某堤防工程设计洪峰流量计算方法_李霄.pdf

河南水利与南水北调 2023年第5期勘测设计某堤防工程设计洪峰流量计算方法李霄（新疆维吾尔自治区水利管理总站，新疆 乌鲁木齐 830001）摘要：文章参照临近库车河的兰干水文站相关数据资料，对盐水沟堤防工程设计洪峰流量计算方法进行分析，重点对模数法、推理公式法、地区综合频率曲线法三种方法推求进行比较，比较结果表明采用洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法，更适合作为库车市盐水沟堤防工程设计洪峰流量计算方法。关键词：盐水沟；堤防设计；洪峰流量计算中图分类号：TV122.3文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）05-0095-03Calculation Method of Designed Flood Peak Discharge of an Embankment ProjectLI Xiao（Xinjiang Uygur Autonomous Region Water Conservancy Management Station,Urumqi 830001,China）Abstract：With reference to the relevant data of the Langan Hydrological Station near the Kuqa River,the calculation method of thedesign flood peak flow of the Yanshui Ditch embankment project is analyzed in the paper.The comparison of three methods,modulusmethod,inference formula method and regional comprehensive frequency curve method,is emphasized.The comparison results showthat the regional comprehensive frequency curve method of the peak flow modulus coefficient is more suitable for calculating the peakdischarge of Yanshui Ditch embankment project in Kuqa City.Key words：Yanshui Ditch;embankment design;peak discharge calculation1库车市盐水沟概况盐水沟，因河水苦咸而得名；为库车河下游右岸支流，属于季节性河流，通常情况下没有径流。发源于天山南坡低山带，流经新疆维吾尔自治区阿克苏地区拜城县、库车县；河流全长63 km，沟口以上河长28.30 km，盐水沟峡谷口以上集水面积475 km2，多年平均径流量约0.23108m3。水量散失于塔里木河北岸湿地中。盐水沟属于大陆性温带干旱气候，气候特征南北差异性较大：南部平原地区光照充足，热量丰富，而降水稀少，空气干燥。北部山区则气候温凉，空气湿度相对较大，降水充沛。2洪水成因和特性由于盐水沟没有水文检测站，以库车河兰干水文站为参考站分析其洪水的成因，主要是低山地区的暴雨所产生的洪水，以及由于气温升高导致积雪、冰川融化汇入河流形成洪水。暴雨型洪水、冰雪消融型洪水、雨雪混合型洪水是库车河洪水的主要类型。在库车河兰干水文站洪水类型中，尤以暴雨洪水最为突出。受到暴雨降水时间短且降水量大的影响，暴雨洪水呈现出现峰值高并且陡涨陡落、时间短以及洪水过程单峰的特点。随着气温的回暖，冰雪消融水逐渐多起来，消融洪水起涨平缓、峰值不高，由于时间长日复一日，所形成洪水量较大、长时间内峰谷每日维持在一定峰值区内，洪水过程为复峰型。当暴雨与积雪融水以及冰川融水汇集到一起时就形成混合型洪水。混合型洪水是几种洪水叠加而形成的，比如暴雨水与积雪融水混合在一起的洪水，又如降雪与高山上冰雪融水混合在一起的水，及高山冰川融水与暴雨混合等。3堤防工程设计洪峰流量分析3.1模数法直接移用位于设计流域东侧的库车河兰干水文站设计洪峰流量模数计算盐水沟设计洪峰流量，洪峰模数法计算公式如下：QP=McpF（1）式（1）中：QP计算断面设计洪峰流量（m3/s）；Mcp参证站设计洪峰流量模数 m3/（s km2）；F计算断面以上集水面积（km2）。计算结果见下表1。3.2推理公式法结合 全国暴雨径流查算图表，采用库车县气象站降水资料，见下图1。序列年最大1日降水量经验频率按下式计算：P=mn+1100%（2）式（2）中：P年最大1日降水量频率；m年最大1日降95河南水利与南水北调 2023年第5期勘测设计水量排序；n资料系列年数，文本=62。经P频率曲线适线，通过表2可看出库车县气象站设计年最大1日降水量频率计算成果。采用推理公式法计算小流域暴雨洪水，不考虑其他因素。推理公式由下式给出：Qmp=0.278（SpF/）（3）=0.278L（mJ1/2Qmp1/4）（4）推理公式分全面汇流tc时：Qp=0.278htF（5）和部分汇流tc时：Qp=0.278hF（6）两种情况计算。推理公式各具体参数详见表3。F、L、J流域特征的量算参数在1：5万地形图上量算。根据中国功率设计研究院 公路桥涵设计手册，结合洪水调查中的土壤实地情况，经验为P型曲线，土壤下渗强度值与其相应的暴雨强度有一定的关系。山区干旱地区均值为2.2，Cv、Cs与设计年可能最大暴雨统计参数相近，此次Cv=0.80，Cs=3.0Cv；暴雨衰减指数n1、n2、n3值。公路桥涵设计手册 新疆天山南坡阿克苏地区河谷内水汽通道畅通，同受大的天气系统控制，经验为山区n3（h24）=0.8，n2（h1-6）=0.64，n1（h1）=0.54。汇流参数m。此次计算采用 水利水电工程设计洪水计算规范 所列m值计算方法。