镇安县达仁河流域洪水计算分析

王 蕊，李轶亮

（1.陕西省泾惠水利水电设计院,陕西 三原 713800；2.陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710001）

0 概述

达仁河流域灾害性暴雨洪水高发期在7 月～9 月,洪水多由暴雨形成,特别是夏季大洪水陡涨陡落,历时较短,洪水一般为几个小时,高强度暴雨又多发生在夜间,洪水过程呈明显的尖瘦型。洪水常造成沿河两岸的农田被淹,严重时破坏房屋、建筑、水利工程设施、交通设施、电力设施等,并造成不同程度的人员伤亡,严重影响国民经济发展。在暴雨中心区域,山洪是暴雨洪水致灾的主要因素,也是灾害预防的主要对象,要想开展达仁河的洪水灾害防治工作,就必须对其流域的洪水进行分析计算,本文采用四种不同的洪水计算方法,分别计算达仁河不同典型频率（P=20%、P=10%、P=5%、P=2%、P=1%）下的设计暴雨洪水,分析计算结果,为分析达仁河各频率洪水淹没情况提供基础数据。

1 流域概况

达仁河是旬河的一级支流,发源于达仁镇罗漆匠岩,由西北流向东南,在镇安县骆驼坝流出镇安县境,在仁河口镇汇入旬河。达仁河流域面积391 km2,河长60.024 km,河流平均比降11.49‰。流经木王镇、达仁镇两个乡镇,过木王镇集镇段长1.458 km,农村段46.531 km,山区段12.035 km,流域内无大中型水利工程项目。

2 洪水计算

本次设计洪水计算采用水文比拟法、汇水面积相关法、综合参数法、推理公式法等方法,根据推算结果分析比较确定各段河流洪峰流量,按照区间流域面积进行分段计算,将达仁河分为4 段,起调断面处的桩号分别为15+360,34+200,51+000,60+024,起调断面以上控制的流域面积见表1。

表1 流域面积控制表单位：km2

2.1 水文比拟法

达仁河流域内无水文测站,属于无资料地区,邻近乾佑河设有青泥湾、柞水水文站,旬河设有柴坪水文站,流域面积均比达仁河大,其中乾佑河柞水水文站与达仁河流域面积较接近、河流特性相似且下垫面情况相似,因此采用临近柞水水文站做为水文比拟法计算选用的参证站。

（1）柞水水文站洪水频率计算

柞水水文站是乾佑河上游干流控制站,该站控制流域面积457 km2,有1981 年～2016 年共36 年实测年最大洪峰流量资料。青泥湾水文站是乾佑河干流控制站,该站控制流域面积1377 km2,有1959 年～2015 年共57 年实测年最大洪峰流量资料。两测站是上下游关系。利用柞水站和青泥湾站同场次洪水的洪峰流量进行相关分析,延长柞水水文站1959 年～1980 年洪水系列,求得相关系数0.8,相关关系图1,相关方程为：

图1 柞水水文站及青泥湾水文站同场洪峰流量相关关系图

用青泥湾站1959 年～1980 年实测年最大洪峰流量Qm青泥湾, 按上式将柞水站洪水系列延长至1959 年,形成柞水站1959 年～2016 年58 年年最大洪峰流量资料系列,同时对青泥湾1902 年3100 m3/s、1926 年2110 m3/s、1957 年1720 m3/s年3 场历史洪水亦按上式计算至柞水站,计算得柞水站1902 年1271 m3/s、1926 年874 m3/s、1957 年717 m3/s,并参与柞水站洪水频率计算。

根据插补延长后柞水站1959 年～2016 年58 年系列,加入1902 年、1926 年、1957 年三场大洪水,对1902 年洪水重现期按115 年处理,采用矩法计算统计参数,按P-Ⅲ型曲线适线,可得柞水水文站设计洪水计算成果,见表2。

表2 参评站洪峰流量计算成果表单位：m3/s

“关于商洛市乾佑河防洪工程规划的批复（商政水发【2009】249 号）”和“关于柞水县乾佑河下梁镇、石瓮镇段防洪工程初步设计批复（商政水发【2014】96 号）”中柞水水文站实测资料洪峰流量成果见表2。

从表2 可以看出,柞水水文站实测资料计算结果与批复成果有一定差异,因考虑到商洛市乾佑河防洪工程规划报告、柞水县乾佑河下梁镇、石瓮镇段防洪工程初步设计中成果经省市批复认可,且两时段内计算成果相差不大,故本次柞水水文站设计洪峰流量成果采用批复成果。

（2）设计洪水计算

以柞水水文站为参证站,采用水文比拟法分别计算各段的设计洪峰流量,计算公式如下：

式中：Q设、Q参分别为设计流域和参证站洪峰流量；F设、F参分别为设计断面和参证站集水面积。

达仁河不同频率设计洪水成果见表9。

2.2 汇水面积相关法

依据《商洛地区实用水文手册》中介绍的洪峰流量汇水面积相关法,计算达仁河各设计断面处的设计洪峰流量。计算公式如下：

式中：QN为重现期为N的洪峰流量,m3/s；KN、n分别为重现期为N的经验公式参数、指数；F为汇水面积。

根据《商洛地区实用水文手册》中的洪峰面积相关公式参数表,查算经验公式的参、指数。经计算各河段处不同频率设计洪水成果见表9。

2.3 综合参数法

依据《商洛地区实用水文手册》中以流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础建立的多因子综合参数经验公式,计算各工程处的设计洪峰流量。计算公式如下：

