清原县城干支流设计洪水计算分析

邵 薇

(辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，沈阳 110003)

1 概 述

清原县位于辽宁抚顺市，清原县段治理范围为11.34km，即为小山城拦河坝至下游红河河口段。治理河段位于浑河干流北口前以上的清原县城，浑河在清原县的面积为534 km2，河长38 km，英额河位于清原县境内，其支流上建有中型水库小孤家水库，小孤家水库为121 km2，清源县下游与红河汇入浑河干流，浑河干流及英额河、红河流域特性见表1。

表1 浑河干流及英额河、红河流域特性表

2 水文基本资料

2.1 水文测站情况

浑河水文气象观测较早，1905年沈阳站开始观测降水，1922年又设抚顺站，1949年以后沈阳、抚顺恢复流量观测，以后陆续恢复并增设了一些水文站和水位站。到20世纪80年代，已有20个水文站和21个水站，目前浑河大伙房水库以上有3处水文站，分别为浑河干流的北口前、苏子河上的占贝、社河上的南章党，另外还有目前已经撤销的红河上的四道河子站(1993年以后撤销)、海阳河上的南口前水文站(1990年以后撤销)。本次河道整治工程主要用到北口前和四道河子水文站的水文资料。

北口前是浑河上游干流上的控制站，1953年6月设立，集水面积2100 km2，1959年和1960年下迁，集水面积2378 km2，1961年迁移到苍石基面，集水面积2196 km2，1975年1月上迁至原断面上游226m为北口前(二)，基面为大连，集水面积为1832 km2。基本水尺断面上游584m有北口前小河汇入，190m处1971年10月修有公路桥一座。基本水尺断面下游866m有南口前河(海阳河)汇入。

四道河子水文站是红河唯一的控制站，1938年11月设为水位站。1957年11月将基本水尺断面上移390m，并改为水文站。1963年6月1日断面下迁1700m，1971年10月1日断面又从下游上迁2200m，观测水位、流量、泥沙。1993年1月以后该站撤销。

2.2 北口前、四道河子站水文资料情况

北口前、四道河子站1955年以后由辽宁省水文总站逐年整编刊印。整编方法均按有关规范、规定执行。北口前、四道河子站资料基本情况详见2。

表2 北口前、四道河子站流量资料情况表

北口前、四道河子站洪水资料在《浑河设计洪水复核》、《大伙房水库除险加固》、《“816”浑河设计洪水复核》等阶段进行了多次审查。测站控制良好，冲淤变化较小，,水位与流量的关系曲线多年来一直比较稳定，基本呈带状，各站实测数据均已编制出版，数据质量良好，对于较大水年份如1960、1995、2013等年份洪水资料，均经内外业反复调查分析审定。

浑河历史洪水调查，从解放初期开始进行过多次，各次洪水调查成果均已经编入《辽宁省历史洪水资料汇编》。2013年大洪水，水文局在灾后马上进行了洪水调查整编，并编辑整理《2013年浑河“8.16”暴雨洪水调查及资料整编成果》。

2.3 设计洪水

2.3.1 浑河暴雨洪水特性

按照频率的顺序，浑河地区的暴雨天气体系为华北气旋、低压冷锋、台风和高槽，1888年和1923年为台风过渡型，1960年、1935年和1929年为高空槽，1995年7月，太平洋副热带高压北移，北缘约E32°，为北方地区带来适宜的温暖湿润空气，此时，伴冷槽的西风东移，冷平流输送的冷空气连续自西向东移动，与南副高形成静态切变，在辽宁东部保持稳定，形成强降雨，2013年8月15日20:00，蒙古气旋形成并向东移动，东北低压冷锋尾部的东南方出现对流性强降水，随后蒙古气旋缓慢东移北上，16日08时中心位于辽宁以西，辽宁北部位于低压暖锋上，东部位于暖区内，北部和东部出现混合性强降水[1-3]。由于东北低压冷锋过境，辽宁北部和东北部的偏冷，这种冷垫作用，使得暖空气抬升更强，增强了降水，使浑河上游特大暴雨出现[4-5]。

浑河主要洪水类型有单峰、双峰和多峰，据统计，单峰洪水约占57%，双峰或多峰洪水约占43%。 单峰洪水历时6d左右，双峰洪水历时12d左右，干流各站一般一次洪水7d左右，其中1d洪量平均占33%左右，3d洪量占70%左右，大洪水年份更为集中，北口前、四道河子一次洪水一般均持续3d左右[6-8]。

