王河河道防洪承载力分析评价及组合洪水计算探析

刘瑛楠

(辽宁省沈阳水文局， 辽宁 沈阳 110043)

1 概述

王河发源于沈阳市法库县慈恩寺白石砬子山区，流经法库、铁岭的调兵山市和铁岭县，在铁岭县镇西堡乡大台山下汇入辽河，属辽河一级支流。王河流域总面积482 km2，其中山区面积278 km2，平原面积204 km2，河流总长50.8 km，河道平均比降0.73‰，在铁岭境内长22 km。王河沿岸为铁岭西部山区洪水冲积形成的山前平原，地形开阔平坦，地势较低，地下水位高。

王河的上游段距法库县慈恩寺白石砬子山王河河源约23.4 km处建有泡子沿水库，属于中型水库，校核标准为1 000 a一遇，设计标准为100 a一遇。泡子沿水库很大程度上缓解了周边农田灌溉用水的紧张状况，同时承担了下游大明煤矿、调兵山市区的防洪任务。

王河泡子沿水库下游有五条主要支流，即前山河、蔡家沟河、柏家沟河、杨河和新开河。其中在头台子河上游分两支流，其西侧支流原有一座小型水库—头台子河前山水库，现已废弃；其东侧支流为头台子河蔡家沟支流。王河所处地区为辽河冲积平原，地势低洼，山丘皆有。植被主要属于夏绿林型、常绿林型灌木和草本植物。土壤以草甸土、潮棕壤土为主，地势低洼易涝[1-4]。其河道特性见表1。

表1 王河流域沿线支流河道特性表

2 洪水承载力

2.1 基本资料

2019年，辽宁江河水利水电新技术设计研究院编制完成了《王河铁岭县段现状堤防防洪能力分析评价》，采用最新数据对王河进行了水文分析，并进行了合理性分析及历史洪痕考证，其计算结果更能反映王河洪水实际情况。

2020年8月辽宁江河水利水电新技术设计研究院编制完成了《王河铁岭县段河道治理工程初步设计报告》，其沿用了《分析评价》中水文成果，2020年8月31日铁岭水发[2020]159号文件予以批复。考虑到王河本次治理段为调兵山市与铁岭县界河，为保证水文成果一致性，故本次采用《分析评价》中成果。

2.2 径流

根据《铁岭县农业资源调查与农业区划报告》，王河沿岸双井子乡、镇西乡为西部洪涝区，径流年际年内分配极不均匀，年径流量大部分集中在汛期，多年平均径流量为0.92×108m3，汛期径流量占全年的73.7%。详见表2。

表2 本区天然径流量表

2.3 暴雨洪水特性

王河流域年降水量600 mm，年内分配极不均匀，有一半集中在七、八两个月，河流洪水多由暴雨产生[5]。另外，王河各支流多发源于山区，河流比降较陡，一旦出现大暴雨，易酿成洪灾。因王河流域未设水位、径流测站，历次洪水的相关情况只能参考流域或地区的暴雨记录和历史洪水调查，缺乏精确的数字。

2.4 历史洪水

据记载，王河沿岸出现较大洪水有八次，分别是1951年、1953年、1954年、1957年、1960年、1964年、1989年、1994年，其中以1951年和1953年两次洪水最大。1951年、1953年、1989年和1994年的洪水均造成王河堤防决口。据历史洪水调查：1951年辽河发生稀有大水，在王河流域铁岭县境内，辽河首先出现溃堤，接着王河决堤，王河和辽河洪水形成串流，使介于两条河流之间的双井子乡大部地区被淹，受淹面积达到10 667 hm2，淹没的耕地、房屋、人口数已不可考证。

1953年辽河和王河又出现溃堤及洪水串流现象，但灾情较1951年轻，这两次洪水在王河出现的洪峰流量，据省水利部门调查结果，在泡子沿水库坝址处分别为806 m3/s和218 m3/s。泡子沿水库以下无记载。

1975年王河在铁岭县境内永收村附近左岸溃堤，淹没双井子乡部分土地，受灾情况无记载。

2.5 设计洪水计算

2.5.1 支流设计洪水

由于流域内无实测资料，本次王河铁岭县段现状堤防防洪能力分析评价山区洪水采用《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》计算；平原低洼地带采用排水模数法计算。因平原区排水河道的排水过程持续较长，且较稳定，故在两部分洪水组合时，将平原区排水流量平加在山区洪水部分。

辽宁省水利水电勘测设计研究院在《辽宁省中部平原涝区及东南沿海涝区排水模数分析》工作中，建立了新的降雨径流关系，对辽宁省中部平原涝区和东南沿海平原涝区的排水模数进行了补充分析和修改。

平原区洪水按平原区排水计算。根据《辽宁省治涝规划报告》(含田间配套工程)中辽干北部右岸涝区王河法库涝片相关频率排水模数，王河法库涝片20 a一遇水田排涝模数为0.31 m3/(s·km2)，旱田排涝模数为0.51 m3/(s·km2)；10 a一遇水田排涝模数为0.22 m3/(s·km2)，旱田排涝模数为0.35 m3/(s·km2)；5 a一遇水田排水模数为0.14 m3/(s·km2)，旱田排水模数为0.22 m3/(s·km2)。

