基于洪水调查的山洪沟设计洪水计算

郭华

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

基于洪水调查的山洪沟设计洪水计算

郭华

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

为解决哈拉奇乡南部山区的山洪灾害问题，拟实施哈拉奇乡导洪渠二期工程，需对其进行洪水计算。分别采用推理公式法、面积比拟法、地区综合频率曲线法对导洪渠沿线山洪沟洪水进行计算，通过山洪沟洪水调查，率定出推理公式计算参数：m为Ⅰ类，R=1.1、r1=0.76。不同计算方法的结果显示：面积比拟法的计算结果最小；对于流域面积较大的洪沟，采用推理公式法与地区综合频率曲线法的计算结果相近；对于流域面积较小的洪沟，采用地区综合频率曲线法的计算结果显著小于推理公式法的计算结果。由于山洪沟洪水主要源自暴雨，推理公式法运用成熟，以洪水调查率定后的参数进行计算，较符合实际，因此推荐采用推理公式法的计算成果。

设计洪水；山洪沟；洪水调查；推理公式；面积比拟；地区综合频率曲线

哈拉奇乡地处托什干河中游河谷，位于喀拉塔格山北坡冲洪积扇中下部，托什干河南岸的二级阶地，距离阿合奇县城38 km，306省道222 km处。哈拉奇乡南东西三面环山，北面为托什干河，山谷延伸至河边逐渐变宽，总体地形南高北低，两侧高，中间低。哈拉奇乡泄洪渠工程位于托什干河的右岸，哈拉奇乡西南侧3.5 km处，泄洪渠工程全长17 km，其中一期工程于2015年建成，长4.5 km，拟建二期工程长12.5 km。泄洪渠的工程任务是拦截来自南部山区的暴雨洪水，保护哈拉奇乡的安全，并将洪水导向下游。

1 设计暴雨

在同一地区同一气候情况下降雨与高程密切相关，其降水量随高程上升而迅速增大，本次选取距工程区更近、海拔高程更接近的阿合奇气象站实测降雨资料。根据阿合奇气象站1957~2016年共60年的暴雨资料，对该资料进行分析计算，得各频率年最大一日降雨设计值，见表1。

表1 阿合奇气象站最大一日降雨量设计成果表单位：mm

2 洪水调查

2016年新疆水利水电勘测设计研究院组织专业人员对哈拉奇乡泄洪渠一期、二期工程沿线山洪沟进行了详尽的洪水调查工作。

依据调查测量的纵、横断面成果及洪痕位置，采用水力学的曼宁公式[1]计算其洪峰流量；其中糙率选择时，考虑主槽、滩地及弯道等因素，同时参照东北院编制的天然河道糙率表[2]选取，相应调查成果见表2。

表2 哈拉奇乡泄洪渠工程沿线山洪沟洪水调查成果表

根据本次山洪沟调查洪水成果，作出调查洪峰~流域面积相关图，见图1所示。可知哈拉奇乡泄洪渠工程沿线山洪沟调查洪峰与流域面积的相关关系较好，相关系数在0.95以上，表明该区域洪水具有一致性的规律。

图1哈拉奇乡泄洪渠工程山洪沟调查洪峰~流域面积相关图

据现场勘查，哈拉奇乡泄洪渠一期工程已于2015年底建成，其拦截调查5号断面以上所有洪沟的洪水并导向下游。此次在泄洪渠一期工程出口位置对2016年发生洪水进行了调查，成果见表3。

表3 哈拉奇乡泄洪渠一期工程2016年洪水调查洪峰成果表

此次洪水调查的洪沟大多为宽浅型，遇到较大降雨形成的洪水时会满槽溢出，即洪水高痕寻找的难度较大，且连续性较差。而最近发生的一场洪水为2016年7月30日，据此次洪水现场调查时间不足半年，经现场勘察发现，该场洪水的痕迹很清晰，在绝大多数调查洪沟断面洪痕的中痕位置上，分布有清晰的、连续的条带状冲刷泥痕，并与现场村民指认位置基本一致，可以认定调查洪水即为2016年7月30日发生的洪水。

通过调查，泄洪渠工程区域山洪沟在1999年发生过一场大洪水，据村民描述该场洪水规模为最大。自1999年以后，2015年及2016年均发生了较大洪水，因此可知2016年洪水为1999年洪水以来序位为第三，则其重现期为N=（2016-1999+1）/3=6年。

3 设计洪水计算

本次分别采用推理公式法、面积比拟法、地区综合频率曲线法[3]对哈拉奇乡泄洪渠二期沿线山洪沟洪水进行计算。

3.1 推理公式法

水利部推荐的推理公式法基本公式如下：式中：Qmp为设计洪峰流量（m3/s）；τ为汇流历时（h）；Sp为设计雨力（mm/h）；m为汇雨参数；F为流域面积（km2）；L为沟长度（km）；J为沟道平均比降；φ为洪峰径流系数，分全面汇流和部分汇流两种情况考虑，即当tc<τ时为部分汇流，当tc≥τ时为全面汇流，分别选取相应暴雨指数n1、n2进行试算，推求设计洪峰流量。