式中：QP为设计频率为P的洪峰流量,m3/s；F为设计流域面积,km2；J为主河道平均比降；Hp为设计频率为P的6 h暴雨量,mm；KP为经验参数；n、a、β为经验指数。

由暴雨洪水图集上查得6 小时暴雨均值为55 mm,CV值为0.6；查《商洛地区实用水文手册》中的分区参、指数表,代入公式计算,求得各河段的设计洪水成果见表9。

2.4 推理公式法

根据《商洛地区水文手册》中推理公式法,采用流域实测暴雨洪水资料分析总结的产、汇流规律、确定计算参数,进行产流、汇流计算,推求各河段设计洪峰流量。以达仁河桩号60+024 处的起调断面计算为例,达仁河其他起调断面计算方法相同。

（1）设计暴雨推求

根据《商洛地区水文手册》中年最大1、3、6、12 小时点雨量均值及变差系数等值线图查得设计流域各历时点雨量的均值及变差系数CV值,取Cs=3.5CV,可计算得到相应历时某一设计频率的点雨量。见表3。

表3 不同频率下设计点暴雨计算表单位：mm

根据《商洛市水文实用手册》表5-2 查得各历时相关参数并计算设计面暴雨量,公式为：

式中：Ht面为设计历时为t的设计面雨量,mm；Ht为设计历时为t的点暴雨量,mm；αt为历时为t的暴雨点面系数,mm；F为设计流域面积,km2；at、bt为线型拟合参数和指数。

计算成果见表4。

表4 桩号60+024 断面设计面暴雨量计算成果表单位：mm

（2）产流过程

根据《商洛地区实用水文手册》,采用12 小时设计暴雨时程分配,见表5。商洛地区的产流方式为蓄满产流,确定流域最大土壤蓄水量Im=80 mm,前期影响雨量Pa=53.3 mm。

表5 桩号60+024 断面不同频率12 小时设计暴雨量时程分配计算表

（3）净雨过程计算

根据《商洛地区实用水文手册》,该区的潜流百分数采用20%。从时段产流过程中减去平均潜流量即得净雨过程,达仁河桩号60+024 断面P=20%频率下的净雨过程计算见表6,其他典型频率下的净雨过程计算此处不再详列。

表6 桩号60+024 断面P=20%净雨过程计算表

（4）设计洪峰流量查算

①确定流域特征参数θ,采用《商洛地区实用水文手册》

②确定汇流参数m,采用《商洛地区实用水文手册》中的经验公式m=0.190θ0.575计算,得出汇流参数m。

③根据净雨计算成果表, 自最大净雨强度开始向前后相邻时段连续累加, 并除以相应的时距, 得出时段平均最大净雨强度ht/t, 求得与t相应的洪峰流量Qt, 其计算公式计算成果见表7。

表7 桩号60+024 断面t～Qt 曲线计算表

④根据流域面积大小,假定几个洪峰流量,计算出各假设洪峰流量所对应的汇流历时τ,即：计算成果见表8。

表8 桩号60+024 断面Qτ-τ 曲线计算表

⑤根据计算Qm和τ,图解法点绘t～Qt和Qτ～τ两组相关曲线,将上述两条曲线点绘于同一张图上,曲线交点的纵坐标即为洪峰流量,横坐标为汇流历时。见图2。

图2 桩号60+024 断面不同频率t～Qt 与Qτ～τ 曲线图

⑥根据t～Qt和Qτ～τ曲线,其两条曲线的交点对应的纵横坐标,即为所求的设计洪峰流量Qm和汇流历时τ。可得不同频率洪峰流量,其他断面也采用上述方法进行计算,计算成果见表9。

表9 各种计算方法设计洪水计算成果表单位：m3/s

2.5 洪水计算成果

由四种不同方法计算达仁河不同频率设计洪水成果见表9。

3 结论

本次计算设计洪水在无实测资料的情况下,先后采用四种不同方法计算出设计洪水,从表9 计算洪峰流量对比分析,计算成果有一定的差异。水文比拟法一般用于实测资料缺乏的地区,计算结果精度相对较低,计算结果仅供参考；汇水面积相关法和综合参数法洪水计算结合了河道特征值,但仅考虑了洪水的主要成因；推理公式法设计洪水使用《商洛地区实用水文手册》中总结地区实测暴雨洪水资料分析出来的暴雨～洪水关系进行计算,有一套完整的计算方法,在理论方面较为严谨,过程中又采用了本流域的特征值、经验参数和暴雨资料,计算成果既代表了区域洪水的共性,又突出了计算流域洪水的特性,成果精度相对较高。因此,经综合分析后确定采用推理公式法的计算结果,可为达仁河的洪水灾害防治工作开展提供基础数据参考。