凡河流域上游區(qū)間設(shè)計洪水計算及合理性探析

賈皓翔

(遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，沈陽 110003)

1 流域概況

凡河為遼河流域左側(cè)的一級支流，東西橫貫遼寧鐵嶺縣，在藥王廟村流入遼河。大甸子鎮(zhèn)為山區(qū)，兩側(cè)群山起伏，林木蔥郁，植被良好，從大店子鎮(zhèn)到鐵嶺市的養(yǎng)殖場都是低山丘陵，凡河鎮(zhèn)范圍內(nèi)為平原區(qū)，凡河流域面積1180.5km ，山區(qū)占全流域的占40%，凡河河道生態(tài)治理工程主要施工項目有：堤防工程、護(hù)坡及護(hù)岸工程、清障工程、穿堤建筑物工程、道路工程。凡河主河道屬山區(qū)窄深型河槽，主河槽寬約30-100m，由于上游支流、有許多溝渠和支流，源頭短，水流急，洪水起起落落，中上游防洪工程少，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，很多地方?jīng)]有堤防，暴雨產(chǎn)生的洪水就會造成較大災(zāi)害，流域大致走向為東西向，河長102km，距河源40.7km，是一個總庫容為2.1億m3的大型水庫，為榛子嶺水庫，庫區(qū)控制面積369km2，約占整個流域面積的37%[1]。

2 設(shè)計洪水

2.1 水文基本資料

凡河流域內(nèi)有張家樓子和榛子嶺水庫2座水文測站。張家樓子水文站位于凡河中下游的凡河干流上，集水面積為816km2， 設(shè)立于1935年，1988年撤消，有49年實測流量資料。

榛子嶺水庫站設(shè)立于1976年，控制面積369km2。對凡河流域的水文資料進(jìn)行了插補(bǔ)延長，榛子嶺水庫站現(xiàn)有1976-1995年19年實測流量資料，1935-1944年、1949-1975年37年插補(bǔ)流量資料，共計56年流量資料。

2.2 暴雨洪水特性

凡河是遼河的一級支流，暴雨特性與遼河中下游地區(qū)一致。大雨發(fā)生在六月至九月，大雨多出現(xiàn)在七月至八月。尤以八月份最多，如1951年暴雨為低壓冷鋒，1953年為華北氣旋。這種類型的天氣系統(tǒng)通常會有 1 到 3 天的暴雨。暴雨量主要集中在2日內(nèi)，2日暴雨量大多占3日暴雨量的90%以上。遼河流域的暴雨中心或暴雨高值區(qū)多發(fā)生在其左側(cè)支流的清河、柴河和凡河上。

流域的大部分暴雨發(fā)生在 7 月至 8月，凡河流域的洪水泛濫的主要來源之一是遼河中下游石佛寺以上洪水，如1951、1953、1964、1995等年份的大洪水，主要是以左側(cè)的清河、柴河及凡河來水為主。

2.3 歷史洪水

對遼河流域干支流洪水進(jìn)行過多次野外調(diào)查、文獻(xiàn)考證和整編，尤其在《修訂遼河流域規(guī)劃》階段對各河段的大洪水都進(jìn)行了排位及重現(xiàn)期分析。凡河的歷史洪水序位為1886年洪水、1935年洪水、1953年洪水。凡河1886年洪水未調(diào)查到確定的數(shù)值。1935年凡河張家樓子設(shè)立水文站，1935年和1953年的洪水洪峰洪量相差不多，故均按連續(xù)系列處理。

2.4 設(shè)計洪水

1986以后，只有1995年遼河發(fā)生較大洪水，但1995年凡河洪水并不突出，對其原來的洪水重現(xiàn)期及其排位并無影響，此次設(shè)計采用的水文系列為1935年-1944年、1950年-1986年共計47年實測流量資料，洪峰、洪量均按連續(xù)系列處理。張家樓子水文站、榛子嶺水庫及榛子嶺水庫至張家樓子水文站區(qū)間的設(shè)計洪水計算成果見表1，凡河102公路橋處天然設(shè)計洪水成果見表2，102公路橋至榛子嶺水庫區(qū)間天然設(shè)計洪水成果見表3。

表1 榛子嶺、張家樓子-張區(qū)間設(shè)計洪水計算成果表

表2 凡河102公路橋處天然設(shè)計洪水成果表

表3 102公路橋至榛子嶺水庫區(qū)間天然設(shè)計洪水成果表

2.5 凡河102橋處設(shè)計洪水地區(qū)組成

凡河102公路橋處設(shè)計洪水，由榛子嶺水庫以上洪水與榛子嶺水庫至102公路橋區(qū)間的洪水組成。采用典型年份法分析了設(shè)計洪區(qū)的組成，因為同頻率法分析時區(qū)間設(shè)計頻率洪峰流量較典型年法小，上游榛子嶺水庫錯峰作用明顯，兩種情況的下泄流量相差很小，因此，采用典型年法分析設(shè)計洪區(qū)的構(gòu)成不利于下游的防洪，是偏于安全的。1953年洪水是凡河流域?qū)崪y的第一位洪水，峰高量大，對河道的防洪不利，因此，將1953年洪水作為典型的設(shè)計洪水[2-4]。102公路橋處1953年典型洪水過程，由張家樓子實測洪水過程按面積比法推求，設(shè)計洪水成果見表4。

