郭華

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊830000）

基于洪水調(diào)查的山洪溝設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

郭華

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊830000）

為解決哈拉奇鄉(xiāng)南部山區(qū)的山洪災(zāi)害問(wèn)題，擬實(shí)施哈拉奇鄉(xiāng)導(dǎo)洪渠二期工程，需對(duì)其進(jìn)行洪水計(jì)算。分別采用推理公式法、面積比擬法、地區(qū)綜合頻率曲線法對(duì)導(dǎo)洪渠沿線山洪溝洪水進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)山洪溝洪水調(diào)查，率定出推理公式計(jì)算參數(shù)：m為Ⅰ類(lèi)，R=1.1、r1=0.76。不同計(jì)算方法的結(jié)果顯示：面積比擬法的計(jì)算結(jié)果最??；對(duì)于流域面積較大的洪溝，采用推理公式法與地區(qū)綜合頻率曲線法的計(jì)算結(jié)果相近；對(duì)于流域面積較小的洪溝，采用地區(qū)綜合頻率曲線法的計(jì)算結(jié)果顯著小于推理公式法的計(jì)算結(jié)果。由于山洪溝洪水主要源自暴雨，推理公式法運(yùn)用成熟，以洪水調(diào)查率定后的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，較符合實(shí)際，因此推薦采用推理公式法的計(jì)算成果。

設(shè)計(jì)洪水；山洪溝；洪水調(diào)查；推理公式；面積比擬；地區(qū)綜合頻率曲線

哈拉奇鄉(xiāng)地處托什干河中游河谷，位于喀拉塔格山北坡沖洪積扇中下部，托什干河南岸的二級(jí)階地，距離阿合奇縣城38 km，306省道222 km處。哈拉奇鄉(xiāng)南東西三面環(huán)山，北面為托什干河，山谷延伸至河邊逐漸變寬，總體地形南高北低，兩側(cè)高，中間低。哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程位于托什干河的右岸，哈拉奇鄉(xiāng)西南側(cè)3.5 km處，泄洪渠工程全長(zhǎng)17 km，其中一期工程于2015年建成，長(zhǎng)4.5 km，擬建二期工程長(zhǎng)12.5 km。泄洪渠的工程任務(wù)是攔截來(lái)自南部山區(qū)的暴雨洪水，保護(hù)哈拉奇鄉(xiāng)的安全，并將洪水導(dǎo)向下游。

1 設(shè)計(jì)暴雨

在同一地區(qū)同一氣候情況下降雨與高程密切相關(guān)，其降水量隨高程上升而迅速增大，本次選取距工程區(qū)更近、海拔高程更接近的阿合奇氣象站實(shí)測(cè)降雨資料。根據(jù)阿合奇氣象站1957~2016年共60年的暴雨資料，對(duì)該資料進(jìn)行分析計(jì)算，得各頻率年最大一日降雨設(shè)計(jì)值，見(jiàn)表1。

表1 阿合奇氣象站最大一日降雨量設(shè)計(jì)成果表單位：mm

2 洪水調(diào)查

2016年新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院組織專(zhuān)業(yè)人員對(duì)哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期、二期工程沿線山洪溝進(jìn)行了詳盡的洪水調(diào)查工作。

依據(jù)調(diào)查測(cè)量的縱、橫斷面成果及洪痕位置，采用水力學(xué)的曼寧公式[1]計(jì)算其洪峰流量；其中糙率選擇時(shí)，考慮主槽、灘地及彎道等因素，同時(shí)參照東北院編制的天然河道糙率表[2]選取，相應(yīng)調(diào)查成果見(jiàn)表2。

表2 哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程沿線山洪溝洪水調(diào)查成果表

根據(jù)本次山洪溝調(diào)查洪水成果，作出調(diào)查洪峰~流域面積相關(guān)圖，見(jiàn)圖1所示?？芍驵l(xiāng)泄洪渠工程沿線山洪溝調(diào)查洪峰與流域面積的相關(guān)關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)在0.95以上，表明該區(qū)域洪水具有一致性的規(guī)律。

