朱家川河洪峰流量计算分析

王 军

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

朱家川河洪峰流量计算分析

王 军

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

山西天然气有限公司规划建设的输气管线需穿越朱家川河，文中计算了穿越断面以上流域的暴雨和产流，并通过瞬时单位线法计算了穿越断面处的洪峰流量，计算结果与朱家川河水文站实测洪峰资料非常接近，证实了计算结果的准确性。

朱家川河；洪峰流量；综合瞬时单位线法

1 基本情况

为充分利用保德县丰富的煤层气资源，山西天然气有限公司规划建设保德燃气（煤层气）热电联产项目，将保德区块的煤层气通过管道输送至热电厂，管线起始于保德县杨家湾镇，最终到达故城村保德煤层气热电厂，沿线需地埋敷设穿越朱家川河。为分析管线对朱家川河防洪的影响以及朱家川河洪水对管线的影响，需计算管线穿越断面处洪峰流量。

朱家川河是黄河的一级支流，发源于山西省神池县东北部管涔山西麓的金土梁、达木河村一带，经五寨、河曲、保德诸县入黄河。河长167.6 km，流域面积2 903.3 km2，河道比降5.02‰。本项目输气管线穿越朱家川河断面位于入黄口上游1.3 km处，断面以上流域面积2 889 km2、河长166.3 km。

2 洪峰流量计算

2.1 计算方法

本次计算主要参照《山西省水文计算手册》（下文简称“《手册》”）[1]提供的方法，先计算流域范围内暴雨及产流，再使用瞬时单位线法计算洪峰流量。

2.2 计算标准

根据保德燃气（煤层气）热电联产项目申请报告，该工程等级为中型，根据《防洪标准》（GB50201-2014），设计防洪标准采用50年一遇。

2.3 暴雨计算

2.3.1 设计点雨量H2%计算

1）选点。根据地形、地类等情况，在流域范围内选取有代表性的四个定点，记为A、B、C、D，流域范围及各定点位置见图1。用泰森多边形法，量算每个定点的控制面积占流域面积的权重系数分别为0.23、0.20、0.31、0.26。

图1 流域范围及各定点位置图

2）查图。在《手册》上查取各定点 tb=10min、60min、6 h、24 h、3 d的暴雨均值和变差系数CV，结果见表1。

2.3.2 设计面雨量H2%，A计算

2）计算点—面折减系数η2%（A，tb）。计算公式为：

式中：ηP（A，tb）为设计暴雨定点—定面系数；A为流域面积，km2；C、N 为经验参数，通过《手册》查取。计算结果见表2。

3）计算面雨量初值 H′2%，A。计算公式为：

式中：HP，A（tb）为面雨量值，mm；其余符号意义同上。计算结果见表2。

4）求解暴雨公式参数，计算设计面雨量H2%，A

根据各历时设计面雨量初值H′2%，A，采用多元回归求解参数S2%、λ、ns。求解公式（暴雨公式）如下：

式中：n、ns分别为双对数坐标系中设计暴雨时—深关系曲线的坡度及t=1 h时的斜率；SP为设计雨力，即 1 h 设计雨量，mm/h；t为暴雨历时，h；λ 为经验参数。

求解条件为：各标准历时设计降雨量Hp（t）残差相对值平方和最小；SP的误差控制在±5%以内；0≤λ＜0.12。求解结果见表2。再用上述公式计算设计面雨量 H2%，A，计算结果见表 2。

表1 设计点雨量计算表

表2 设计面雨量计算表

2.3.3 降雨时程分配

该流域位于山西省水文分区西区，参照《手册》中的设计雨型时序分配顺序，根据暴雨公式对本流域的降雨进行时程分配。分配结果见表3。

2.3.4 计算主雨历时和主雨雨量

主雨日主雨历时计算公式为：

主雨日主雨面雨量计算公式为：

式中：tz为主雨历时，h；Hp（tz） 为主雨面雨量，mm；其余符号意义同上。

计算得，主雨日主雨历时8.52 h，主雨面雨量60.80 mm。

2.4 产流计算

1）计算风干流域包气带的吸收率Sr，A及饱和流域包气带的导水率KS，A。根据工程所在流域下垫面产流地类条件，查《手册》得各地类的Sr、KS。按照各地类面积权重加权平均得 Sr，A=22.4、KS，A=1.6。

