石鼓山渡槽过洪能力分析

石鼓山渡槽过洪能力分析

师江红、李卫国、董文石

（宝鸡水文水资源勘测中心   陕西宝鸡 721006）

摘  要 ：通过面积比拟法、经验公式法和推理公式法三种方法对龙山河流域石鼓山渡槽过洪能力进行分析计算，结论：石鼓山渡槽在100年一遇洪水时，洪峰流量为84.8m3/s，水深1.06～1.24m，满足过洪要求。

关键词  石鼓山渡槽，水文计算，过洪能力

1、基本情况

1.1自然地理

龙山河位于宝鸡市渭滨区石鼓镇，发源于秦岭北麓，渭河右岸一级支流。龙山河由南向北流入渭河，水系单一，流域面积11.7km2，河流长度10.5km，平均比降51.8‰。

石鼓山渡槽位于龙山河入渭口右岸上游1.9km处，流域面积10.78km2，河流长度8.6km，平均比降54.8‰。

1.2水文站网

龙山河流域内无水文站，邻近清姜河有益门镇水文站。益门镇水文站建于1955年9月，控制流域面积219km2，观测项目：降雨、水位、流量、泥沙。

2洪水分析

2.1暴雨洪水特征

龙山河流域洪水主要由暴雨形成，最早出现在4～5月，量值较小，年最大洪水一般出现在7～9月，10月份由于受霪雨影响，也有洪水发生。

龙山河流域上游为扇形流域，山高坡陡，河短流急，汇流迅速，易形成突发性洪水。通过对益门镇水文站44场洪水资料统计，洪水峰型呈单峰的19场，占43%，双峰13场，占30%，复峰12场，占27%，双峰和复峰洪水中，主峰位置一般偏后；一次洪水过程，单峰约1～2天，双峰或复峰约3天左右，一次洪水历时最长为5天，主峰历时约1～2天。龙山河入渭口以上流域面积较小，约为益门镇站以上流域面积的17%，流域的洪水汇流历时较短。

2.2设计洪水

由于龙山河流域无水文实测资料，本次采用面积比拟、经验公式和推理公式法三种方法进行分析计算。

2.2.1面积比拟法

选取益门镇水文站 1956～2014年59年洪水资料，洪峰流量的选样采用年最大值法，24h洪量采用与洪峰相关法计算，根据59年洪水系列并加入1931年调查洪水的洪峰按不连续系列进行频率计算。

益门镇水文站年不同频率洪峰流量表1。

表1       益门镇水文站不同频率洪峰流量

选用自然地理条件属同一水文气象分区，降雨特点与龙山河流域相似的益门镇水文站为参证站，计算公式：

通过计算，不同频率洪峰流量见表2。

表2          石鼓山渡槽不同频率洪峰流量

2.2.2经验公式法

根据《手册》经验公式基本方程式：

龙山河流域属秦岭北麓、西部山区，分区经验公式：

从《手册》查出年最大6小时暴雨均值和年最大6小时点雨量变差系数CV值，根据CS=3.5CV，通过计算，见表3。

表3          石鼓山渡槽不同频率洪峰流量表

2.2.3推理公式法

龙山河流域属于秦岭北麓、西部山区暴雨区，根据《手册》计算相关参数。

1)设计点暴雨量

龙山河流域控制面积小于300km2，点暴雨量历时采用12小时。从《手册》查出年最大1、3、6、24小时暴雨均值和年最大1、3、6、24小时点雨量变差系数CV值，根据CS=3.5CV，计算出不同频率设计点暴雨量

2)设计面暴雨量

根据《手册》，用下式计算点面系数：

通过以上计算点面系数公式，计算出不同频率设计面暴雨量。

  (2)产流计算

初损量计算

秦岭北麓、西部山区产流以蓄满产流为主，土壤最大蓄水量Im=70mm，前期土壤含水量Pa=47mm。根据《手册》，初损量采用一次扣除，即初损除量。

(3)汇流计算

1)计算参数

根据流域特征，按《手册》秦岭北麓、西部山区汇流参数m按下式计算：

通过计算，渡槽汇流参数为0.41。参照类试流域和实际经验，本流域汇流参数取0.70。

2)计算关系曲线

用公式计算关系曲线，渡槽：

3)计算和

采用图解法计算，用和关系式计算并点绘作图，由两曲线交点求得不同频率最大洪峰流量和汇流时间，见表4。

表4      石鼓山渡槽不同频率洪峰流量和汇流时间表

2.2.4设计洪峰流量分析确定

以上三种方法分析计算中，面积比拟法采用益门镇水文站为参证站，控制流域面积同龙山河相差超过20%，因而该方法计算结果偏大。经验公式适用于10～150km2，石鼓山渡槽控制面积为10.78km2，该方法结果较为可靠。而由暴雨数据推求洪水洪峰流量决定于降雨量、降雨强度和降雨过程的时空分布。因此，本次洪峰流量成果选用经验公式法计算结果。见表5。

表5            石鼓山渡槽不同频率洪峰流量选用表

3过洪计算

3.1河道断面

石鼓山渡槽位于龙山河入渭口右岸上游1.9km处，渡槽已防护衬砌，衬砌断面为梯形，底宽4.6～5.0m，衬砌高度1.9～2.2m，边坡坡比为1:1.18～1:1.40，坡降1‰～60‰，临时改沟段现状为开挖沟道，未防护衬砌，为满足过洪要求，为保障安全，即将进行衬砌加固，设计衬砌断面为梯形断面，底宽5.0m，边坡坡比为1:1.0，衬砌高度为2.0m，坡降15.69‰，渡槽衬砌后断面进行过洪能力分析计算。

3.2结果分析

通过以上计算成果分析，石鼓山渡槽高度为2m，100年一遇洪水时，断面水深为：渡槽水深1.06～1.24m，满足河道过洪要求。

建议加强石鼓山渡槽管理，每年汛前、汛中、汛后对其进行清淤，确保行洪安全。