圖1哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程山洪溝調(diào)查洪峰~流域面積相關(guān)圖

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期工程已于2015年底建成，其攔截調(diào)查5號(hào)斷面以上所有洪溝的洪水并導(dǎo)向下游。此次在泄洪渠一期工程出口位置對(duì)2016年發(fā)生洪水進(jìn)行了調(diào)查，成果見(jiàn)表3。

表3 哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期工程2016年洪水調(diào)查洪峰成果表

此次洪水調(diào)查的洪溝大多為寬淺型，遇到較大降雨形成的洪水時(shí)會(huì)滿槽溢出，即洪水高痕尋找的難度較大，且連續(xù)性較差。而最近發(fā)生的一場(chǎng)洪水為2016年7月30日，據(jù)此次洪水現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)間不足半年，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，該場(chǎng)洪水的痕跡很清晰，在絕大多數(shù)調(diào)查洪溝斷面洪痕的中痕位置上，分布有清晰的、連續(xù)的條帶狀沖刷泥痕，并與現(xiàn)場(chǎng)村民指認(rèn)位置基本一致，可以認(rèn)定調(diào)查洪水即為2016年7月30日發(fā)生的洪水。

通過(guò)調(diào)查，泄洪渠工程區(qū)域山洪溝在1999年發(fā)生過(guò)一場(chǎng)大洪水，據(jù)村民描述該場(chǎng)洪水規(guī)模為最大。自1999年以后，2015年及2016年均發(fā)生了較大洪水，因此可知2016年洪水為1999年洪水以來(lái)序位為第三，則其重現(xiàn)期為N=（2016-1999+1）/3=6年。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

本次分別采用推理公式法、面積比擬法、地區(qū)綜合頻率曲線法[3]對(duì)哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠二期沿線山洪溝洪水進(jìn)行計(jì)算。

3.1 推理公式法

水利部推薦的推理公式法基本公式如下：式中：Qmp為設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；τ為匯流歷時(shí)（h）；Sp為設(shè)計(jì)雨力（mm/h）；m為匯雨參數(shù)；F為流域面積（km2）；L為溝長(zhǎng)度（km）；J為溝道平均比降；φ為洪峰徑流系數(shù)，分全面匯流和部分匯流兩種情況考慮，即當(dāng)tc<τ時(shí)為部分匯流，當(dāng)tc≥τ時(shí)為全面匯流，分別選取相應(yīng)暴雨指數(shù)n1、n2進(jìn)行試算，推求設(shè)計(jì)洪峰流量。

產(chǎn)流歷時(shí)tc由下式計(jì)算：式中：tc為產(chǎn)流歷時(shí)（h）；μ為凈雨歷時(shí)內(nèi)平均損失率（mm/h）。

根據(jù)我院此次的山洪溝調(diào)查成果，調(diào)查洪水為2016年洪水，洪水重現(xiàn)期為6年，根據(jù)阿合奇縣氣象站設(shè)計(jì)降雨成果[4]，可知該場(chǎng)洪水（P=15%）對(duì)應(yīng)的降雨量為42 mm。將初選匯流參數(shù)m及流域下墊面條件損失強(qiáng)度R、r1計(jì)算渠線各洪溝洪峰流量。結(jié)合洪溝下墊面實(shí)際情況，經(jīng)試算，當(dāng)m取I類(lèi)下墊面條件，μ?、箢?lèi)地區(qū)、前期土壤干旱情況，n1=0.72，n2=0.68時(shí)，由推理公式計(jì)算得到的各洪溝洪峰流量，與此次調(diào)查得到的洪峰流量成果間有基本相同的統(tǒng)計(jì)關(guān)系分布規(guī)律，見(jiàn)圖2。

圖2洪溝調(diào)查洪水與推理公式計(jì)算洪水關(guān)系圖

結(jié)合圖2，在調(diào)查值的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)率定的推理公式法計(jì)算參數(shù)[5]為：m為I類(lèi)下墊面條件，n1=0.72，n2=0.68，土壤下墊面條件R=1.08、損失強(qiáng)度r1=0.75。

