绰勒灌区山洪沟设计洪峰流量计算

杨文斌，樊忠成

（内蒙古水利规划设计研究院，010020，呼和浩特）

山洪灾害具有突发性强、洪水历时短、洪量集中、破坏力强、预报预警难、防御难度大等特点。近年，山洪灾害造成人员伤亡、基础设施和生态环境破坏等问题十分突出。

山洪沟与大中流域河流相比有许多特点，流域面积小，分布广、数量多，绝大多数没有水文站，缺乏实测径流资料，甚至无降雨资料，这些均给山洪沟治理工作带来了一定的难度。山洪沟治理工作离不开山洪沟设计洪峰流量的计算。计算方法概括起来有4种：推理公式法、地区经验公式法、“洪水图集”法和综合单位线法。应用最广泛的是推理公式法，思路是以暴雨形成洪水过程的理论为基础，按设计暴雨推算设计净雨，以此计算出设计洪峰流量。山洪沟设计洪峰流量的大小直接影响到排洪沟设计规模。本文以绰勒水利枢纽下游内蒙古灌区（以下简称“绰勒灌区”）为例，采用地区经验公式法、推理公式法及“洪水图集”法，分别对该灌区内各山洪沟进行计算，以此确定绰勒灌区各山洪沟设计洪峰流量。

一、计算原理（方法）简述

地区经验公式法、推理公式法及“洪水图集”法计算原理分别如下：

1.地区经验公式法

5年一遇设计洪峰流量：Q20%＝2.67 F0.59

10年一遇设计洪峰流量：Q10%＝4.80 F0.58

式中，F 为集水面积（km2）。

2.推理公式法

现行标准SL 44—2006 《水利水电工程设计洪水计算规范》中计算小流域暴雨洪峰流量推理公式为：

式中，Qm为设计洪峰流量（m3/s）；F 为流域面积 （km2）；h为时段的最大净雨，部分汇流时代表单一洪峰时净雨（mm）；m 为径流系数；τ为汇流历时（h）；L 为河道长度 （km）；J为河道平均比降。

3.“洪水图集”法

采用《黑龙江省中小流域设计暴雨洪水图集》，应用径流资料推求设计洪峰流量。

二、工程实例

1.灌区概况

绰勒灌区位于内蒙古自治区东北部兴安盟扎赉特旗境内，地处嫩江右岸一级支流绰尔河绰勒水利枢纽下游，由枢纽尾水渠出口起，北缘以绰尔河防洪大堤为界，东接保安沼灌区，西与低山丘陵冲洪积平原接壤，南至黑龙江省界。北纬 46°30′～46°50′，东经 122°30′～123°30′，东西向长 51 km，南北宽 6～23 km，总土地面积536.67 km2。灌区延绰尔河方向依次由索格营子、五道河子、好力保3个灌域组成。

索格营子灌域是绰尔河上的一座自流引水灌域，原为绰勒灌域，位于绰勒水利枢纽下游0.46 km处，东西向布置，东起茂林格尔大桥下0.46 km，西至乌兰套海。东西长14.5 km，南北宽6.0 km。总土地面积60.73 km2，耕地面积4.75万亩(15亩=1 hm2，下同)，均为水田。

五道河子灌域位于五道河子引水枢纽下游，呈南北方向布置，西起五道河子引水枢纽，东至三合村，北靠绰尔河堤防，南与二龙涛河相邻，东西宽18 km，南北长21 km。总土地面积371.60 km2，耕地面积 43.64万亩，现有水浇地面积17.15万亩。

好力保灌域位于好力保引水枢纽下游，呈南北方向布置，西起好力保引水枢纽，东至保安沼农场，北靠绰尔河堤防，南与泰来县相邻，东西宽11 km，南北长17.8 km。总土地面积104.33 km2，耕地面积11.67万亩，现有水田面积3.5万亩，水浇地面积5.6万亩。

2.气象条件

绰勒灌区属寒温带大陆性半湿润性气候，春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季凉爽，早晚温差大，冬季寒冷干旱，历时长达半年之久。多年平均气温4.3℃，多年平均年降水量433.2 mm，降水量时空分布不均匀，年降雨多集中在5—9月份，降雨量为393 mm，多年平均年蒸发量（20 cm）1760 mm，多年平均日照时数2855 h，≥10℃有效积温2831.8℃。多年平均无霜期164天，最大冻土深2.42 m（1969年），多年平均风速3.33 m/s。

3.水文测验资料

绰尔河干流上共设有3个水文站，自上而下依次为123公里界碑处、文得根、两家子。绰勒灌区位于文得根与两家子水文站之间。两水文站均设立于20世纪50年代初期。控制流域面积15544 km2。 实测水位、流量观测系列都在40年以上，资料系列较长，且测验整编精度较高，可作为设计依据。两家子水文站位于绰勒灌区下游，区间产流不多，以两家子站作为设计依据站，文得根站作为设计的主要参证站。文得根、两家子站同期流量资料系列为1955年1月—2012年12月。