表4 典型年法(1953年)設(shè)計洪水地區(qū)組成成果表

2.6 凡河支流設(shè)計洪水

上游支流屬于山區(qū)河道，采用面積比方法計算成果不安全，采用“遼寧省暴雨洪水圖”法計算了主要支流的設(shè)計洪峰流量。

3 設(shè)計洪水地區(qū)組成

3.1 高麗河匯入口上斷面設(shè)計洪水組成

榛子嶺二級電站-高麗河匯入口間長度為5.6km，流域面積為10.47km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.55‰，洪水匯流歷時為2.45h。

按照圖表法求出榛子嶺二級電站-高麗河匯入口區(qū)間設(shè)計洪水過程線，與榛子嶺水庫同頻率洪水泄流過程線錯峰組合，求得高麗河匯入口上斷面最大組合洪峰流量。

3.2 龍汀河匯入口上斷面設(shè)計洪水組成

龍汀河匯入口上斷面河段有支流高麗河流入。高麗河河長3.6km，流域面積為6.85km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為6.11‰，洪水匯流歷時為1.26h。

榛子嶺二級電站-龍汀河匯入口區(qū)間長度為9km，流域面積為21.9km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.47‰，洪水匯流歷時為3.47h。

按照圖表法求出區(qū)間及支流設(shè)計洪水過程線，與榛子嶺水庫同頻率洪水泄流過程線錯峰組合，求得龍汀河匯入口上斷面最大組合洪峰流量[5]。

3.3 向陽河匯入口上斷面設(shè)計洪水組成

榛子嶺水庫下游8km處老邊臺村有兩條支流(干溝河、龍汀河)匯入凡河干流，兩條支流下墊面條件基本一致，并且支流匯入口相距不足1km，在設(shè)計洪水計算時采用簡化方法處理，即將兩條支流匯入口看成一處，因此控制斷面選擇在龍汀河匯入口處[6-7]。

支流干溝河河長為7.3km，流域面積為17.2km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.65‰，洪水匯流歷時為2.86h；支流龍汀河河長為9.7km，流域面積為46.08km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.54‰，洪水匯流歷時為3.58h。

榛子嶺二級電站-向陽河匯入口區(qū)間長度為18km，流域面積為113.5km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.48‰，，洪水匯流歷時為5.75h。

按照圖表法求出區(qū)間及支流設(shè)計洪水過程線，與榛子嶺水庫同頻率洪水泄流過程線錯峰組合，求得向陽河匯入口上斷面最大組合洪峰流量。

3.4 小屯河匯入口上斷面設(shè)計洪水組成

小屯河匯入口斷面以上河段有支流高麗河、干溝河、龍汀河及向陽河流入。向陽河河長為14.6km，流域面積為61.7km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.33‰，，洪水匯流歷時為4.96h。

榛子嶺二級電站-小屯河匯入口區(qū)間長度為22km，流域面積為202.1km2，流域內(nèi)河流平均水力坡度為2.44‰，，洪水匯流歷時為6.66h。

按照圖表法求出區(qū)間及支流設(shè)計洪水過程線，與榛子嶺水庫同頻率洪水泄流過程線錯峰組合，求得小屯河匯入口上斷面最大組合洪峰流量。凡河上游不同區(qū)間設(shè)計洪水計算成果見表5，凡河流域主要支流設(shè)計洪水計算成果見表6，各控制斷面最大組合洪峰流量成果見表7。

表5 凡河上游不同區(qū)間設(shè)計洪水計算成果表

表6 凡河流域主要支流設(shè)計洪水計算成果表

表7 各控制斷面最大組合洪峰流量成果表

4 成果合理性分析

凡河榛子嶺水庫設(shè)計時，設(shè)計洪水成果由張家樓子水文站成果采用面積比法推求，采用的水文資料系列為1935-1973年，本次設(shè)計將榛子嶺水庫站現(xiàn)有資料插補(bǔ)延長，共計47a流量資料。由于1973年枯水年份相對較多，榛子嶺站計算結(jié)果較比水庫設(shè)計時略低，計算成果是合理的。

張家樓子站和榛-張區(qū)間設(shè)計洪水成果與按榛子嶺成果用面積比推求相差不多，設(shè)計成果是合理的。102公路橋處控制面積與張家樓子水文站相差不多，采用張家樓子計算成果按面積比法計算是合理的。

榛子嶺水庫二級電站至各控制斷面區(qū)間的設(shè)計洪水成果與榛子嶺二級電站至張家樓子水文站區(qū)間成果按面積比進(jìn)行比較，相差不多，設(shè)計成果是合理的。

根據(jù)遼寧省水利水電勘察設(shè)計研究院榛子嶺水庫除險加固報告可知，壩址處洪水匯流歷時7.76h，洪水預(yù)見期為2-3h，水庫的調(diào)蓄作用明顯。在分析設(shè)計洪區(qū)組成時，將各區(qū)段設(shè)計的洪水過程線與同頻錯峰的榛嶺水庫泄洪過程線相結(jié)合，計算各控制區(qū)段的最大組合洪峰流量，計算結(jié)果合理[8-10]。

5 結(jié) 語

由于凡河的防洪基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、河道斷面萎縮，對沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)的防洪安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。該地區(qū)長期以來受凡河洪水的影響，防洪問題突出，洪澇災(zāi)害遏制了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，隨著凡河下游新區(qū)段防洪體系的初具規(guī)模，凡河中上游和遼河回水段防洪工程的興建，對該區(qū)域洪水組成進(jìn)行分析，它可以確保整個防洪系統(tǒng)的形成和提高該流域的防汛抗災(zāi)害能力。因此，無論從地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要還是從各行業(yè)對防洪的要求來看工程建設(shè)都勢在必行。