本流域地处辽宁水文Ⅰ和Ⅱ分区之间，设计暴雨、产流各参数均采用Ⅱ区资料。由于各支流的流域面积均小于300 km2，故设计可采用集水面积小于300 km2的设计洪水计算方法，计算结果见表3、表4及表5。

表3 P=5%各支流洪峰流量及洪水总量表

表4 P=10%各支流洪峰流量及洪水总量表

表5 P=20%各支流洪峰流量及洪水总量表

2.5.2 洪水计算成果合理性

因为本流域没有水文测站，故需参考邻近流域资料来复核王河流域洪水计算成果。尚屯水库、泡子沿水库属于同一水文分区，且是邻近流域。为了验证泡子沿水库应用无资料地区的成果推求设计洪水的准确性，用尚屯水库现有的水文资料来进行验证，以求得可信的程度。

根据沈阳市水利勘测设计院编制完成的《泡子沿水库除险加固初步设计》报告，尚屯水库入库洪峰流量各频率设计值见表6。

表6 尚屯水库入库洪峰流量各频率设计值表 m3/s

泡子沿水库控制面积156 km2，头台子河前山水库集雨面积20.5 km2，头台子河蔡家沟山区集雨面积27.2 km2，柏家沟山区集雨面积20.7 km2，杨河山区集雨面积10.8 km2，新开河水库集雨面积32 km2。尚屯水库集雨面积238 km2，采用水文比拟法的洪峰流量计算公式为：

(1)

式中： Q设为采用水文比拟法利用临近站的洪峰流量计算得到的小流域水库的洪峰流量(m3/s)；F邻为临近站上游的控制面积(km2)；F设为小流域水库上游的控制面积(km2)；Q邻为临近站的洪峰流量(m3/s)。

从表7成果比较可以看出，当p=10%时用尚屯水库作为参证站计算的洪水结果略小于用暴雨洪水计算手册的计算结果，其主要原因是河流上下游不同历时的暴雨均值有一定的差异[6]，且流域面积小、产流时间短、汇流集中。除泡子沿水库外的五个小流域控制面积都较小，仅为尚屯水库控制面积十分之一左右，因此水文比拟法精度可靠程度偏低。考虑到辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法的基础资料翔实、方法先进，综合成果完全符合部颁《设计洪水计算规范》要求，从工程的安全角度出发，在本次计算中，采用该方法计算的洪水作为调洪演算的依据。

表7 成果对比表 m3/s

2.5.3 组合洪水承载力

根据王河河势的变化规律，结合工程布置情况，本次共布置了四个控制断面，大台山闸前断面位于大台山闸前，集水面积388.1 km2；断面Ⅰ(口古范断面)位于口门沿排水站汇入口上游100 m，集水面积317.9 km2；断面Ⅱ(新开河汇入口以上)位于新开河汇入口上游100 m，集水面积285.9 km2；断面Ⅲ(杨河汇入口以上)位杨河汇入口上游100 m，集水面积246.4 km2；控制断面详细资料见表8、表9及表10。

表8 至断面Ⅰ(口古范断面以上)汇流时间(h)

表9 至断面Ⅱ(新开河汇入口以上)汇流时间(h)

(1)当p=5%、p=10%和p=20%时王河上游泡子沿水库参与调洪。1998年由铁岭市水利勘测设计院设计的《王河流域防洪综合利用规划》中王河上游泡子沿水库10 a一遇洪水和5 a一遇洪水不泄洪，但是根据《泡子沿水库除险加固初步设计》所述，10 a一遇洪水和5 a一遇洪水时王河上游泡子沿水库洪水泄洪。因此本次王河河道治理予以采用10 a一遇洪水和5 a一遇洪水时王河上游泡子沿水库参与调洪。

(2)王河各支流洪水演进采用曼宁公式计算。各支流至三个控制断面的汇流时间见表8、表9及表10。

表10 至断面Ⅲ(杨河汇入口以上)汇流时间(h)

(3)组合洪水中考虑各排水站的排水流量，各排水流量与支流洪水为峰对峰叠加。

(4)考虑到河道的槽蓄作用，小区域洪水不予计算。口门沿、古洞坨、范家三站因控制面积较大且相邻，并作口古范站考虑。计算结果见表11。

表11 各控制断面组合洪水计算成果表

3 结语

各支流设计洪水采用《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》计算，平原低洼地带采用排水模数法计算，两部分洪水组合时，将平原区排水流量平加在山区洪水部分。王河河道治理予以采用10 a一遇洪水和5 a一遇洪水时王河上游泡子沿水库参与调洪。河道洪水演进采用曼宁公式计算。组合洪水中考虑各排水站的排水流量，各排水流量与支流洪水为峰对峰叠加。通过分析和计算,该结果更能反映王河洪水实际情况。