河道系统治理设计洪水计算分析

河道系统治理设计洪水计算分析

田大乐

身份证号码： 34242319900810****

摘要：在河道治理防洪设计过程中，设计洪水计算是必不可少的，其结果为河道断面尺寸拟定、建筑物布置、岸坡防护等各项参数的确定提供依据，洪水分析成果的合理性对整个项目影响甚大。不同于水库设计洪水计的计算，河道系统治理需要对一条河从河源至入河口的整条河道进行分析。由于河道水面线的推求一般采用河道分段恒定非均匀流方法，河道的设计流量相应地根据沿流程支流汇入的情况分段给出，汇总各段河道的设计流量得到整条河的设计流量。本次以清水河设计洪水分析计算为例，分析计算河道设计流量和水面线的计算步骤、方法及成果。

关键词：河道;系统治理;设计洪水;水面线

引言

清水河流域无长系列的流量及降雨资料，因此无法直接推求河道设计洪水，本次分析流域特点及情况，采用经地方刊布的洪水计算办法进行间接计算。

1、流域划分及流域参数

根据清水河流域及支流情况，将清水河分为水库、余家河渡槽、枣木河口及清水河口四个节点，并根据流域1:10000地形图及实测流域1:1000地形图分析计算各节点流域参数。经分析水库坝址以上流域面积5.4km² ；水库至余家河渡槽区间流域面积37.4km² ；水库至枣木河口流域面积73.0km²；支流枣木河流域面积67.2km² ；清水河口以上流域面积145.6km² 。

2、设计洪水分析

根据《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》以及流域参数查图及表格确定流域1h及24h时段点雨量均值及Cv、Cs，以及模比系数Kp及点面折减系数等，由此推求流域设计面暴雨量。本次工程流域属于江淮地区浅山～丘陵区，利用该办法计算面净雨量时，应扣除相应损失量。成果见表1。

表1 清水河洪水计算主要参数成果表

分析河道流域内水工建筑物情况，河道上游建有一座小1型水库，故河道洪水主要由两部分组成，分别为：①水库下泄洪水；②河道自身区间汇水，包括干流汇水及其支流枣木河汇水。因此需对水库调洪后的下泄流量及河道自身区间流量分别进行分析计算，之后对成果进行叠加方得最终洪水流量。

（1）水库下泄洪水

水库洪水计算需根据水库现状建筑物参数及水库初步设计资料进行调洪演算，并对计算成果与初步设计成果进行对比分析确定计算成果的合理性。本次计算在搜集了水库相关资料后，根据水库初步设计文件中水库库容曲线及泄水建筑物参数，按本次设计需求对水库10年一遇、20年一遇标准条件下的洪水进行调洪演算。成果见表2。

（2）河道区间洪水

河道区间及支流洪水计算根据前文计算或选取的流域参数及洪水参数，按洪水计算办法计算洪水流量模数进而计算洪峰流量，并根据洪峰修正系数对洪峰流量进行修正，因计算办法是经过相关主管部门刊布的，故本次不再对相关计算过程及参数选取进行论证，直接计算得相关流量成果。成果见表2。

表2 河道洪峰流量计算成果表

3、河道水面线推求

（1） 计算方法及原理

清水河为天然河道，河道曲折蜿蜒，水流变化大。本次根据工程实际情况选用由美国工程水文中心开发的河道水力计算程序HEC-RAS进行计算。HEC-RAS目前支持一维/二维水动力模型，且免费开放给公共领域，保持稳定的开发进度，在水利设计等方面具有广泛的应用。水面线推算选取控制断面，计算通过设计流量时的洪水位，逐渐向上、下游计算设计洪水水面线。计算原理釆用常用的水力学试算法，即采用水力学伯诺里能量方程进行推求。

（2） 断面资料

为满足工程设计的需要，需测量整治河段的横纵断面，并对水流变化及控制性的断面进行了加测，计算河段总长约23.8km，共计251个横断面，测量成果能控制河道变化，可满足初步设计阶段河道水面线的推求。

（3）起推水位的确定

在河道水面线推求的实际工程中起推水位对水面线的影响较大，一般表现为平原区河道影响距离长，山区河道影响距离段，主要因为河道坡降的不同而不同。对无实测资料地区起推水位的确定通常根据实测横断面采用水力学公式进行计算，或者采用已经批复的干流设计资料，为消除起推水位的影响，应优先选用批复文件的资料。本次河道汇入干流有相关设计资料，故采用已批复的水位成果作为起推水位，不再对起推水位进行论证。根据相关资料清水河口处10年一遇、20年一遇设计水位分别为15.10m、15.52m，以此为起推水位推求清水河河道水面线。

（4）计算糙率检验及选择

清水河为窄深式河道，主河槽较深，且弯曲，滩地植被较密，且河道无水位、流量及流速观测设施，历史洪水资料只能根据洪痕调查出历史洪水位。本次分别调查收集了清水河2016年和2020年部分断面的历史洪水位。根据资料情况分别采用能量方程推求及天然河道糙率表选取进行对比选择。根据2016年及2020年洪水位调查资料，选取治理段内具有历史资料且代表性较好的相邻断面，在下游断面水位确定的前提下向上游推求水面线，至上游水位与调查洪水位一致时，所计算糙率即为此段河道糙率。成果见表3。

表3 河道糙率计算表

根据计算结果，清水河主河槽糙率在0.032-0.035之间，平均值为0.034；滩地糙率在0.037-0.041之间，平均值为0.04。根据天然河道糙率表，以及清水河河道组成情况，清水河主河槽糙率取0.035，岸滩地取为0.04。综合以上计算结果及选取、参考资料的分析结果，最终确定本次治理河段糙率检验选择结果为主河槽糙率0.035，滩地糙率0.04。实际设计中如河道长度较长则需分段对糙率进行确定。

（5）河道水面线

由计算的洪峰流量、起推水位、糙率及实测断面资料即可进行水面线推求，并结合历史洪水资料分析论证水面线的合理性。

结语

河道的系统治理涉及的自然条件及因素较为复杂，尤其对于中小河流，这种情况显得更加突出，因为中小河流流域内一般都没有水文站或者建设年限不长，监测的资料长度也有限，因而想要通过实测资料推算基本不现实，因此主要参数的确定及合理分析就很困难，实际工作中只能通过仅有的资料进行分析确定，在此过程中参数确定的合理性分析就显得必不可少。在河道水面线推求过程中，在合理确定洪水计算方法并取得合理的流量后，仍需对起推水位及糙率进行分析论证并进行合理性分析，由此才能取得较可靠的水面线成果，进而对河道的系统治理方案提供有价值的数据基础支撑。

参考文献

［1］《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区参汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（安徽省水利水电勘测设计院1984.05）