沧州市区域设计洪水简析

1 流域暴雨及洪沥水特性　　

　　沧州地处子牙河、漳卫南运河与黑龙港流域的下游，按该流域地理位置，上游地区受太行山地行影响，下游地区又临近滨海。据统计，本流域中上游地区最大三日、七日暴雨发生在1963年的临漳，最大三日，七日雨量分别为431mm、788m　；中下游地区最大三日、七日暴雨发生在1961年的宁津，最大三日、七日雨量分别为409mm、475mm。流域内汛期最大暴雨的最小值发生在1952年，三日、七日雨量分别是80mm、　124mm　。年最大暴雨的年际变化很大，年最大三日降雨最大值是最小值的5.1～5.4倍；年最大七日降雨最大值是最小值的3.8～6.4倍。从年降雨量的地区分布来看，本流域中下游地区暴雨量较高。较大暴雨一次暴雨持续时间一般是3天，但主要雨量集中在一日内，据统计，一日暴雨量约占3天雨量的70～80%；两次暴雨间隔时间一般为1-3天，两次暴雨持续时间多为7天左右。沧州地处海河流域南系下游，经过多年的治理，各大河系防洪标准均在50年一遇的标准以上，基本消除了中低标准外来供水对沧州的危胁，因此，本区洪涝灾害主要为本流域降雨产生的沥水。平原地区的沥水与山区洪水不同，其主要特点：一是平原排水区域及排水河道坡度平缓，表现形式为峰低量大，持续时间长；二是沥水造成的灾害主要表现为耕地受淹以及由此造成的地下水位抬高和耕地的盐渍化；三是平原除涝标准较低；四是受人类活动影响较大，排水河道开挖前后，同样的暴雨所产生的径流量相差很大。黑龙港与运东地区地势低洼，与其它流域相比，其沥水的突出特点表现在：（1）流域大范围涝灾往往是连续几场暴雨所致，例如1977年涝灾，是由7月下旬至8月上旬连续几场大雨造成的；（2）随着水资源开发利用程度的提高，淡水区地下水位连年下降，同样暴雨造成的涝灾有逐渐减少减轻的趋势。　　

2 分析计算范围及标准　　

　　本次设计洪沥水分析范围为清南平原区和运东平原区，本次设计暴雨洪水按50年一遇标准。　　

3 设计暴雨洪水分析计算原理及方法　　

3.1 设计暴雨　　

　　平原区的沥涝问题一直是水利专家不断深入研究的课题，2000年编制的《河北省平原地区中小面积除涝水文修订报告》（2000年修订版），适用于推求流域面积小于等于2000km²，标准在20年一遇以下的设计沥水，20年一遇以下的设计沥水可在F～Qm关系图中直接查得，50年一遇的设计洪水则不能直接查得，可考虑通过设计暴雨的途径进行分析。河北省平原地区一次暴雨历时多为一日到三日，故设计暴雨时段采用最大三日雨期控制。设计雨型为三日雨量分二次计算，一次为年最大24小时雨量，位于第三日占年最大三日雨量的80%；一次为年最大雨量的20%。设计点雨量采用河北省水利厅1993年12月出版的《河北省平原地区设计暴雨图集》中有关参数计算。设计面雨量由设计点雨量通过定点定面折减系数折算。河北省平原顾区暴雨点面折减系数如下表3-1。　　

　　　表3-1        河北省平原地区暴点面折减系数表　　

　　降雨径流关系采用P+Pa~R经验相关关系。降雨径流关系分区，根据《河北省平原地区中小面积除涝水文手册（2000年修订版）》中的“河北省平原地区水文分区图”确定，见图3-1。将不同重现期的三日设计暴雨分为两次，分别计算净雨深及洪峰流量，按概化过程线分析计算洪水过程线，将两次洪水过程线迭加分析计算设计洪峰流量及设计洪水过程线。设计暴雨所产生的地表径流，通过各排沥河道排泄入海，当产生的地表径流量大于排沥河道的排水能力时，就会发生积水，变电站的防洪重点应考虑沥水滞留问题。　　

3.2 设计洪沥水流量计算　　

　　采用模数经验公式计算最大流量是目前普遍采用的方法，经验公式的一般形式如下：

　　M=k·Rm·Fn                             （1）　　

　　Q=M·F=k·Rm·Fn+1                 （2）　　

　　式中：M——设计排水模数，m³/s·km²；　 Q——设计排水流量，m³/s；　　      
　　F——排水面积，km²；R——设计暴雨产生的径流深，mm；K——反映河网配套程度、排水河道坡度和流域形状等因素的综合系数；　　      
　　m——峰量指数，反映洪峰与洪量关系的参数； n——递减指数，反映模数与排水面积关系的参数。　　 上述经验公式结构简单，考虑了形成最大流量的主要因素R和F，使用方便，具有一定精度，因此，本次变电站设计洪水分析计算采用上述公式。　　

　　峰量指数m是反映流域滞蓄、河槽储蓄、河道排水能力等因素对排水流量影响的参数，当河道排水条件较好时，m值大，当排水河道排水条件较差时，m值小，河道开挖疏浚后排水条件得到改善，m值一般比开挖前要大。令m=k0Rm，在双对数纸上建立单站m～R关系，使m与R的对数成直线关系。结果，流域坡度较徒的河道，m值接近1.0，流域坡度较缓的，m值接近0.82。理论上讲，m值应小于1.0，考虑到治理后的m值应增大，困此，本次分析计算m值采用0.92。在m=0.92的情况下，用同样的方法根据实测资料分析试算，可以得到k值和n值。根据k0=kFn关系式，已知k0和F，在双对数纸上点绘K0～F 关系图，初步定线后，再假定不同的n、k值，通过实测点据验算，优选误差率最小者，确定n、k值，结果大清河以南各河n值为-0.2，k值为0.022，这样，即可得到计算洪峰流量的经验公式：　　

　　Qmax=0.022R　0.92F　0.80        （3）　　

3.3 概化流量过程线　　

　　手册编制过程中将三日暴雨分为二次，两次暴雨将产生两次洪水过程，因此，应先分别计算各次洪水的流量过程线，然后将其迭加为复合洪水过程线，该过程线的最大流量即为所求的最大设计流量。分析计算结果表明，洪峰流量主要由24小时降雨产生，第一次降雨可迭加的附加流量很小，20年一遇不超过2~3%。　　 设计流量过程线采用《河北省平原地区中小面积除涝水文修订报告》中介绍的方法，计算公式如下：　　

　　T=0.278　 　　 （4）　　
　　Qi=Y·Qmax          （5）　　
　　Ti=X·T                 （6）　　

　　式中：X、Y——概化过程线横、纵坐标比例（%）；见表3-1。　　      
　　Qmax—— 一次洪水最大排水流量（m3/s）；R —— 次洪水径流深（mm）；　　      
　　F —— 流域面积（Km2）；　——面积系数，不同面积　值见表3-2；　　      
　　 T——概化过程线总底宽；　　      
　　Qi、Ti——概化过程线纵横坐标值。　　

　　表3-1              概化流量过程线纵、横坐标比例表　　

F≤1000		F≥1000
X（%）	Y（%）	X（%）	Y（%）
0	0	0	0
5	19	5	12
10	49	10	26
15	77	15	43
19	100	20	85
30	74	25	100
40	63	30	92
50	37	35	79
60	25	40	69
70	16	45	60
80	10	50	52
90	5	60	38
	0	70	26
		80	14
		90	6
		100	0

　 　 　 　 表3-2                  面积系数　 　　　值表　　

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