水文比拟法在清水河管道穿越河段断面设计洪水分析计算中的应用

石牡丽

（陕西省水文水资源勘测局陕西西安710068）

水文比拟法在清水河管道穿越河段断面设计洪水分析计算中的应用

石牡丽

（陕西省水文水资源勘测局陕西西安710068）

本文结合清水河流域概况、地形地貌、水文气象、河流特性等特点，运用水文比拟发法对其水文资料的进行了分析，分析成果合理、可靠，可为类似案例提供借鉴。

水文比拟法；清水河；管道穿越河段；断面设计洪水；计算

1　工程概况

按照宝鸡市政府渭河流域水污染防治工作要求和市区污水处理总体规划，为了解决十里铺污水处理厂污水量超负荷运行、高新区污水处理厂处理能力不足，以及渭河南岸滨河大道段无污水管网，渭河污水直排口无法截留进入污水管网等问题。市政府决定建设渭河南岸滨河大道污水干管工程，将渭河南岸污水截留引入高新区污水处理厂。

渭河南岸滨河大道污水干管工程穿越清水河，属小型穿越河流的涉水建设项目。

2　流域概况

2.1河流概况

清水河是渭滨区境内渭河右岸一级支流，发源于秦岭北麓，由南向北流经渭滨区八鱼镇、马营镇、于马营镇东汇入渭河。入河口的地理坐标是东经107°15′05″，北纬34°15′09″。干流长28.4km，流域面积162.5平方km2，河道平均比降35.2‰。主要支流有大清河，西岔河和东岔河。其中大清河和西岔河位于清水河左岸，东岔河位于清水河右岸，东岔河以下干流顺直，无大支流汇入，整个流域呈扇形。

2.2地形地貌

清水河流域地形南高北低。流域中上游为峰岭错列，山崖陡峻的土石中低山区，清水河姚家岭以南植被丰茂，水土保持良好，姚家岭以北侵蚀严重，今年来采取了植树造林和台塬坡面绿化工程，在一定程度上缓减了水土流失现状。大部分地区森林覆盖，植被良好，下游两岸为黄土台原区。

2.3水文气象

清水河流域属于暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候区，四季分明，冬夏温差较大，多年平均气温12.9℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-13.9℃；多年平均相对湿度68%，多年平均日照1869h，多年平均风速1.2m/s，风向西北。

2.4河流特性

清水河地处秦岭北麓，夏秋季节雨量比较充沛，旱情多发生在冬春季节，夏季受南方暖湿气流影响，易发生大暴雨，河流具有山溪性河流洪水暴涨暴落的特性。除涨水情况下，清水河水质清澈，含沙量低，多年平均输沙量1.35万吨，多聚于清水河入渭河口。

表1-1　清水河周边流域水文站基本情况

3　设计洪水分析计算

水文比拟法就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法，是解决无资料流域设计洪水计算的一种常用方法，清水河流域无水文站点，属无水文资料流域，因此本次设计洪水分析计算采用采用参证站比拟法作为确定堰河管道穿越河段断面设计洪水计算方法之一。

3.1参证站的确定

清水河流域周边地处于同一暴雨相似区的水文站有汤峪河漫湾村水文站、清姜河益门镇水文站。经比较分析，清水河与清姜河同属秦岭北麓河流，流域下垫面条件相似，流域集水面积、河长、主河道比降和清水河基本接近，水文资料系列较长，故选用益门镇站作为分析计算清水河设计洪水的参证站。周边水文站情况见表1-1。

3.2参证站设计洪水分析计算

3.2.1基本资料情况

（1）水文站及水文资料

益门镇水文站位于渭滨区益门镇益门村二组，1955年9月设立，隶属陕西省水文水资源勘测局，基本断面以上集水面积219km2，距河口距离5.4km。该站测验河段顺直，河床为沙卵石河床，冲淤变化不大，水文测验项目齐全。本次收集到1955年～2014年59年（其中缺测1年）的实测洪水系列资料。

（2）水文资料的选用

本次评价水文资料选用益门镇水文站1955年～2014年经正式整编刊印的年最大洪峰流量资料，在59年资料系列中，多年平均年最大洪峰流量为189m3/s，年最大洪峰流量最大值为734m3/s（1981年8月21日），年最大洪峰流量最小值为32.1m3/s（1995年3月15日）。调查洪水1次，411m3/s（1931年9月1日）

