顧洞河設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法推求

楊洪澤

(遼寧省朝陽市水務(wù)工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 朝陽 122000)

1 顧洞河流域概況

1.1 地理位置

顧洞河是大凌河左岸的一級(jí)支流。發(fā)源于金廠溝梁，位于北票市的西北部，自北向南流經(jīng)北票市龍?zhí)多l(xiāng)、哈爾腦鄉(xiāng)、和雙塔區(qū)桃花吐鎮(zhèn)，于桃花吐鎮(zhèn)坤頭營子村匯入大凌河。顧洞河全長57.5 km，流域面積451 km2，河道平均比降5.14‰，流域重心地理坐標(biāo)120°30′00″,北緯41°44′00″。其中桃花吐鎮(zhèn)的荒地村至顧洞河入大凌河口處屬于朝陽市雙塔區(qū)水利局管轄范圍。

1.2 水文氣象

顧洞河流域?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季，夏季多雨炎熱，冬春少雨干燥。多年平均氣溫8.1℃-8.9℃，極端最高氣溫43.3℃(多出現(xiàn)在6-8月)，極端最低氣溫-31.1℃(多出現(xiàn)在12-1月)。最大凍土深度1.35 m，多年平均日照時(shí)數(shù)為2855.6～2 980.8 h，是我省日照時(shí)數(shù)最長的地區(qū)，地面平均溫度10℃左右，積雪深20 cm。無霜期146～160 d，風(fēng)速參數(shù)采用朝陽氣象站1981-1997年17年6-9月汛期平均最大風(fēng)速1.5倍，汛期多年平均最大風(fēng)速為13.84 m/s,設(shè)計(jì)風(fēng)速19.89 m/s。

顧洞河流域的降水主要受華北氣旋、臺(tái)風(fēng)、冷渦及高空槽等天氣系統(tǒng)的影響，降雨年內(nèi)、年際變化較大，時(shí)空分配極不均勻。多集中在7、8兩個(gè)月，占全年降雨51.7%。降水天數(shù)約為66 d。流域內(nèi)多年平均徑流深為86.8 mm，多年平均降雨量為450～580 mm多年平均蒸發(fā)量為2 000～2 200 mm。徑流多以洪水方式下泄為主，非汛期河道徑流量很小,上段時(shí)有斷流現(xiàn)象。冬季由于受內(nèi)蒙古冷高壓的控制，所以盛行西北風(fēng)，氣候寒冷干燥，為此冬春季節(jié)雨雪稀少，積雪最大深度20 cm。

1.3 地形地貌

顧洞河橫穿北票市西部地區(qū)和雙塔區(qū)北部地區(qū)，發(fā)源于金廠溝梁，自北向南流經(jīng)北票市龍?zhí)多l(xiāng)、哈爾腦鄉(xiāng)和雙塔區(qū)桃花吐鎮(zhèn)三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。沿河地勢(shì)北高南低。本次擬建工程區(qū)地貌形態(tài)以河漫灘、高漫灘、一級(jí)階地地為主，河谷后緣發(fā)育沖洪積扇裙，向遠(yuǎn)過渡到丘陵。地形較平緩。

2 洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定

該區(qū)域保護(hù)對(duì)象為鄉(xiāng)村和耕地，依據(jù)國頒《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，根據(jù)其人口和耕地面積分為四個(gè)等級(jí)，各等級(jí)的防洪標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)對(duì)象等別與防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表見表1。

表1 鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)的等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)

目前，顧洞河在桃花吐鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)長11.228 km，大凌河回水堤長730 m，所以本次治理疏浚河道長度10.498 km，流經(jīng)8個(gè)行政村，現(xiàn)有人口1.2萬人，耕地1.0萬畝，林地0.8萬畝，根據(jù)人口<20萬人，耕地面積<30萬畝的現(xiàn)狀，本次設(shè)計(jì)雙塔區(qū)顧洞河的疏浚河道均按10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

該地區(qū)經(jīng)在1：5萬地形圖上量算，顧洞河大凌河口以上流域特性為：全流域集雨面積為251 km2，大凌河口至扎蘭營子段流域面積20 km2，大凌河口至李家窩鋪段流域面積82 km2。

3.1 流域特性

3.2 設(shè)計(jì)暴雨

3.2.1 設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)

表2 設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)表

3.2.2 時(shí)段面雨量的計(jì)算

(1)

式中：KF為點(diǎn)面折減系數(shù)=0.93《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》。見表3。

表3 各時(shí)段面雨量計(jì)算成果表 mm

3.2.3 暴雨衰減指數(shù)n1p和n2p計(jì)算

根據(jù)P1P/P6P和P6P/P24P的比值見表4。

表4 n1p和n2p計(jì)算成果表

3.2.4 匯流歷時(shí)τ時(shí)段內(nèi)設(shè)計(jì)面雨量和面暴雨強(qiáng)度計(jì)算

pτp=P24p·24n2p-1·6n1p-n2p·t1-n1p

(2)

ip=pτp/τ

(3)

計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 匯流歷時(shí)設(shè)計(jì)面雨量和面暴雨強(qiáng)度計(jì)算表

3.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.3.1 洪峰流量計(jì)算

Qp=0.278φp·ip·F

(4)

式中：φp為洪峰徑流系數(shù)(查遼寧水文手冊(cè))

計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 洪峰流量計(jì)算成果表

3.3.2 洪水總量計(jì)算

計(jì)算式：

W三p=0.1α三p·P三p面·F

W(三-24)p=0.1α(三-24)p·P(三-24)p面·F

W24p=W三p-W(三-24)p

式中：α三pα(三-24)p分別為洪量徑流系數(shù)，見表7。

表7 洪量計(jì)算成果表

3.3.3 設(shè)計(jì)洪水過程線

計(jì)算洪峰形狀系數(shù)γp

結(jié)果見表8。

表8 形狀系數(shù)γp計(jì)算成果表

計(jì)算前峰第6 h流量，經(jīng)判別，各種頻率均為W(三-24)p>2.25Q20

故前峰最大流量Q6按下式計(jì)算：

計(jì)算結(jié)果見表9。

表9 Q6計(jì)算成果表

根據(jù)已經(jīng)通過審查的《龍?zhí)端畮斐U(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，采用其下泄流量與本次設(shè)計(jì)洪水同頻率最不利組合得出本次洪水設(shè)計(jì)成果，見表11。

表11 顧洞河干流設(shè)計(jì)洪水成果

3.4 設(shè)計(jì)洪水認(rèn)定

由于龍?zhí)端畮炫c顧洞河都位于大凌河的中上游，龍?zhí)端畮焯幱陬櫠春由嫌危蚨梢杂靡呀?jīng)通過審查認(rèn)定的《龍?zhí)端畮斐U(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》的水文計(jì)算成果作參證分析。計(jì)算方法采用水文比擬法。龍?zhí)端畮炝饔蛎娣e為200 km2，河長25.825 km，比降11.77‰，顧洞河流域面積為251 km2，河長31.855 km，比降5.14‰。見表10。

表10 水文比擬法洪水計(jì)算成果

4 結(jié)語

分析顧洞河用推理公式法和水文比擬法所做的兩種洪水成果可以看出，兩種方法的設(shè)計(jì)洪水成果比較接近，水文比擬法的成果略大于推理公式的成果，經(jīng)分析原因是龍?zhí)端畮斓靥庮櫠春由嫌?，流域?nèi)比降較大，匯流歷時(shí)短，因此洪峰較大，考慮到本流域的具體情況，結(jié)合水文比擬法的成果，采用本次推理公式法的洪水成果作為本次洪水計(jì)算成果。