澎河流域设计洪水计算与分析

□史靖雯 □彭 博（河南省平顶山水文水资源勘测局）

1 流域概况

1.1 自然地理、河流水系

澎河发源于伏牛山区方城县境内，经方城、鲁山汇流沙河入白龟山水库。在澎河上有一座中型水库——澎河水库，水库坝址位于鲁山县东南17.50 km的马楼乡宋口村，坝址以上控制流域面积209.20 km2。澎河流域内山岭重叠，林木稀少。河源位于方城县境内，河长38.20 km，水库下游河道平均比降0.25×10-2，水库下游河长14.00 km进入白龟山水库。

澎河水库库区属浅山丘陵区，海拔高程130～320m，库区植被尚可。水库原为一狭沟拦坝而成；沟宽300m左右，水库流域形状南北向为羽状，流域南、东、西三面被浅山环抱，山坡坡面较陡，坝址以上河道窄深。

1.2 水文气象

流域气候为暖温带与北亚热带的过渡带上，属典型的大陆性季风气候。多年平均降水量868.60mm，年内年际分配很不均匀，6~9月份，净水约占全年降水量的70%以上；多年平均气温15℃，极端最低温度为-18℃，极端最高温度为42℃；多年平均水面蒸发量980mm，陆上蒸发575mm，干旱指数1.00。由于降水时空分布不均，年际变化大，易发生洪涝和干旱灾害。

2 流域内水利工程

澎河水库始建于1958年，现经除险加固后，澎河水库总库容为7112.15万m3，坝高32m，坝长634m，100年一遇洪水设计，设计洪峰流量3956m3/s，2000年一遇的洪水校核，校核洪峰流量6384m3/s，历史最高水位151.51m。

3 设计洪水分析计算

3.1 计算方法

本次洪水设计首先计算叶鲁公路桥和澎河水库之间的天然状况设计洪水，再加上澎河水库的洪水泄量，得出公路桥处设计洪水。

流域天然状况设计洪水的计算一般采用实测流量推求设计洪水和暴雨资料推求设计洪水。由于本流域内没有设立水文站，实测流量资料缺乏,所以只能运用暴雨资料推求设计洪水流量。该计算方法的有关要素（主要是暴雨、产流、汇流）反映天然状况下的洪水特性。设计暴雨推求过程中图集查算值及查得的参数都是天然流域统计结果，公式也广泛应用于天然流域洪水计算。本次计算采用的流域特征值和相应参数由水文图集查得，代表天然流域特征。

为了充分利用现有资料，澎河水库下泄水量，按照澎河水库不同频率的设计洪水计算。

3.2 设计暴雨和设计径流计算

区间流域特征值：F=10 km2；L=2.50 km；J=0.0025。

各时段的设计暴雨统计参数由1984年《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》中的等值线图查得。各时段径流深采用澎河水库洪水设计方案的暴雨径流参数计算值。设计暴雨径流计算成果见表1。

表1 设计暴雨计算成果表 单位：mm

3.3 区间天然设计洪峰流量计算

3.3.1 暴雨递减指数计算

暴雨递减指数计算根据基本公式np=1-1.285LgαH1p/αH10p

式中：α 为点面折算系数，H10p、H1p、分别为10min、1 h在设计频率下的设计点雨量，由此可计算出6 h和24 h的暴雨递减指数。计算结果见表2。

表2 暴雨递减指数成果表

3.3.2 设计洪峰流量计算

式中：Ψ—洪峰径流系数；S—设计最大1小时雨量平均强度（mm/h）；τ—洪峰汇流时间；n—设计暴雨递减指数；F—流域面积（km2）。

通过计算，天然设计洪峰流量成果见表3。

表3 天然设计洪峰流量成果 单位：m3/s

3.4 设计洪峰流量计算

公路桥断面上游有澎河水库，距桥位断面河道2.50 km，所求桥位设计断面处设计流量为组合流量，等于公路桥和水库间的天然设计流量加上澎河水库的下泄流量，即Q设计=Q区间+Q库出。断面处设计洪峰流量计算成果见表4。

表4 天然设计洪峰流量成果 单位m3/s

3.5 设计水位的确定

根据实测桥址处的大断面资料和设计流量由曼宁公式计算，求出设计洪水位。

式中：Q—设计流量，m3/s；n—河床糙率；A—过水断面面积，m3；R—水力半径，m；i—水面比降。

根据河道河床质及植被情况，河底由砂质组成，河底不太平顺，水流不太顺畅，两岸岸壁为黄土，长有杂草，河床糙率按照《比降面积法测流规范》的糙率取值表，断面处取n=0.03，求得各频率洪水水位，确定该断面处的设计洪水，见表5。

表5 设计洪水成果表

4 成果合理性分析

（1）本次由暴雨径流推求的设计洪水，采用的暴雨参数为1984年河南省综合成果，资料的代表性、系列性较好，满足洪水设计需要。

（2）选用流域特性相近的河流大泥河、灰河与所求设计洪峰流量Qp～F综合图，点位合理，符合地区分布规律。

（3）根据澎河历史洪水资料，历史最大下泄流量所达到的洪水位与本次所设计的水位较接近，说明设计较为合理。

（4）本次设计，考虑分析了区间来水特性，推求桥位断面设计洪水，设计符合实际。

（5）澎河流域应用曼宁公式推求洪水水位的方法和参数的采用已经应用和验证，结果合理可靠。

参考资料

[1]李炜.水力计算手册[S].北京：中国水利水电出版社（第二版），2006.

[2]河南省中小流域设计暴雨洪水图集[J].郑州：河南省水文总站，1984.

[3]河南省鲁山县澎河水库除险加固工程设计报告[J].南阳市水利设计院，2011.