首先按式=L/J1/3计算出洪沟的值，然后依据 规范 查出m值约在1.61.8间，根据调查百年一遇年洪水反应推m值为1.7。此次采用1.7。见表4。试算过程。在采用不一样频率对暴雨进行设计状况下，假如将t小于1，则n的值选取n1，依据相关公式计算出tc=（1-n1）Sp/1/n1，如果tc1，n值选择n2，按公式te=（1-n2）Sp/t/n2计算出tc值。设计暴雨情况下，假设t1，n值取n2，按式tc=（1-n2）Sp/1/n2计算出 tc，小于 1，与假设不符；取 t1，n 值取 n1值，按式 tc=（1-n1）Sp/1/n1计算出tc，大于1，也与假设不符。比较两个假设计算结果，t1时，计算的tc接近于1，按式tc=（1-n1）Sp/1/n1。试算法计算设计洪峰流量，假如一个t依照Ht=Spt1-n对Ht进行计算，再依据ht=Ht-t对ht进行计算，然后将对式（5）中ht/t进行计算，最后依据式（5）计算Qp，按式（4）计算出值。如果计算t，把带入t中重新计算直至t=时，计算出Qp既为所求。对于tc小于1，分三种情况计算设计洪峰流量Qp。当ttc时，按式Ht=Spt1-n1结算Ht，按式ht=Ht-t计算ht，并计算ht/t，计算，若t把放入t中，继续计算。当tct1时，（与tct1，也分三种情况计算校核洪峰流量。当t1时，接式Ht=Htc=Sptc1-n1计算Ht，ht=Ht-t计算ht。并计算ht/t，按式（4）、（5）计算、Qp值。接着进行试算。当1ttc时，按式Ht=Htc=Sptc1-n2计算Ht，按式ht=htc=Htc-tc计算ht，并计算htc/t，计算、Qp，继续试算过程。计算方法：由于面积、主河道长、河道平均比降、对流域一定都是已知数按t与tc的关系进行试算，试算过程中带入m值，并根据调查洪水试算m值，此次试算结果m值等于1.7符合 水利水电工程设计洪水设计规范 要求，说明此次计算暴雨衰减指数等值符合要求。3.3地区洪峰流量模比系数综合频率法通过往年洪水资料的历史记录，以及参政站实测得出的最大洪峰流量值，采用综合频率曲线法推算：先计算洪峰流量系列在各参证站模比系数。取一张概率格纸，将各参证站通过步骤（1）推算出来的洪图1库车县年最大1日降水频率曲线图表2库车县气象站设计年最大1日降水成果表频率设计降水/mm统计参数1%62.20均值：15.40 mm2%52.60Cv=0.803.30%45.895%4.20Cs=3.0Cv10%30.90表1盐水沟设计洪峰计算成果表（模数法）表参证站兰干站盐水沟集水面积/km23 118470洪水要素洪峰流量/（m3/s）洪峰流量模数/（m3/s km2）洪峰流量/（m3/s）不同频率设计值P=0.5%2 3400.750 5353P=1.0%1 9100.612 6288P=2.0%1 5000.481 1226P=3.3%1 2200.391 3184P=5%9920.318 2150P=10%6490.208 197.8表3工程场址设计洪水（推理公式）参数表频率123.35102031.99731.99731.99731.99731.99731.997汇流参数1.71.71.71.71.71.7最大24 h设计降水量/mm65.7054.2046.4040.1029.9020.60暴雨综合指数0.720.740.750.770.800.86设计雨力32.028.024.621.917.413.2土壤下渗强度/（mm/h）2.842.502.432.362.232.09流域汇流时间/h4.154.474.765.035.586.23洪峰流量/（m3/s）120089268555536623796河南水利与南水北调 2023年第5期勘测设计峰流量模比系数经验点画在上面，形成各种频率的模比系数配线。中（均）值法：按上述做法取中（均）值。根据上述方法，在配线时取检验点上外包线，得最大值法配线。选取最大值，参证站地区综合频率曲线图如图2，KP值表5。100年一遇的洪峰流量重现期模比系数Ki=6.95；调查得到盐水沟100年一遇的洪水洪峰流量为1 120 m3/s。据公式：Qp=（KP/K调）Q调（7）由此推算盐水沟拟建渠道不同频率流量成果。4综合分析与设计推荐拟选的工程场址断面设计洪峰流量经三种方法反复计算，相互对照分析，成果如下。模数法：设计结果与实际调查成果不符，其设计结果均偏小，主要原因其下垫面雨参证站极不相同，降水条件、产流条件及汇流条件都与参证站有较大的差异，因此，推算值也有较大误差。推理公式法：推理公式法推理较小流域面积时，根据规范有关条文，选用实测暴雨资料或邻近地区实测雨量资料。此次设计一日最大降水量值参考临近水文站卡拉苏水文站资料，暴雨衰减、土壤损失等参数选用 新疆可能最大暴雨图集。综合频率曲线法：综合频率曲线法常用于那些找不到相关资料的洪峰流量计算，它的优势是对过去洪水所调查数据表现出较强的真实性，选择使用的水文资料系列较长；其缺点主要表现在应用此方法，因为所依照过去洪水所产生的时间较久，以及洪水考证时间比较长与洪水调查计算多有一些不确定因素，另外单独的一场洪水必然性不大。由于洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法和暴雨洪水推理公式法有调查资料做分析撑点，他们的计算值也相差不大，经综合分析都趋向于地区综合频率曲线法有较好的技术支撑点。综合分析得出：由于洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法有较多的水文站资料做支撑，又有调查资料对设计值进行校验，从理论和实际两方面建议采用“地区综合频率曲线法”推求出来的洪峰流量结果作为此次库车市盐水沟堤防工程设计洪峰流量计算方法。参考文献：1 熊文华，孙立霞，李诚，等.澜沧江与怒江流域洪峰流量公式推求 J.人民长江，2020（11）：82-86.2 秦聪.两种洪峰流量的计算方法对比分析 J.海河水利，2019（4）：44-46.3 唐洪波，何灼伦，王霖.格库铁路青海境内无资料地区设计洪峰流量计算分析 J.宁夏大学学报（自然科学版），2020（1）：92-97.4 吴江涛