采用推理公式，根據(jù)率定后的參數(shù)，可計(jì)算出阿合奇鄉(xiāng)泄洪渠二期工程沿線山洪溝設(shè)計(jì)洪水，成果見(jiàn)表4。

表4 山洪溝設(shè)計(jì)洪水成果（推理公式法）

3.2 面積比擬法

根據(jù)在1∶5萬(wàn)地形圖上量算的各山洪溝面積，利用距離泄洪渠工程較近、且流域面積較小的契恰爾水文站斷面的設(shè)計(jì)洪水成果，采用面積比擬法計(jì)算各山洪溝不同頻率下的洪峰洪量，其中指數(shù)n取2/3，成果見(jiàn)表5。

表5 山洪溝設(shè)計(jì)洪水成果（推理公式法）

3.3 地區(qū)綜合頻率曲線法

采用距離泄洪渠工程較近的契恰爾站、沙里桂蘭克站及協(xié)合拉站三站的洪峰流量模比系數(shù)進(jìn)行綜合適線，地區(qū)綜合頻率曲線適線成果表6。

表6 地區(qū)綜合頻率曲線成果表

哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程一期與二期交界處調(diào)查洪峰流量為232.6 m3/s，調(diào)查洪水重現(xiàn)期為6年一遇（接近P=15%），根據(jù)地區(qū)綜合頻率曲線成果表，可知KP=10%是KP=15%的1.21倍，則哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠一期與二期交界處斷面）QP=10%=232.6×1.21=281.1 m3/s，已知該斷面以上控制山洪溝流域面積為156.6 km2，則哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠工程區(qū)域洪峰模數(shù)P=10%為1.795，相應(yīng)可得到區(qū)域洪峰模數(shù)P=5%為2.381，P=20%為1.289。

根據(jù)1∶5萬(wàn)地形圖量算出哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠二期沿線各個(gè)山洪溝流域面積，由推算出的洪峰模數(shù)可相應(yīng)得到哈拉奇鄉(xiāng)泄洪渠二期沿線山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量，見(jiàn)表7。

表7 山洪溝設(shè)計(jì)洪水成果（地區(qū)綜合頻率曲線法）

4 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算成果，可知面積比擬法計(jì)算結(jié)果較小，面積比擬法以托什干河上游的契恰爾水文站設(shè)計(jì)洪水成果為基礎(chǔ)，按照面積比折算成各山洪溝斷面設(shè)計(jì)洪水，由于大河干流與山洪溝產(chǎn)流機(jī)制不同，同時(shí)山洪溝流域面積均較小，按照比值折算出的洪峰成果明顯小于實(shí)際發(fā)生情況，故本次不采用。對(duì)于流域面積較大的洪溝，可以看出推理公式法與地區(qū)綜合頻率曲線法的計(jì)算成果相近，在同一設(shè)計(jì)頻率下，流域面積越小，洪峰模數(shù)越大，因此對(duì)于面積較小的洪溝，地區(qū)綜合頻率曲線法的計(jì)算成果明顯偏小。

山洪溝洪水主要源自區(qū)域暴雨，而推理公式法近幾十年應(yīng)用較為成熟，考慮因素較全面，在計(jì)算參數(shù)的選擇上，本次以實(shí)際山洪溝調(diào)查洪峰率定后的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，較符合實(shí)際，結(jié)合工程安全的角度，本次推薦采用推理公式法的計(jì)算成果。

[1]詹道江，葉守澤．工程水文學(xué)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，1999．

[2]陳家琦，張恭肅．小流域暴雨洪水計(jì)算[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，1985．

[3]水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，水利部南京水文水資源研究所．水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)[M]，北京：水利電力出版社，1995．

[4]新疆暴雨編圖小組．新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集[R]．烏魯木齊：新疆水利廳，1983．

[5]中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院．給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（城鎮(zhèn)防洪）[M]．中國(guó)建筑工業(yè)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

郭華（1987-），女，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事工程水文及水資源規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。