社旗縣趙河橡膠壩設(shè)計洪水計算分析

□郝永山 □王新建（社旗縣水利局）

□任澤垠（南陽市水利建筑勘測設(shè)計院）

一、流域概況

社旗縣位于豫西南南陽盆地東部邊沿，地處東經(jīng)112°46′～113°11′，北緯32°27′～33°09′。社旗縣城是全縣的政治、經(jīng)濟、文化、工業(yè)、交通中心，距南陽市42km，東北傍潘河，南依趙河，處于唐河上游，三面環(huán)水。城區(qū)地勢西高東低，總面積5km2，南北長2km，東西寬3km，西南高，東北低。趙河是穿過社旗縣城的主要河流之一。趙河為唐河上游主源，發(fā)源于方城縣柳河鄉(xiāng)石板河村，自西北向東南流經(jīng)方城縣柳河、袁莊后入社旗縣境，途徑唐莊、橋頭、城關(guān)及城郊于縣城下游2km處和潘河交匯。主河道長76km，流域面積401km2，河道比降1/1000～1/2000，帶狀河流，河槽寬20～190m，河槽深5～12m，城區(qū)段長6.7km，河道彎曲，切割嚴重。趙河系唐河的一級支流，在趙河上沒有設(shè)立水文站，無實測洪水資料。

擬建的趙河橡膠壩壩址位于社旗縣城建設(shè)路趙河橋下游76.85m處，壩軸線與河道流向正交布置。

二、氣象水文

（一）氣象

趙河流域處于北亞熱帶北部邊緣，屬亞熱帶季風(fēng)型大陸性氣候，季風(fēng)進退較為明顯，夏季受太平洋副熱帶高壓控制，多東南風(fēng)，炎熱多雨；秋季多晴而氣候涼爽；冬季受西伯利亞和蒙古高壓控制，盛行西北風(fēng)，冬季氣候寒冷少雨雪；春季干旱而多風(fēng)，一年四季，交替分明。

流域內(nèi)多年平均氣溫14.6℃，極端最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-17℃；絕對溫差58.2℃，全年無霜期221d，日照時數(shù)2148h，年均＞10℃的活動積溫為4776℃，光熱資源豐富。

（二）降雨

多年平均降雨量為809mm，降雨年際變化大，年內(nèi)分配不均勻，最大年降雨量1298.2mm，最小年降雨量526mm；降雨多集中在6～9月，多以暴雨形式出現(xiàn)，汛期雨量約占年降雨量的70%。多年平均水面蒸發(fā)量890～1250mm，橡膠壩壩址區(qū)水面蒸發(fā)量取1050mm。該區(qū)相應(yīng)的土壤多年平均水蝕模數(shù)為850t/(km2·a)，屬于中度水土流失區(qū)，與水文圖集查出的侵蝕模數(shù)相吻合。

（三）暴雨洪水特性

流域內(nèi)降雨多以暴雨形式出現(xiàn)，年降水量主要集中在夏季，其暴雨天氣系統(tǒng)以切變線和切變線低渦為最多。流域內(nèi)水系呈扇形分布，缺乏洪水調(diào)蓄場所，加之河道比降陡，土壤滲透性弱，致使暴雨集中快，洪峰匯流時間短，洪峰流量大，洪水來勢猛，洪峰多為單峰。

（四）年徑流

據(jù)唐河社旗水文站實測資料，多年平均徑流深230mm，壩址位置與社旗站距離較近，可直接作為壩址區(qū)徑流深資料，壩址區(qū)多年平均徑流量0.92億m3。徑流年際變化大，徑流變差系數(shù)CV=0.64，Kp＝0.54，75%年份徑流深為124.2mm，徑流量為4968萬m3。

三、設(shè)計洪水

（一）防洪標準

根據(jù)國家《防洪標準》（GB50201—94），對于＜20萬人口的城鎮(zhèn)，防洪標準為20～50年一遇，社旗縣縣城人口10萬人，近期社旗縣城防洪標準為20年一遇。故本項防洪治理工程防洪標準為20年一遇。

社旗城區(qū)段趙河設(shè)計洪水洪峰流量采用兩種方法進行計算分析。

（二）利用暴雨資料間接推求設(shè)計洪水即單位線方法計算

根據(jù)“河南省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集”，趙河控制流域面積＞200km2，用淮上法計算設(shè)計洪水。

