崔洪志

（唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河北 唐山063000）

1 流域概況

沙河是唐山市的骨干河流之一，發(fā)源于遷安市蔡園鎮(zhèn)郝樹店村北大石嶺溝，流經(jīng)遷安市、灤縣、古冶區(qū)、豐南區(qū)、灤南縣、曹妃甸區(qū)等6 個縣（市、區(qū)），于豐南區(qū)黑沿子村南匯入渤海，是一條集防洪、灌溉、排澇等綜合利用的河流，流域總面積1 192 km2，河道全長155.27 km。

1.1 河流水系

沙河自上而下主要有大石河、崇家峪河、老牛河、躍進(jìn)渠、岳家河、黑沿子排干等支流匯入，見表1。

表1 沙河主要支流河渠一覽表

1.2 氣象暴雨洪水

沙河流域氣候溫和，四季分明，雨熱同季，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型大陸氣候。多年平均氣溫10.6 ℃，多年平均蒸發(fā)量1 758.4 mm，年平均風(fēng)速約3 m/s，最大凍土深80 cm，無霜期180 d。流域多年平均最大24 h 暴雨量120 mm，多年平均年降水量646.9 mm，最大年降水量1 059.9 mm（1967年），最小年降水量387.9 mm（1963年）。流域年降水量的80%集中在汛期的7—8月份，7—8月份降水量都在200 mm 以上。沙河流域洪水具有峰高、量大、歷時長的特點(diǎn)。一般情況下，流域洪水峰高腰瘦，暴漲暴落；如遇特大暴雨，降雨時間長，則峰高量大。一次暴雨一般持續(xù)1～3 d，短則。

1.3 水利工程

截止2010年底，沙河流域上游修建了麻地水庫、潘莊子水庫（1980年報(bào)廢）2 座?。?）型水庫，5 座小（2）型水庫，下游建有草泊水庫；在沙河豐南區(qū)嶺上莊村東至黑沿子段修筑了堤防，堤距200～600 m，堤防全長124 km。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，沙河遷安首鋼段4.078 km 河道于2003年實(shí)施了河道整治，古冶七百戶村南至董各莊橋段于2012—2013年按照中小河流治理的要求實(shí)施了河道整治。

沙河流域下游平原區(qū)有老牛河、躍進(jìn)渠、岳家河、黑沿子排干4 條骨干排水河渠，總長89.8 km。建成排水泵站5座，即西鄭莊揚(yáng)水站、宋家營揚(yáng)水站、鄭坨排灌站、蘭橋排灌站、申立村排灌站。排水區(qū)自排標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，機(jī)排標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。沙河下游平原區(qū)基本形成自排和機(jī)排排水渠網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)了骨干河道與支流河渠相結(jié)合的較為完整的排水體系。沙河目前建成2 座防潮閘，即沙河防潮閘和黑沿子排干防潮閘，防潮閘以下修建了河口海堤。在豐南區(qū)小集鎮(zhèn)西鄭莊村東建有橡膠壩1 座，該橡膠壩設(shè)計(jì)最高蓄水位5.50 m（“85”高程基準(zhǔn)），總蓄水量為40.00 萬m3。

1.4 防洪形勢

自新中國成立以后，唐山市對沙河防洪治理付出了巨大的努力，沙河流域洪澇災(zāi)害逐步得到有效控制，但是由于沙河防洪的特殊性和復(fù)雜性，沙河防洪形勢依然嚴(yán)峻。首先，沙河河道現(xiàn)狀行洪排澇洪標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重偏低，直接導(dǎo)致其防洪能力不堪重負(fù)?，F(xiàn)狀沙河中游的古冶區(qū)已治理段防洪標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到10年一遇，基本可以控制中小洪水的洪澇災(zāi)害，但仍未達(dá)到規(guī)劃的防洪標(biāo)準(zhǔn)；豐南錢營以下河段多年來未進(jìn)行過全面修繕，防洪能力普遍降低，防洪標(biāo)準(zhǔn)僅能維持在10年一遇；目前，沙河遷安段和草泊水庫至沙河防潮閘段防洪能力尤其偏低，是沙河防守的重中之重。其次，沙河流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展在客觀上增大了沙河流域的防洪壓力。近年來沙河流域經(jīng)濟(jì)跨越發(fā)展，社會不斷進(jìn)步，工業(yè)化、城市化進(jìn)程逐步加快，沙河目前的行洪能力已完全不能適應(yīng)當(dāng)前流域社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，其防洪壓力呈現(xiàn)逐年增大趨勢。

鑒于上述情況，啟動沙河流域中小河流綜合治理是非常必要的。水文計(jì)算工作是中小河流治理工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，合理確定設(shè)計(jì)頻率下洪水是中小河流治理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。下面就沙河流域中小河流水文計(jì)算工作中一些常見問題的處理方法進(jìn)行探討。

2 沙河流域不同類型中小河流水文計(jì)算

沙河流域地形大致分為二類，即山丘區(qū)和平原區(qū)。本文針對這2 種類型，分別對其具體的水文計(jì)算進(jìn)行分析。

2.1 山丘區(qū)中小河流

沙河在石佛口水文站以北屬于山丘區(qū)，山丘區(qū)中小河流面積為429 km2，占整個流域面積的36%。山丘區(qū)河流推求設(shè)計(jì)洪水的方法主要有流量資料法、暴雨資料法及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法。