2）计算流域持水度B0，2%。计算流域所在分区为西区，主雨日居中，根据《手册》取主雨日B0，2%=0.58。

3）计算流域可能损失FA（tz）。计算公式为：

计算得 FA（tz）=54.73 mm。

4）计算净雨深R2%。采用双曲正切模型计算净雨深。计算公式为：

计算得R2%=16.78 mm。

5）计算产流历时 tc。用数值法计算产流历时tc。计算公式为：

将暴雨三参数S2%、λ、ns及R2%代入上式中，试算求解得tc=1.52 h。

6）计算损失率μ。计算公式为：

计算得μ=8.99 mm。

7）净雨过程分配。由下式计算逐时降雨深，然后按照《手册》中的分配次序依次放入相应时段，直至tc时段内的R2%分配完毕。

式中：Δhp为设计时段净雨深，mm；j为时雨型“模板”中序位编号；tj-1为j时段的开始时刻。

主雨日净雨过程计算分配结果见表3。

表3 流域主雨日降雨及净雨时程分配表

2.5 汇流计算

本次汇流计算采用综合瞬时单位线法。

1）确定流域汇流地类。参照《手册》，结合野外实地查勘，确定流域各汇流地类面积。

2）计算参数 n、mτ，1。参照《手册》，取各地类汇流参数 C1、C2，并加权平均求得复合地类参数 C1，A=1.028、C2，A=0.736，取经验性指数 α=0.397、β1=0.047、β2=0.190。计算得 n=1.39、mτ，1=4.53。

图2 P=2%设计洪水过程线

由洪水过程线知，洪峰流量Q=2 596 m3/s。

3 计算结果分析

朱家川河桥头村设有桥头水文站，位于本工程穿越断面上游13 km处，控制流域面积2 854 km2，有1956-2008年连续53年的洪峰流量观测资料。根据《手册》对观测资料的分析，50年一遇洪峰流量为2 529 m3/s。

参证桥头水文站实测资料，采用比拟法计算得设计流域50年一遇洪峰流量为2 540 m3/s。与上述综合瞬时单位线法计算结果仅相差2.18%，所以认为瞬时单位线法计算结果与水文站实测数据统计结果是非常接近的，是比较准确的。

4 结论

在河道管理范围内新建、改建、扩建的建设项目，需评价其对河道防洪的影响，这就需要计算设计流域的洪峰流量，如在设计流域内有实测洪峰资料，则可以通过频率分析确定设计标准的洪峰流量[2]。然而，实际工作中很多河流并没有实测资料，常用洪峰流量计算方法有综合瞬时单位线法、推理公式法、地区经验公式法和水文比拟法等。本文通过暴雨、产流计算，再采用综合瞬时单位线法计算获得朱家川河洪峰流量，计算结果与水文站实测资料非常接近，为同类型项目洪峰流量的计算提供了参考。

［1］山西省水利厅.山西省水文计算手册［M］.郑州:黄河水利出版社，2011.

［2］董 霞.高速公路跨潇河桥梁防洪影响的防治措施［J］.山西水利科技，2015（2）:18-21.

Flood Peak Discharge Calculation and Analysis of the Zhujiachuan River

WANG Jun

The gas transmission line planed and constructed by Shanxi Natural Gas Limited Company needs to underrun the Zhujiachuan River.The rainstorm and runoff yield of the drainage basin above the underrunning section were calculated in this paper.Instantaneous unit hydrograph method was used to calculate the flood peak discharge on the underrunning section.The results are extremely close to the observed flood peak data of the gauging station，and justify the accuracy of the calculation results.

the Zhujiachuan River；flood peak discharge；synthetic instantaneous unit hydrograph method

TV122.5

B

2017-03-31

2017-04-27

王 军（1988-），男，2015年硕士研究生毕业于太原理工大学水利工程专业，助理工程师，主要从事节水灌溉技术的研究与节水工程的规划、设计工作。

1006-8139（2017）03-066-03