图4-1　益门镇站洪峰流量过程线、正序均值、逆序均值曲线图

3.2.2水文资料的一致性、可靠性、代表性分析

（1）可靠性分析

益门镇水文站属国家基本水文站，水文资料一直由专业技术人员按照相关规范规定观测，观测资料真实，整编方法正确。河道水位观测、断面测量、泥沙和流量测验及推求计算方法符合《河道流量测验规范》、《水文资料整编规范》，因此选用资料系列可靠。

（2）一致性分析

益门镇水文站59年年最大流量系列资料中的洪水气象成因均由暴雨形成；水文站基本断面以上无大中型蓄水调节工程，有宝鸡市饮水工程1处，大洪水期均停止饮水，不会对最大洪峰流量影响，59年年最大流量资料系列中无决、溃现象引起的峰值，因此本次评价选用的资料系列一致性较好。

（3）代表性分析

资料系列代表性是指某一具有可靠性和一致性的资料系列样本分布对总体分布的代表性。本次采用点绘益门镇站1955年建站以来历年年最大洪峰流量、正序均值、逆序均值过程线图。益门镇站洪峰流量过程线、正序均值、逆序均值曲线图详见图4-1。

从图中可以看出年最大值与最小值变化大，年最大值734m3/s（1981年8月21日），最小值为32.1m3/s（1995年3月15日），年均值为189m3/s；大于均值及小于均值出现的年份不均，大于均值出现年份为18年，小于均值出现年份为38年；系列变化周期明显，1955年～1991年出现大于均值的年份偏多，1991年～2014年系列值均小于均值的年份偏多。59年资料系列中洪水丰、平、枯交替出现，变幅较大，且出现了丰水段和枯水段，随着系列的增加，年最大流量系列正、逆序列均值趋于平均值，经分析所选用的年最大洪峰流量资料具有较好的代表性。

3.2.3历史洪水重现期的考证

依据《陕西省洪水调查资料》（陕西省水利厅，1985年），1931年调查历时洪水411m3/s。

实测系列中按特大洪水处理的洪水为1981年洪水，洪峰流量734m3/s，排列首位，因无可靠的历史资料考证，故历史及实测特大洪水的重现期按调查洪水的最早年份（1931年）算起，调查洪水的考证期取84年。实测系列洪水考证期取59年。

3.2.4频率计算

根据益门镇水文站1955年～2014年实测洪峰流量资料系列，加入1931年历史洪水，按不连续系列计算经验频率，采用矩法计算统计参数，偏态系数CS/CV=3.0，采用P－III型曲线目估适线，适线时着重考虑曲线中、上部较大洪水点数据。适线和计算结果见表1－2，频率曲线图详见下图。

表1－2　益门镇站洪峰流量频率计算成果表

益门镇水文站洪峰流量频率曲线图

表1-3　设计断面水文比拟法计算成果单位：m3/s

从表中可以看出，《宝鸡水文手册》资料系列采用1955年～1983年，资料系列较短，从益门镇站1955年～2014年最大流量过程线来看，该系列段，数值偏大，代表性差，频率计算结果仅供参考。本次采用PⅢ型频率适线法，计算的益门镇站不同频率洪水与陕西省水文局计算结果接近，两成果资料系列较长，参数取用合理，故采用本次洪水频率计算成果可作为确定管道穿越控制断面设计洪水流量的依据。

3.2.5管道穿越断面基本资料

清水河管道穿越段（管道处）控制断面以上流域面积为163km2，河长28.4km，距离河口0.5km。

3.2.6水文比拟法

利用清姜河益门镇水文站设计洪水计算成果，应用水文比拟法推求设计断面设计洪水，计算公式：

式中：QP清水河——清水河管道控制断面设计流量（m3/s）；

QP益门镇——益门镇站设计流量（m3/s）；

F清水河——清水河管道控制断面以上流域面积（km2）；

F益门镇——益门镇站以上流域面积（km2）；

n——指数，取2/3。

计算结果见表1-3。

4　结语

经综合分析并计算，可以看出成果合理、可靠，用水文比拟法计算结果可作为确定清水河管道穿越段断面设计洪水参考成果之一。陕西水利

（责任编辑：王剑）

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