产流历时tc由下式计算：式中：tc为产流历时（h）；μ为净雨历时内平均损失率（mm/h）。

根据我院此次的山洪沟调查成果，调查洪水为2016年洪水，洪水重现期为6年，根据阿合奇县气象站设计降雨成果[4]，可知该场洪水（P=15%）对应的降雨量为42 mm。将初选汇流参数m及流域下垫面条件损失强度R、r1计算渠线各洪沟洪峰流量。结合洪沟下垫面实际情况，经试算，当m取I类下垫面条件，μ取Ⅲ类地区、前期土壤干旱情况，n1=0.72，n2=0.68时，由推理公式计算得到的各洪沟洪峰流量，与此次调查得到的洪峰流量成果间有基本相同的统计关系分布规律，见图2。

图2洪沟调查洪水与推理公式计算洪水关系图

结合图2，在调查值的基础上，经过率定的推理公式法计算参数[5]为：m为I类下垫面条件，n1=0.72，n2=0.68，土壤下垫面条件R=1.08、损失强度r1=0.75。

采用推理公式，根据率定后的参数，可计算出阿合奇乡泄洪渠二期工程沿线山洪沟设计洪水，成果见表4。

表4 山洪沟设计洪水成果（推理公式法）

3.2 面积比拟法

根据在1∶5万地形图上量算的各山洪沟面积，利用距离泄洪渠工程较近、且流域面积较小的契恰尔水文站断面的设计洪水成果，采用面积比拟法计算各山洪沟不同频率下的洪峰洪量，其中指数n取2/3，成果见表5。

表5 山洪沟设计洪水成果（推理公式法）

3.3 地区综合频率曲线法

采用距离泄洪渠工程较近的契恰尔站、沙里桂兰克站及协合拉站三站的洪峰流量模比系数进行综合适线，地区综合频率曲线适线成果表6。

表6 地区综合频率曲线成果表

哈拉奇乡泄洪渠工程一期与二期交界处调查洪峰流量为232.6 m3/s，调查洪水重现期为6年一遇（接近P=15%），根据地区综合频率曲线成果表，可知KP=10%是KP=15%的1.21倍，则哈拉奇乡泄洪渠一期与二期交界处断面）QP=10%=232.6×1.21=281.1 m3/s，已知该断面以上控制山洪沟流域面积为156.6 km2，则哈拉奇乡泄洪渠工程区域洪峰模数P=10%为1.795，相应可得到区域洪峰模数P=5%为2.381，P=20%为1.289。

根据1∶5万地形图量算出哈拉奇乡泄洪渠二期沿线各个山洪沟流域面积，由推算出的洪峰模数可相应得到哈拉奇乡泄洪渠二期沿线山洪沟设计洪峰流量，见表7。

表7 山洪沟设计洪水成果（地区综合频率曲线法）

4 结论

根据以上计算成果，可知面积比拟法计算结果较小，面积比拟法以托什干河上游的契恰尔水文站设计洪水成果为基础，按照面积比折算成各山洪沟断面设计洪水，由于大河干流与山洪沟产流机制不同，同时山洪沟流域面积均较小，按照比值折算出的洪峰成果明显小于实际发生情况，故本次不采用。对于流域面积较大的洪沟，可以看出推理公式法与地区综合频率曲线法的计算成果相近，在同一设计频率下，流域面积越小，洪峰模数越大，因此对于面积较小的洪沟，地区综合频率曲线法的计算成果明显偏小。

山洪沟洪水主要源自区域暴雨，而推理公式法近几十年应用较为成熟，考虑因素较全面，在计算参数的选择上，本次以实际山洪沟调查洪峰率定后的参数进行计算，较符合实际，结合工程安全的角度，本次推荐采用推理公式法的计算成果。

[1]詹道江，叶守泽．工程水文学[M]．北京：中国水利水电出版社，1999．

[2]陈家琦，张恭肃．小流域暴雨洪水计算[M]．北京：中国水利水电出版社，1985．

[3]水利部长江水利委员会水文局，水利部南京水文水资源研究所．水利水电工程设计洪水计算手册[M]，北京：水利电力出版社，1995．

[4]新疆暴雨编图小组．新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集[R]．乌鲁木齐：新疆水利厅，1983．

[5]中国市政工程东北设计研究院．给排水设计手册（城镇防洪）[M]．中国建筑工业出版社，2000．

Calculation of the Flood on Mountain Flood Ditch Design Based on Flood Investigation

Guo Hua
（XinjiangWater Resources and Hydropower Surveyand Design Institute Urumchi 830000,Xinjiang）

In order to solve the flood disaster problem of the southern mountain area in Harachi town,the second phase work of the flood channel is to be implemented in the town and so it is necessary to calculate the flood quantity.The article is based on the method of reasoning formula,area ratio method and regional comprehensive frequency curve method to calculate the flood alongthe flood channel this area.Through the above investigation,the reasoning formula is rated out:m is classⅠ,R =1.1,r1=0.76.The results of different calculation methods show that the results of the area comparison method are the smallest.For the flood ditch with large basin area,the calculation result of the inductive formula method and the regional comprehensive frequency curve method is similar.For the flood ditch with smaller basin area,the results of the comprehensive frequency curve method are quite smaller than ones of the reasoning formula method.Because the flood is mainly from the heavy rain,the reasoning formula method is mature and the calculation of the parameters of the flood survey rate is more realistic.Therefore,the calculation result ofthe reasoningformula method is suggested tobe referred.

Design flood；mountain flood ditch；flood investigation；the reasoning formula；area ratio and the regional comprehensive frequency curve

TV122

B

1673-9000（2017）03-0159-03

2017-02-13

郭华（1987-），女，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事工程水文及水资源规划设计工作。