計算公式：

式中:qp為單位時段凈雨深度20mm的單位線洪峰流量(m3/s)；tp為單位時段凈雨深度20mm的單位線漲峰歷時(h)；k1、k2為綜合系數(shù)；A 為集水面積，（km2）；AV為洪峰有效面積（km2）；BAV為相應(yīng)于AV的平均寬度（km）；LAV為洪峰有效面積的干流河長（km）；LX為洪峰有效面積最遠處至出流斷面河長（km）；SLX為相應(yīng)LX的河道平均比降；SLAV為相應(yīng)LAV的河道平均比降。

由公式可計算單位時段20mm凈雨強度的單位線，由單位線，可用不同頻率時段設(shè)計凈雨量，計算洪峰流量見表1。

表1 洪峰流量成果表

（三）利用鄰近站設(shè)計洪水資料按面積比方法計算

1.唐河社旗站設(shè)計洪水計算

由于趙河無實測洪水資料，同一流域下游潘河、趙河匯合口以下大朱營（社旗站）設(shè)有水文站，該水文站自1951年實測洪水序列至今，系列較長，精度滿足要求，位置相鄰，可以利用該水文站流量資料按面積開平方比法，推求趙河設(shè)計洪峰流量。

本工程采用的洪水系列為1951～2000年，并加入了2次歷史洪水，即1896年洪峰流量為3530m3/s，1912年洪峰流量為3320m3/s。并且把＞2600m3/s的洪水作為特大洪水處理。將實測系列與特大值系列組成一個不連續(xù)系列，作為代表總體的一個樣本，不連續(xù)系列各項值在歷史洪水調(diào)查期內(nèi)重新排序，建立經(jīng)驗頻率曲線，采用矩法計算統(tǒng)計參數(shù)，用皮Ⅲ線型進行適線，對計算Cv值采用不同的Cs/Cv的倍比進行適線，以Cs=2.0Cv擬合較好，故采用Cv=1，Cs=2.0Cv成果，洪水計算成果見表2。

表2 社旗縣設(shè)計洪水計算結(jié)果表 單位：m3/s

2.趙河設(shè)計洪峰流量計算

根據(jù)社旗縣大朱營水文站的洪水計算結(jié)果，以社旗站為參證站，按下述公式計算趙河城區(qū)段河道設(shè)計洪峰流量：

式中：Q設(shè)為趙河設(shè)計斷面洪峰流量(m3/s)；Q參為參證站的洪峰流量(m3/s)；F設(shè)為趙河流域面積401km2；F參為參證站以上流域面積1044km2；n為經(jīng)驗指數(shù)n=0.5。

采用面積比法計算的社旗縣城區(qū)段趙河河道設(shè)計洪峰流量結(jié)果見表3。

表3 趙河設(shè)計洪峰流量計算結(jié)果表 單位：m3/s

（四）設(shè)計洪水計算結(jié)果比較分析

根據(jù)上述兩種方法計算的社旗縣趙河城區(qū)段設(shè)計洪水洪峰流量結(jié)果，列表進行對比見表4。

表4 趙河城區(qū)段設(shè)計洪水洪峰流量結(jié)果對比表

從表4中可以看出，兩種方法計算的社旗縣城區(qū)段趙河設(shè)計洪水洪峰流量結(jié)果相近，考慮到參證站和設(shè)計站同在一個流域，并且相距較近，又同在崗丘地帶，流域內(nèi)暴雨分布較均勻，而且水利部長江水利委員會已經(jīng)審批了《唐白河干流防洪規(guī)劃報告》唐河社旗站的設(shè)計洪水計算結(jié)果，因此建議采用面積比法計算的設(shè)計洪水成果，作為本次社旗縣橡膠壩工程趙河城區(qū)段的設(shè)計洪水洪峰流量，即社旗縣趙河城區(qū)段20年一遇設(shè)計洪峰流量為1779m3/s。

四、結(jié)語

設(shè)計洪水計算，對于趙河上沒有設(shè)立水文站，無實測洪水資料情況，利用暴雨資料間接推求設(shè)計洪水的單位線方法、利用鄰近站設(shè)計洪水資料按面積比方法計算同時計算，結(jié)果加以分析比較，可以看出，對于參證站和設(shè)計站同在一個流域，并且相距較近，又同在崗丘地帶，流域內(nèi)暴雨分布較均勻，兩種方法計算的設(shè)計洪水洪峰流量結(jié)果相近。如若流域機構(gòu)或上級主管單位對河道的防洪規(guī)劃有批復(fù)的，最好采取批復(fù)或與批復(fù)接近的設(shè)計洪水洪峰流量作為設(shè)計洪水流量。