng)驗公式計算，見表2。表1兩家子水文站暴雨統(tǒng)計分析項目均值（mm）CVCS/CV5%10%20%最大1小時暴雨（1958—1998年）28.00.553.558.948.237.5最大3小時暴雨（1958—1998年）36.90.543.576.663.149.4最大6小時暴雨（1958—1998年）41.20.513.582.869.154.4最大12小時暴雨（1958—1998年）50.00.513.5100.283.466.1最大24小時暴雨（1958—1998年）58.20.483.5113.595.476.7最大三日暴雨（1958—1998年）72.20.423.5131.8113.093.3表2索格營子、五道河子灌域山洪溝設(shè)計洪峰流量成果表名稱流域面積溝長km）河溝比降匯流歷時地區(qū)經(jīng)驗公式法推理公式圖集法（km2）（%o（h）QQQ10%Q5%20%10%索格營子溝0.461.14380.751.693.062.942.47蘇莫楚魯溝3.572.7321.635.6610.0411.89.76毛列格爾溝2.733.76292.514.838.596.438.15索巴潤巴拉溝18.58.4204.5614.9326.0727.629.38格營朝鮮屯溝28.68.52353.0519.3133.5736.339.34子灌烏蘭毛德溝1.091.31240.92.815.055.624.41域4.73322.226.6811.8212.311.78尖山溝新立屯溝13.65.7282.5612.4521.8123.723.91哈德那拉溝1.42.28261.523.265.834.855.21烏蘭套海溝0.560.8120.50.741.93.433.42.82后音德爾溝9.633.6812.13.3610.1617.8518.218.97音德爾北溝2.250.9118.40.594.317.6810.27.16五音德爾溝5.983.111.42.337.6713.5414.913.79道音德爾南溝3.382.8415.92.235.489.738.79.41河子無名溝2.461.359.31.234.548.0910.17.6灌域查干嘎查溝0.991.0618.70.92.654.775.14.13元寶山溝116.6825.35715.644.2675.8878.9興隆溝56.5812.9212.46.7228.8849.8654.762.14小城子溝36.1710.559.86.6222.1838.4740.446.05推理公式法根據(jù)小流域推理計算公式，確定各山洪溝設(shè)計洪峰流量Q10%，結(jié)果見表2。黑龍江省〃洪水圖集”法《黑龍江省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》是以20年一遇最大流量進行地區(qū)綜合，資料系列截至到1992年，其20年一遇地區(qū)經(jīng)驗公式：Q5%=1.3x3.2F0.67，成果見表2?？紤]經(jīng)驗公式參證站的流域面積均在1000km2以上，而溝道流域面積較之相差較大。因此采用1996年版《黑龍江省水文圖集》中綽爾河下游地區(qū)小面積設(shè)計洪峰流量進行復(fù)核，較本次設(shè)計成果偏小近15%~25%。設(shè)計成果基本符合綽爾河地區(qū)小流域面積設(shè)計洪峰流量地區(qū)綜合關(guān)系線，成果基本合理。經(jīng)分析比較，上述3種方法的設(shè)計成果值相差不大，偏差不超過30%，但流域面積越小，地區(qū)經(jīng)驗公式法計算結(jié)果越偏保守，隨著流域面積增加，其計算結(jié)果愈顯偏小。從對資料系列的要求和計算成果精度上分析，地區(qū)經(jīng)驗公式法采用的測站資料系列到2010年，資料系列最長。采用成果較黑龍江省〃洪水圖集”法偏大是由于資料系列延長后加入1998年特大洪水年，偏大是合理的。為此，本次設(shè)計采用介于中間成果的地區(qū)綜合法，確定山洪溝設(shè)計洪峰流量。三、結(jié)論與建議山洪溝設(shè)計洪峰流量直接影響到排洪溝規(guī)模的大小，小流域推理公式法很難全面反映當?shù)貙嶋H情況，地區(qū)經(jīng)驗公式法較能更好地反映當?shù)貙嶋H情況。由于近年小流域山洪溝洪水暴發(fā)頻率不斷提升，以此帶來的泥石流、滑坡等災(zāi)害也不斷加重，建議加大對小流域山洪溝設(shè)計洪峰流量地區(qū)經(jīng)驗公式的研究及修正工作。我國大部分地區(qū)的〃洪水圖集”水文系列截至20世紀八九十年代，很難滿足現(xiàn)階段小流域洪水預(yù)警需