2.1.1 流量資料法

水文計(jì)算斷面處有水文站情況下，要求水文站要有較長的實(shí)測洪水資料系列，一般要求大于30年且需要對資料的可靠性、一致性、代表性進(jìn)行審查。上述條件滿足后，可應(yīng)用水文站多年洪峰系列加歷史洪水資料，采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線計(jì)算水文站不同頻率的洪峰流量。如果水文測站不在水文計(jì)算斷面處，但是二者處于同一流域，流域面積相差在30%以內(nèi)且氣候條件及下墊面條件比較一致的情況下，可采用水文比擬法計(jì)算設(shè)計(jì)斷面處的洪峰流量。

在采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水時，考慮到沙河流域的大洪水主要有1894，1949，1959，1962年洪水，近期未發(fā)生較大洪水，因此水文系列延長后計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰比已有的沙河規(guī)劃設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)洪峰成果偏小，這種情況是合理的。

2.1.2 暴雨資料法

中小流域常因流量資料不足無法直接由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水，而暴雨資料較多，故可用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。當(dāng)出現(xiàn)以下幾種情況時，需由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水：1）設(shè)計(jì)流域?qū)崪y流量資料不足或代表性差，難于使用相關(guān)方法插補(bǔ)延長；2）由于人類活動的影響，使徑流形成的條件發(fā)生顯著的改變，破壞了洪水資料的一致性；3）為了用多種方法推算設(shè)計(jì)洪水，以論證設(shè)計(jì)成果的合理性，即使流量資料充足的情況下，也要用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。

由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水可分三步進(jìn)行：1）推求設(shè)計(jì)暴雨：根據(jù)實(shí)測暴雨資料，采用統(tǒng)計(jì)分析和典型放大法求得；2）推求設(shè)計(jì)凈雨：根據(jù)實(shí)測暴雨洪水資料，利用徑流形成的基本原理，通過成因分析法求得；3）推求設(shè)計(jì)洪水過程線：由求得的設(shè)計(jì)暴雨，利用產(chǎn)流方案推求設(shè)計(jì)凈雨過程，再利用流域匯流方案由設(shè)計(jì)凈雨過程求得設(shè)計(jì)洪水過程。

2.1.3 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法

唐山市水務(wù)局于1997年12月出版《唐山市水文手冊》。該手冊在以往工作的基礎(chǔ)上，采用1956—1993年水文資料，對歷史洪水調(diào)查資料進(jìn)行了深入分析，闡述了唐山市洪水、暴雨時空變化規(guī)律，深入分析了暴雨、洪水相關(guān)參數(shù)，結(jié)合地理特征進(jìn)行綜合，重新對洪水進(jìn)行頻率計(jì)算，提出了適合該區(qū)特點(diǎn)的3 種洪峰流量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。該方法在300 km2以下的小流域及300～500 km2的中等流域水文計(jì)算中具有科學(xué)、準(zhǔn)確、快捷的優(yōu)點(diǎn)。

在沙河流域中小河流水文計(jì)算中，如需計(jì)算距離水文測站較遠(yuǎn)且流域面積相差超過30%或下墊面條件差異明顯的斷面時，該方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2.2 平原區(qū)中小河流

沙河石佛口水文站以下進(jìn)入冀東沿海平原區(qū)，平原區(qū)中小河流面積占整個流域面積的64%。平原區(qū)河流推求排水流量計(jì)算方法主要是地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，包括《唐山市水文手冊》（1997年版）中的平原排澇經(jīng)驗(yàn)公式和《河北省平原地區(qū)中小面積除澇水文手冊》（2000年修訂版）中的排水模數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。

通過對該流域排澇分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩手冊計(jì)算結(jié)果誤差在10%左右，省手冊結(jié)果偏大；與原規(guī)劃成果比較，唐山手冊結(jié)果與之更接近，更能正確反映該流域的水文實(shí)際情況和平原地區(qū)排水特性。

2.3 計(jì)算成果合理性分析

水文計(jì)算完成后，要對成果的合理性進(jìn)行分析，以選擇最科學(xué)合理的成果，從而保證后續(xù)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。按照“綜合分析、合理選用”的原則，首先將計(jì)算結(jié)果點(diǎn)繪在沙河流域水文測站設(shè)計(jì)洪峰流量～面積關(guān)系圖上，根據(jù)洪水成果在圖上的離散程度對結(jié)果的合理性作出定性判斷；然后對不同方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行對比，分析資料合理性、下墊面條件等要素，對成果作定量分析；最后與流域規(guī)劃報(bào)告、已審批文件中的成果相協(xié)調(diào)。

3 結(jié) 語

采用上述方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水比較符合實(shí)際且偏于安全，部分已實(shí)施的中小河流治理工程經(jīng)過了洪水的檢驗(yàn)，效果良好，對今后沙河流域中小河流治理水文計(jì)算工作具有一定參考意義。

［1］ 葉守澤.水文水利計(jì)算［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

［2］ 唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院. 唐山市沙河防洪規(guī)劃報(bào)告［R］.2013.

［3］ SL44—2006，水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范［S］.

［4］ SL278—2002，水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范［S］.

［5］ 馮金鵬，丁立國，王凱，童麗麗.遼西大凌河流域中小河流水文計(jì)算［J］.東北水利水電，2010(10).