安徽省明湖设计洪水计算方法探究

朱世城

（中交水利水电建设有限公司，浙江 宁波 315200）

1 工程概况

安徽省滁州市长江流域二级支流为清流河，胜天河是清流河右岸的主要支流，流域面积85.5 km2，明湖以上流域面积77.5 km2。胜天河上游建有陈官塘、侯家坝、鳌鱼塘、中心水库等小型水库工程，水库泄洪对河道洪水影响较大。

胜天河防洪能力低，按照现状防洪标准不足20年一遇提高为近期50年一遇、远期100年一遇标准进行综合治理。治理工程包括胜天河上游干、支流河道整治、堤防加固，中游低洼河谷地带建设明湖工程；胜天河下游干支流河道整治、堤防加固等。明湖工程是胜天河综合治理工程的重要组成部分，设计防洪标准50年一遇，校核防洪标准300年一遇。

2 设计洪水计算

胜天河流域无实测径流资料，设计洪水采用设计暴雨间接推求。为保证计算成果的合理性，设计入湖洪水计算方法采用《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（以下简称“84办法”）和瞬时单位线综合法（以下简称“单位线法”）两种方法分别进行计算[1]，以临近流域小沙河胡庄（三）站实测流量资料系列计算成果进行复核，以保证计算成果的合理性。

2.1 设计暴雨

（1）暴雨特性

建设工程位于江淮之间丘陵地带，为北亚热带湿润季风气候，6月份进入梅雨季节，雨量集中，7月中旬进入盛夏，受台风影响，易形成大暴雨。暴雨历时一般为1 d～2 d，最长3 d～7 d，最短仅几小时。

（2）设计暴雨

设计暴雨采用实测面雨量资料进行频率分析计算。根据老嘉山、自来桥、独山、董家洼、燕子湾、赤湖、乌衣及滁州等8站1958 年～2017 年实测最大 1 h、24 h、1 d、3 d、7 d 时段暴雨量资料，采用P-Ⅲ型频率曲线适线，计算不同频率设计暴雨量（表1）。

表1 设计暴雨计算成果表 单位：mm

2.2 设计洪水

（1）“84 办法”计算设计洪水

拟建明湖洪水位受洪峰流量及洪水总量的影响。根据“84办法”，当河流有明显分支时，应分块分别计算洪水过程[2]。胜天河流域属江淮丘陵区，江淮地区丘陵地形降雨损失量及地下水量扣除办法，重现期≥50年一遇时为60 mm，重现期≤20年一遇时为80 mm。根据明湖以上流域特征参数，分胜天河主干及右支分别进行洪水计算，并根据流域形状系数（表2）对洪峰及过程线进行修正，将各分块洪水进行时段叠加得明湖设计洪水过程线（图 1、图 2）。

表2 拟建明湖以上流域特征参数表

图1“84办法”设计洪水过程（24h，20年，50年一遇）

图2“84办法”设计洪水过程（24h，100年，300年一遇）

（2）“单位线法”计算设计洪水

根据“单位线法”，降雨损失量根据《各天降雨损失量表》查算，潜流比根据《山丘区不同面积的潜流比（R/R%）》查算[3]；流域位于江淮之间，24 h、3 d设计暴雨时程分配分别按照《最大24 h暴雨时程分配分区综合成果表》《最大3 d暴雨日程分配分区综合成果表》的规定进行,汇流计算采用纳希单位线法。设计暴雨时程分配见表3～表4,设计入湖洪水过程线见图3～图6。

表3 最大24小时暴雨时程分配表

表4 最大3d暴雨时程分配表

图3“单位线法”设计洪水过程（24h暴雨，20年，50年一遇）

图4“单位线法”设计洪水过程（24h暴雨，100年，300年一遇）

图5“单位线法”设计洪水过程（最大3d,20年，50年一遇）

图6“单位线法”设计洪水过程（最大3d,100年，300年一遇）

2.3 设计成果合理性分析

不同方法计算明湖设计洪水成果比较见表5、表6。从设计洪水洪峰流量看，24 h设计暴雨除20年一遇外，“84办法”与“单位线法”计算结果相差不大（在4.2%以内），20年一遇“84办法”计算结果比“单位线法”计算结果偏小17.8%，主要因为两种计算方法在扣除降雨损失及地下水所采用的概化方法不同[4]。“84办法”在扣除降雨损失及地下水考虑了重现期的因素，江淮丘陵地区重现期≥50年一遇时降雨损失及地下水扣除60 mm（降雨损失30 mm，地下水30 mm），重现期≤20年一遇时降雨损失及地下水扣除80 mm（降雨损失50 mm，地下水30 mm）；“单位线法”降雨损失不考虑重现期采用固定值，丘陵区降雨损失为30 mm，地下水则概化为净雨固定倍比值（潜流比）。