2.3.2 北口前、四道河子站设计洪水

北口前、四道河子站设计洪水采用2013年11月我院完成的《“816”浑河设计洪水复核》成果，该成果已通过有关部门审查。主要分析成果如下：

2.3.2.1 北口前、四道河子历史洪水及其重现期

经分析，北口前和四道河子站历史洪水顺位见表3。

表3 北口前、四道河站历史洪水顺位表

在《浑河设计洪水复核》中，考虑1746年以来文献资料较为完整，无大洪水年份遗漏，可靠程度较高，因此，可以确定北口前站最大24h洪量2013年排第一位，1995年排第二位。北口前3日洪量1995年排第一位，2013年排第二位，1995年重现期按1888年以来的第一位，即125a的第一位排列，2013年3d洪量排在125a的第二位。

四道河子站2013年最大24h洪量重现期均按250a的第一位考虑，1995年按250a的第二位考虑；四道河子三日洪量1995年按1888年来第一位，125a考虑，2013年洪量按125a第二位考虑。

2.3.2.2 北口前、四道河子洪水系列

北口前站从1953年开始有观测流量资料，其洪峰、洪量采用本站观测资料统计计算，其中1959-1974年采用其下游苍石站实测资料统计，然后用面积比的2/3次幂计算洪峰，用面积比的1次幂计算洪量，北口前站洪水资料系列为1953-2013年。

四道河子站：1951、1995与2013年为洪水调查值。1958-1992年有实测资料。1952年洪峰、洪量用与占贝相关插补， 1953-1957年、1993-2012年洪峰系列采用四道河子与北口前站洪峰相关插补。四道河子最大24h洪量与最大三日洪量用四道河子本站的洪峰与各日洪量相关图插补。经插补延长后的四道河子站系列为1951-2013年。

2.3.2.3 北口前洪水频率计算

根据选定的历史洪水重现期北口前和四道河子站进行排位，在历史洪水中加入实测序列，根据不连续序列进行经验频率计算，采用绘制线读点补矩发的方法，进行了洪峰、24h最大洪量和3天最大洪量的频率计算，采用皮尔逊ⅲ型曲线拟合直线较好。其洪水成果见表4。

表4 北口前、四道河子水文站设计洪水成果表 洪峰- m3/s；洪量-106m3

2.3.2.4 设计洪水成果合理性分析

从浑河各站和区间的设计洪峰值来看，浑河本地区的QP-F，WP-F的关系较好，符合上、下游随面积变化的规律。从各站点绘的设计峰、量关系图看，设计峰、量关系线基本成一条直线，而且设计洪峰与面积的关系线的斜率是2/3，3日洪量基本是斜率为1的关系，符合本地区的洪峰、洪量与面积的关系。说明设计成果无较大偏差，比较合理。

2.4 清原县城干支流设计洪水

清原县城处集水面积为543.3 km2，该处设计洪峰分别按北口前站和四道河子站设计洪峰面积比2/3次方进行推求，经比较，用北口前站面积比成果略大于四道河子站面积比成果，因此清原县城处设计洪峰采用北口前站面积比成果。

24小时和3日设计洪量按北口前站设计洪量面积比一次方推求。设计洪水成果见表5。

表5 清原县城段设计洪水成果表 洪峰- m3/s；洪量-106m3

浑河上游的小山城子河、古城子河、放牛沟河采用辽宁省去资料地区暴雨洪水计算方法进行计算，支流计算结果见表6。

表6 支流设计洪水成果表 洪峰- m3/s

2.5 清原县城河段干支流遭遇流量

大伙房以上浑河干支流属于同一雨区，干支流洪水按同频遭遇。根据流域特性资料，可求得干支流汇流时间。干支流相应流量按干支流洪峰出现时间的关系由洪水过程线上查得。相应流量取两个典型的大者。各段干支流遭遇流量成果见表7。

2.6 涵管设计排涝流量计算

涵管位于清原县城东南方向，其设计排涝地区面积约为0.46km2，排涝流量采用1小时降雨产生的洪水总量1小时排完。根据《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》，查辽宁省1h暴雨均值等值线图和1h暴雨变差系数Cv等值线图。1h降雨均值为25mm，Cv=0.55，Cs/Cv=3.5。其5a一遇设计排涝流量为2.8m3/s[9-10]。

2.7 施工期洪水

根据施工要求及浑河洪水特性，本段河道治理施工期分为两期，3月1日-5月31日为汛前，9月11日-12月31日为汛后。统计北口前站1954-2013年汛前及汛后的洪峰系列，按连续系列以皮尔逊Ⅲ型曲线配线，得到北口前站汛期及汛后的设计洪峰。清原县城处汛前及汛后设计洪峰按北口前站设计洪峰面积比2/3次方推求，成果见表8。

表7 清原县城段干支流遭遇流量成果表 m3/s

表8 清原县城施工期洪水成果表

3 结 语

经洪水计算后，对该区域进行了综合治理，防洪标准得以提高，一旦发生设计洪水时，可确保区域内人口安全，同时对全县的生产生活得到有效保障。