孤山河设计洪水初步分析

赵小龙，王宏岩

(辽宁省营口水文局，辽宁营口115003)

1 流域概况

孤山河为海城河干流上游段，发源于海城市孤山镇瓦子沟村响水沟。该河断面上流域面积80.5 km2，河长10.5 km，断面处平均比降8.95‰。

断面处地表水总体方向由南向北。河水受季节性降水控制明显，雨季降水集中，河水暴涨，水流湍急，地表径流突增，枯水季节河流水位下降，地表径流减少。

河床为松散河床质堆积物，多为粗砂及碎石。地下水为第四系孔隙水含水岩组，一般主要以吸夺河水为主。

2 暴雨洪水特性

流域属太子河流域下游区，季风气候显著，每年7—8月份，受西太平洋副热带高压、华北气旋、台风及高空槽等天气过程的影响，常常出现暴雨和大暴雨天气。降水强度大，降水量集中在几小时或2～3 d，有时连续发生多日降水。

受暴雨影响，本河段经常发生洪水或大洪水。由于河道曲折，河谷狭窄，比降大，流速快。一般一次天气过程造成的暴雨历时较短，多为集中在几个小时之内，最多集中于一天时间内，致使较大洪水过程多呈单峰形，洪峰受暴雨雨型控制。

3 河道演变

河道演变是在水流与河床相互作用下，河道形态的变化，指近代冲积河道的演变发展。断面处河床相对松散，多为粗砂、碎石，地貌为河流侵蚀堆积地貌，河道平直，为“U”型断面，右岸靠山脚，左岸设堤岸为民宅。河道涨水时，比降较大，流速快，水流湍急，河底高程有不同程度的变化，存在局部冲淤现象。

根据历史调查资料分析，河段内曾有决堤、漫堤情况发生，但主槽未有明显摆动，河床没有明显变化，河槽相对稳定。就河道自然演变来看，经过洪水的多次冲刷、淤积及变迁，河道仍然是自然状态，冲刷淤积基本上趋向平衡［1］。

4 水文分析计算

4.1 资料的选用

孤山河为海城河上游，无水文站，没有实测洪水资料。海城水文站位于海城河干流上，实测年限较长、观测质量较好、精度较高、水文气象及下垫面条件相似，距分析断面较近。因此，以海城站资料为基础，采用海城站的洪水设计成果，使用面积比拟法对分析断面进行设计洪水计算。

海城河在海城市市区设有控制站为海城水文站，站址以上河长56 km，流域面积1000 km2，1934年设立，1953年后有连续资料。2006年下迁950 m至现在处。基本资料选用1953—2012年，连续系列资料60 a，每年的实测资料均由辽宁省水文水资源勘测局及鞍山分局进行整编、地审、省审、汇编和刊印，资料精度高，分析计算设计洪水成果可靠。

4.2 资料插补延长

此次洪峰流量实测资料系列1953—2012年，计算100 a一遇的资料系列相对较短，为此本项分析计算中，对以下几类资料进行了适当的插补延长。

与海城站相邻的站只有汤河水库站资料系列更长，汤河水库站和海城站同属太子河下游山溪性河流代表站，两站相距50余km，流域面积相近，河流特性、下垫面条件及气象特点相差不大，因此，采用面积比法进行资料的插补延长。

汤河水库站流域面积为1 228 km2，1951、1952实测流量分别为719、734 m3/s，计算得海城站流量分别为586、598 m3/s做为资料插补系列。

4.3 设计洪水计算方法

4.3.1 经验频率计算

依据中华人民共和国行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-93)中的规定，当工程所在地区具有30 a以上实测和插补延长洪水流量资料，并具有历史洪水资料时，应采用频率分析法计算设计洪水［2］。频率分析计算公式如下:

1)海城站历史调查洪水采用如下经验频率公式计算:

式中:PM为历史特大洪水流量或实测系列中特大洪水流量经验频率，%;M为历史特大洪水流量或实测系列中特大洪水流量在调查期内的序位;N为调查期年数。

2)实测洪水流量系列经验频率按下式计算:

式中:Pm为实测洪水流量经验频率，%;a为历史特大洪水的项数;l为实测洪水流量系列中按特大洪水流量处理的项数。

4.3.2 理论频率曲线

理论频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型分布。

均值计算公式为:

变差系数计算公式为:偏态系数计算公式为:

采用矩法求得各统计参数，偏差系数CS值，采用CS与Cv的倍比关系、变差系数以及年最大洪峰流量平均值均经过优选。

经验频率的计算方法采用统一处理法。

4.4 设计洪水的计算

4.4.1 海城站设计洪峰流量的推求

海城站100 a一遇设计洪峰流量为3 840 m3/s;50 a一遇设计洪峰流量为3 120 m3/s;20 a一遇设计洪峰流量为2 210 m3/s。

4.4.2 项目位置以上设计洪峰流量的推求

基本计算公式为:

式中:Qp为断面位置设计洪峰流量;Q海海城站洪峰流量;F海为海城站以上流域面积;Fp断面位置以上流域面积。

断面位置20 a一遇设计洪峰流量Qp=412 m3/s;

断面位置50 a一遇设计洪峰流量Qp=582 m3/s;

断面位置100 a一遇设计洪峰流量Qp=71 6 m3/s。

4.5 设计洪水成果及合理性分析

采用海城水文站连续60 a实测资料，系列较长，成果精度高，调查资料比较可信;用海城站资料换算工程项目设计洪水，方法得当。采用海城站设计成果为基础，对工程设计而言防洪标准更高，对工程本身更加安全，设计洪水成果是合理的。

［1］何超.山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算分析［J］.中国科技信息，2013(14):10.

［2］中华人民共和国水利部.SL44-93水利水电工程设计供水计算规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1993.