雀巢公司配套天然气管道穿越大沽河项目设计洪水计算与分析

李磊 于新好 王备

雀巢公司配套天然气管道穿越大沽河项目设计洪水计算与分析

李磊 于新好 王备

一、项目简介

莱西市雀巢公司配套天然气管道工程穿越大沽河项目位于青岛莱西市上海西路大沽河桥南橡胶坝下游100m处。河道断面宽度约为900m，主槽宽220m，穿越河道内多顽石，地层主要由填土、细砂、粗砂等组成。

大沽河属于山溪性河流，枯季河水较少，汛期洪水暴涨暴落。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和《大沽河综合治理规划》，确定该建设项目穿越河段现状堤防防洪标准为50年一遇。

二、防洪评价计算洪水设计标准

根据国家《防洪标准》（GB50201 -94）及《大沽河综合治理规划》大沽河总体规划防洪标准为50年一遇。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98），确定大沽河两岸的堤防等级为Ⅱ级，防洪标准为50年一遇。该建设项目穿越大沽河河段按照50年一遇和100年一遇两个设计标准来设计洪水。

三、设计洪水计算

此次计算假定产芝水库以上流域为同频率洪水，产芝水库洪水经水库调洪演算后经河道汇流演算到设计断面，再与区间的设计洪水叠加为设计断面的设计洪水。

1.设计面雨量计算

（1）设计雨期的选定及设计洪水的地区组成

根据该流域水文实测资料分析，产芝水库入库洪水单峰在24h左右，复峰在72h左右，故此次计算设计雨期采用72h，以满足洪水计算和水库防洪安全核算的需要。

（2）由实测暴雨资料计算面雨量

选用上海路橡胶坝计算断面以上流域内霞坞、张家院、产芝、南墅、小罗家、古山屯、道头、南院庄等8处雨量站的实测雨量资料，统计计算产芝水库以上流域和产芝水库至计算断面区间的年最大24h和年最大3d面雨量，采用矩法计算系列均值、Cv、Cs值，经P-Ⅲ理论频率曲线适线后，确定各种频率的设计24h和3d面雨量。

对算得的产芝水库以上流域及区间年最大面雨量资料系列进行频率计算，采用皮尔逊Ⅲ型曲线适线，取Cs=3.5Cv，经适线分析后求得不同历时的设计暴雨成果见表1。

考虑到产芝水库以上流域与上游勾山、城子两座中型水库属串联梯级水库，产芝水库以上流域考虑设计洪水的地区组成，因区间面积远大于中型水库控制面积，假定区间洪水同频率，勾山、城子水库以上流域为组合洪水的方法来计算。计算成果表见表2所示。

2.产流计算及设计净雨时程分配

（1）产流计算

选取产芝水库流域实测系列中较大暴雨场次的暴雨日程分配。

流域内实测的暴雨资料很多，如“79·7暴雨”“85·8暴雨”“97·8暴雨”等。通过分析实测的暴雨资料，本着对工程不利的原则，决定选取“85·8暴雨”作为典型暴雨，以其日程、时程分配作为实测暴雨法设计暴雨的日程、时程分配。日程分配为：

第一天：H第1d=0.42×（H3d-H24h）

第二天：H第2d=0.58×（H3d-H24h）

第三天：H第3d=H24h

净雨计算采用产芝水库实测水文资料求得的降雨径流关系，设计前期影响雨量Pa第一天取45mm，第二、三天用计算值，分别查算出实测资料分析和暴雨等值线图法计算的各日净雨量。

（2）设计净雨量时程分配

设计净雨的时程分配采用山东省最新版的胶东区1（2）h净雨时程分配成果，具体的分配雨型见表3。

3.设计洪水计算

表1　产芝水库流域和区间年最大H24、H3d频率分析成果表

表2　产芝水库流域各时段设计暴雨成果表

表3　山东省胶东区1h雨型表

表4　产芝水库经验单位线参数表Δt=2h流量m3/s

（1）产芝水库以上流域设计洪水计算

产芝水库流域采用产芝水库用实测洪水资料分析的经验单位线进行汇流计算，产芝水库经验单位线见表4所示。

要求得产芝水库总的入库洪水过程，还要将勾山、城子水库各相应频率的入库洪水经调洪演算后的出库过程汇流演算至产芝水库，与求得的同频率区间洪水叠加，才能得到产芝水库各设计保证率的全流域入库洪水。

此次计算，对城子、勾山两座水库进行调算时城子水库起调水位按兴利水位127.00m,水库水位在128.50m以下时按下游安全泄量140m3/s控制下泄，当水库水位超过128.50m时按溢洪道泄洪能力下泄；勾山水库溢洪道无闸门控制，起调水位按123.78m，按溢洪道泄洪能力下泄。当遭遇超标准洪水，水库水位达到坝顶高程时，水库垮坝。

将城子、勾山两座水库的泄量过程经汇流演算（马司京干法，n=3，△t=2h）至产芝水库坝址处即得勾山水库相应频率洪水下泄后在产芝水库坝址处的洪水过程。将各设计频率的区间来水过程与上述计算的勾山水库相应频率洪水在产芝水库坝址处的洪水过程以及城子水库相应频率洪水下泄过程经汇流演算（马司京干法，n=3，△t=2h）至产芝水库坝址处的过程叠加，最后得到产芝水库坝址处设计频率下的入库洪水过程。将以上产芝水库入库洪水进行水库调洪演算，起调水位按照汛中限制水位71.50m，防洪高水位73.67m以下按照安全泄量479m3/s进行限泄，超过此水位进行敞泄的原则进行水库调洪演算，得到产芝水库出库洪水过程，经调算，产芝水库出库流量50年一遇和百年一遇最大洪峰流量分别为479m3/s和2542m3/s。

（2）产芝水库至设计断面区间设计洪水计算

产芝水库至设计计算断面区间采用瞬时单位线法进行汇流计算。瞬时单位线参数的推求采用《办法》中提供的公式：

式中：F—流域面积，区间109km2；

J—干流平均坡度，区间0.0014；

R—净雨量，由P+Pa～R关系图查得；

Tc—有净雨历时，根据雨型表确定；

K—系数，根据平原面积权重确定。

M1确定后，根据瞬时单位线查算表得时段单位线，再用时段净雨乘以时段单位线即得各设计保证率的设计洪水过程，加上基流量（流域面积/100），即得各部分总的设计洪水过程。

经计算，产芝水库至设计断面区间50年一遇和100年一遇设计洪峰流量分别为247m3/s和298m3/s。

4.设计断面设计洪水计算与分析

将产芝水库调算后的出库洪水过程汇流演算至设计断面，再与区间设计洪水过程相叠加，得到设计断面上海路橡胶坝断面的设计洪水过程。经计算，上海路橡胶坝设计断面的50年一遇和100年一遇设计洪峰流量分别为589m3/s和2596m3/s

（作者单位：青岛市水文局266071）