4.洪水

绰尔河洪水多由暴雨形成，洪水的大小、洪水的多寡取决于暴雨量、暴雨强度及其分布。暴雨多发生在7—8月，形成暴雨的主要天气系统有高空槽、贝加尔湖低压、蒙古低压和华北气旋。暴雨中心多在绰尔河中上游，降雨量自上游向下游逐渐减少。1998年暴雨中心在文得根站附近。以两家子水文站暴雨资料统计，一次暴雨历时1～3天，主要暴雨量集中在一天。最大一日雨量占最大三日雨量的70%～85%。实测最大一日暴雨量为126.8 mm（1983年 7月 2日），实测最大三日暴雨量为154.9 mm（1983年7月1日）。暴雨资料统计成果见表1。年最大洪峰流量发生与暴雨同期，出现在6—9月份，其中以7—8月份最多，占70%以上，其他月份年最大洪峰出现比例仅占30%，而且流量数值较小。

绰尔河上游山区区域形成洪水的特点是：洪峰陡涨陡落，峰大量小，年际变化很大。洪水过程一般可分为单峰型或双峰型（主峰在后），一次洪水过程历时在20天左右，主要洪量多集中在7天内，最大7天洪量占最大15天洪量的50%～70%。

5.山洪沟流量计算成果

绰勒灌区自西南边界起，穿越灌区腹部的自然山洪沟共有19条，其中：索格营子灌域9条，五道河子灌域10条。每逢汛期，这些山洪沟和坡面沟（有的直接汇入绰尔河，有的汇入滞洪泡子）洪水顺地势入侵灌区，淹没农田，每年均有不同程度灾害发生。为了确保灌区不受洪水灾害威胁，绰勒灌区设计中对这些山沟进行治理，建立一个山沟洪水的防御系统。根据灌区设计规范及防洪设计规范，山洪沟洪水防御标准为5年一遇～10年一遇，由此确定本次山洪沟洪水设计防御标准采用10年一遇。分别采用地区综合法、推理公式法及“洪水图集”法，对此19条山洪沟设计洪峰流量进行计算。

（1）地区经验公式法

灌区内诸多山洪沟，均未设有水文测站，调查资料也很少，给洪水分析计算工作带来不少困难。这次山洪沟洪水分析计算中，采用系列截至2010年的绰尔河、洮儿河流域设计洪峰流量地区综合经验公式计算，见表2。

表1 两家子水文站暴雨统计分析

表2 索格营子、五道河子灌域山洪沟设计洪峰流量成果表

（2）推理公式法

根据小流域推理计算公式，确定各山洪沟设计洪峰流量Q10%，结果见表2。

（3）黑龙江省“洪水图集”法

《黑龙江省中小流域设计暴雨洪水图集》是以20年一遇最大流量进行地区综合，资料系列截至到1992年，其20年一遇地区经验公式：Q5%＝1.3×3.2F0.67，成果见表 2。

考虑经验公式参证站的流域面积均在1000 km2以上，而沟道流域面积较之相差较大。因此采用1996年版《黑龙江省水文图集》中绰尔河下游地区小面积设计洪峰流量进行复核，较本次设计成果偏小近15%～25%。设计成果基本符合绰尔河地区小流域面积设计洪峰流量地区综合关系线，成果基本合理。

经分析比较，上述3种方法的设计成果值相差不大，偏差不超过30%，但流域面积越小，地区经验公式法计算结果越偏保守，随着流域面积增加，其计算结果愈显偏小。从对资料系列的要求和计算成果精度上分析，地区经验公式法采用的测站资料系列到2010年，资料系列最长。采用成果较黑龙江省“洪水图集”法偏大是由于资料系列延长后加入1998年特大洪水年，偏大是合理的。为此，本次设计采用介于中间成果的地区综合法，确定山洪沟设计洪峰流量。

三、结论与建议

①山洪沟设计洪峰流量直接影响到排洪沟规模的大小，小流域推理公式法很难全面反映当地实际情况，地区经验公式法较能更好地反映当地实际情况。

②由于近年小流域山洪沟洪水暴发频率不断提升，以此带来的泥石流、滑坡等灾害也不断加重，建议加大对小流域山洪沟设计洪峰流量地区经验公式的研究及修正工作。

③我国大部分地区的 “洪水图集”水文系列截至20世纪八九十年代，很难满足现阶段小流域洪水预警需求，给工程设计带来许多不确定因素。为此建议加大对其水文系列的延长及图集的修正工作。

[1]何秉顺,黄先龙,郭良.我国山洪灾害防治路线与核心建设内容[J].中国水利，2012（10）.

[2]肖念婷.小流域设计洪水计算方法的探讨[J].节水灌溉，2013（5）.

[3]水利水电工程设计洪水计算规范（SL 44—2006）[S].2006.

[4]黑龙江省水利勘测设计院.黑龙江省水文总站,黑龙江省雨洪办公室,黑龙江省中小流域设计暴雨洪水图集[R].1985.

[5]内蒙古水利水电勘测设计院.绰勒水利枢纽下游内蒙古灌区可行性研究报告[R].2013.