养息牧河防洪规划设计洪水组成计算浅析

周 明

（沈阳市水利规划院，辽宁 沈阳 110015）

设计洪水计算是防洪规划中的基础工作之一，对于编制好防洪规划具有决定性控制作用［1-2］。在计算设计洪水中，规划河段上游有调蓄作用的水库对天然洪水进行调节，实现消减和滞留洪峰的作用，需要考虑水库下游与规划河段之间无工程控制的流域洪水，因此，规划河段设计洪水应考虑区间洪水和水库泄水在统一的时间坐标上叠加，即设计洪水组成［3-4］。设计洪水地区组成法是考虑水库调蓄影响的设计洪水计算的常用方法之一［5］。本文以养息牧河防洪规划为例，针对中小河流设计洪水地区组成的技术问题作简要分析。

1 流域概况

养息牧河是辽河右侧的较大支流，发源于辽宁省阜新市彰武县北部的章古台镇，流经彰武、新民，在新民市东城街道吉祥堡东南汇入辽河。河口以上全流域面积1 981 km2，河长123 km，河道平均比降0.933‰。养息牧河流域地势呈东北高、西南低，上游为沙荒、低山丘陵区，中下游为平原洼地涝区。养息牧河主要支流有：头道河、三道河、地河、小地河、双徐河。养息牧河流域水系见图1。

根据养息牧河流域特点及工程现状，并结合历史文献资料分析，河口设计洪水由3部分组成：①三道河汇入口以上，包含头道河、二道河（干流）、三道河；②三道河河口至小地河河口区间；③小地河河口至养息牧河河口平原区。

图1 河流水系

本文主要就小地河河口的设计流量组合情况进行分析。三道河口至小地河汇入口区间面积为238.7 km2，河长35 km，河道比降1.73‰。长坨子水库以上面积为90.1 km2，河长8.7 km，河道比降2.44‰；长坨子水库以下至小地河河口面积为148.6km2，河长26.3 km，河道比降1.50‰。

2 设计洪水地区组成计算中的技术问题

在分析设计洪水地区组成前，先了解流域设计洪水计算方法的特点，分析流域暴雨洪水特性，选定该地区较不利洪水组成。分别在分析上游水库的设计洪水和调洪后的下泄洪水以及无工程控制的区间洪水的基础上，考虑水库下泄洪水传播至规划河段的时间，然后按时程叠加组合计算规划河段的设计洪水。

2.1 洪水组成方案的选择

首先，各分区的设计洪水计算采用《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》（98版）（以下简称《计算方法》），其中各时段年最大暴雨均值、相应Cv值均需根据各分区的重心在附图中查找。但因图中流域各分区重心较为集中，肉眼区分难度大，故增加了在两条Cv等值线之间估值的难度。其次，计算的各分区均属小流域（流域面积小于300 km2），根据历史气象资料分析，长坨子水库以及长坨子水库至规划河段区间属于同一暴雨区，水文气象特性一致，当发生中等暴雨或大暴雨时，雨区将笼罩各分区，各分区暴雨差异不大。因此，在研究中等或稀遇洪水的地区组成时，应重点考虑各分区来水较均匀的方案。从当地实际考虑，计算设计洪水地区组成时，采用水库洪水与区间洪水同频率组成更为合理。

2.2 各分区设计洪水计算

应用《计算方法》，分别根据长坨子水库上游和长坨子水库下游至小地河河口的流域重心，确定其水文分区，再查得各时段的最大暴雨均值和相应偏差系数，通过各分区的面积、各河段长度和平均比降，分别求出点面折减系数和汇流时间。最后分别推求出各频率的长坨子水库入库和水库下游至小地河河口的设计洪水，并应用列表法对流域内长坨子水库的设计洪水进行调洪演算，得到水库下泄洪水，计算成果见表1。

表1 各区间设计洪水成果

2.3 汇流时间的确定

洪水叠加后，主峰与后面的波形主峰重合。在实际工程中，长坨子水库位于流域上游，区间位于流域下游；区间洪峰在前，水库控制流域的洪峰在后，汇合后主峰与水库调洪泄流洪峰重合。各分区位于养息牧河上游，属于低山丘陵区，洪水波在河道传播中变形不大，洪水在区间的传播可不考虑洪水演进。洪水波沿河段的传播时间（t），可用河段长度（L）与平均洪峰流速（c）之商确定，即

在棱柱河道里，平均洪峰流速与断面平均流速v的关系为

式中，S为水面比降，可取该河段河道比降近似代替，R为水力半径，河段为宽浅式河道，可用平均水深代替水力半径，n为河道综合糙率；λ为波流速系数，取决于断面形状和流速计算公式。本次计算河道断面近似矩形，流速采用曼宁公式计算，故λ取1.67。

分析该次长坨子水库下游河道各实测断面，取标准断面按式（1）计算各频率洪水的断面平均流速。河段长度L为26.3 km。洪水波沿河段传播时间见表2。

表2 洪水波沿河段传播时间

根据以上公式计算，在研究常遇洪水地区组成时，错时按4 h考虑会使成果偏大，但这有利于防洪，因此，规划河段各频率洪水波沿河段的传播时间均考虑为4 h。

2.4 设计洪水组成及合理性分析

本次设计洪水组成，将用《计算方法》推求的长坨子水库、三道河口-小地河口区间洪水过程线与长坨子水库的各频率洪水调洪得到的水库下泄洪水过程线错时4 h叠加，设计流量计算成果见表3。

表3 设计流量计算成果 m3/s

综合考虑三道河河口至小地河河口设计流量计算成果与三道河河口以上和小地河下游平原区相应洪水叠加组合后，与养息牧河河口小荒地站实测洪峰成果比较分析。结果表明，组合流量与实测流量总体上十分接近，2%、5%成果比小荒地站偏小，10%、20%成果比小荒地站偏大。这与洪水计算方法有关，实测洪水系列的Cs/Cv=2.5，而暴雨系列的Cs/Cv=3.5，离散系数的差异造成洪水成果略有不同，但总体上十分接近。因此，本次洪水组成方案的选择是合适并符合实际的。

3 结语

养息牧河属于无资料地区的中小河流，一般可只推求设计洪峰流量，仅以洪峰流量控制两岸堤防设计。设计洪峰流量计算成果的可靠性，不仅影响工程投资，还影响到保护区的受灾程度。因此，洪水组成方案的选择，汇流时间的确定等问题需要仔细调整处理和多次分析研究，上述分析可为类似无资料地区的中小河流防洪规划中设计流量的计算提供借鉴和参考。