从设计洪水洪量看，最大24 h洪量计算结果较为接近，“84办法”计算洪量大（20年一遇除外），24 h暴雨时段设计洪量较3 d暴雨时段洪量大，说明来水量主要由24 h暴雨形成。明湖工程按照50年一遇标准设计、300年一遇标准校核，从安全角度考虑，设计入湖洪水采用24 h时段暴雨“84办法”计算成果（图1～图2）。

表5 明湖设计入湖洪水洪峰流量计算成果比较表单位：m3/s

表6 明湖设计洪水最大24小时洪量计算成果比较表单位：万m3

3 设计洪水成果复核

临近流域设有水文监测站胡庄（三）站，具有1980以来近40年的实测径流资料系列。经分析，资料合理、可靠，可用于设计洪水计算。根据《水利水电工程水文计算规范》（SL278-2002），当工程处与设计依据站的集水面积相差不超过15%，且下垫面条件相似时，可按面积比推算工程设计径流量[4]。胡庄（三）站以上流域面积82.1 km2，明湖以上流域面积77.5 km2，差5.6%，位置临近，面积相差较小，地形、地貌相似，下垫面情况也相近，可根据胡庄（三）站实测洪水资料按面积比推算明湖设计洪水。

以胡庄（三）站1980年以来实测年最大流量系列进行频率计算,得到不同频率设计洪水洪峰流量(表7),按水文比拟法计算明湖工程不同频率设计洪水洪峰流量(表8)。

表7 胡庄(三)站不同频率设计洪水洪峰流量成果表单位：m3/s

表8 不同计算方法设计洪水洪峰流量成果表单位：m3/s

与“84办法”计算结果相比，水文比拟法计算结果稍大（2.7%～11.7%），主要为胡庄（三）站位于小沙河上游段，汇流速度较大，而明湖调蓄区坝址处洪水受下游清流河回水顶托影响较小。因此，设计洪水采用“84办法”计算成果基本合理。

4 设计洪水位计算

明湖设计洪水位由设计入湖洪水、水位库容曲线、设计泄流曲线及水量平衡方程，采用洪水静库容法进行调洪演算推求。

调洪演算公式如下：

式中：Δt为t1～t2时间间隔；S1为t1时刻的库容,m3;q1为出库流量，m3/s；Q1为入库流量，m3/s；S2为 t2时刻的库容，m3、q2为出库流量，m3/s；Q2为入库流量，m3/s。

泄洪闸泄流能力采用下式进行计算：

式中：m为流量系数；ε为侧收缩系数；σ为淹没系数；B为堰顶净宽，m；H0为堰上总水头，m。

明湖设计正常蓄水位14.00 m，胜天河主干和右支两座泄洪闸设计宽度分别为24 m、16 m，闸底高程10.0 m。起调水位采用正常蓄水位。计算明湖20年、50年、100年、300年一遇设计洪水位分别为14.20 m、14.60 m、15.21 m和15.48 m。调洪演算计算过程见表9，调洪演算成果见表10（50年一遇、300年一遇）。

表9 明湖设计洪水调洪演算计算表（50年、300年一遇）

表10 明湖设计洪水调洪演算成果表

5 结语

（1）明湖工程是胜天河综合治理工程的重要组成部分，为防洪安全需进行设计洪水计算。文章采用“84办法”及“单位线法”两种方法计算设计入湖洪水，并对成果合理性进行评价，以胡庄（三）站实测流量资料系列计算成果进行复核，保证计算成果的可靠性；根据设计入湖洪水调洪演算推求设计洪水位，为明湖工程方案设计提供依据。

（2）从设计洪水洪峰流量看，24 h设计暴雨除20年一遇外，“84办法”与“单位线法”计算结果相差不大，20年一遇“84办法”计算结果比“单位线法”计算结果偏小17.8%，主要因为两种计算方法在扣除降雨损失及地下水所采用的概化方法不同。

从设计洪水洪量看，最大24 h洪量计算结果较为接近，除20年一遇外，“84办法”计算洪量大，24 h暴雨时段设计洪量较3 d暴雨时段洪量大，说明来水量主要由24 h暴雨形成。

明湖工程按照50年一遇标准设计、300年一遇标准校核，防洪标准高于20年一遇，从安全角度考虑，建议设计入湖洪水采用24 h时段暴雨“84办法”计算成果。

（3）根据设计洪水进行调洪演算，计算工程50年一遇设计洪水位14.60 m，300年一遇校核洪水位为15.48 m。