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陕西省商洛水文水资源勘测局 陕西商洛 726000
摘要：文章通过对商洛市骨干粮库所在地的无资料地区进行水文分析计算，由50年一遇设计暴雨量，采用推理公式推求相应设计洪水，进而对粮库所在地进行安全分析，希望对无资料地区进行洪水评价时有一定的参考价值。
关键词：暴雨；设计洪水；推理公式；水面线；标高安全分析
1.建设项目所在地、规模及内容
商洛市骨干粮库粮油仓储建设项目位于商洛市商州区杨峪河镇南城子村七、八组，西起南城子苗圃与菜沟毗连；南以现状山山根为界；北临南秦河边的307省道；东至柿子园。距商洛市城区约14公里，项目用地规模4.157公顷。粮库总仓容量5万t，食用油罐容5000t。主要建设内容包括：平房仓6栋用油油罐6座及其它辅助设施957m2；综合办公楼1000m2，核定估算总投资6222万元。该项目为一次设计，分两期建设。
2.项目区地理位置、河流及气候情况
项目所在地在丹江上游的一级支流南秦河上，所处断面以上南秦河流域面积296.8 km2，河长30.5 km，河流平均比降19.0‰，位置位于北纬33°36′～33°56′，东经109°31′～109°48′之间，流域呈羽毛状。本地属暖温带和北亚热带过渡性季风气候，四季分明；冬季寒冷少雨雪，空气干燥；春季气温上升快，气候温和，降雨量开始增加；夏季气温较高；一年的主要降水期为秋季，秋季气温下降，阴雨较多。多年平均降雨量700㎜。暴雨多集中在7、8、9三个月，10月进入阴雨季节，常发生连阴雨。
3.洪水设计标准
项目区所在乡镇的防洪标准为10—20年一遇洪水，由于骨干粮库项目极其重要，涉及商洛市粮食安全，确定粮库设防标准为50年一遇，因此本次分析计算采用的设计洪水标准按照50年一遇。
4.参证站资料的三性分析
（1）资料的可靠性分析
本次所用资料来自水文年鉴，水文年鉴是水文职工按照国家及行业颁布的技术规范和陕西省水文局下达的《测站任务书》的要求进行资料观测、计算、校核、复核，然后进行整编和汇编。因此所用的资料是可靠的。
（2）资料的一致性分析
暴雨量设计采用了流域中心附近的站杨斜雨量站，杨斜雨量站于1967年建立至今已有47年了系列资料，资料系列连续完整，而且位置一直固定，因此资料系列一致性较好
（3）资料系列及代表性分析
杨斜雨量站有1967～2013年的47年实测洪水系列资料；在样本数量上具有一定的代表性。
4.1设计洪水推算
粮库项目所在区域属于无水文资料地区，因此可以先推求设计暴雨，然后由推理公式进行分析计算，确定粮库所在地的设计洪水，从而对项目所在地的安全风险进行评估。
4.1.2推理公式法推求洪水
4.1.2.1推求设计面雨量
杨斜雨量站位于本流域中心附近，以杨斜站为参证站，根据杨斜雨量站1967年至2013年47年的雨量资料，分别统计其历年1h，3h，6h，12h，24h时段内最大点降雨量，用频率计算的方法分别推求其频率为50年的设计暴雨量，见下表表3.1。在设计点暴雨确定后，由点面系数公式将由点雨量换算为面雨量。换算成果见表3.1。
表3.1 在各时段下相应频率的点雨量（单位mm）
时段 点面雨量转换
t（h） 50年一遇点雨量 50年一遇面雨量
3 66.4 56.2
6 97.7 90.1
12 102.2 94.0
24 118.7 113.3
4.1.2.2设计面雨量的时程分配
根据商洛水文手册，选用6小时的设计暴雨时程分配雨型求其时段降雨量，参见下表3.2
表3.2 6小时设计暴雨时程分配表
历时（h）
项目 1 2 3 4 5 6 合计
H1（%） 100 100
H3-H1（%） 58.1 41.9 100
H6-H3（%） 15.3 53.7 31.0 100
4.1.2.3由时段降雨和推理公式推求洪水
由暴雨间接推求洪水，首先假定设计暴雨与设计洪水是同频率。根据我区水文气象、地质地貌、下垫面等因素确定产流方式为蓄满产流。因此按蓄满产流方式计算设计降雨过程的净雨过程，由推理公式：Qm=0.278ht/t和τ=0.278L/（mJ^（1/3）Qm^（1/4））联合推算洪峰流量。式中：
Qm---洪峰流量（m3/s）；
hτ---单雨峰相应与τ时段的最大净雨（mm）；
ht---单雨峰的净雨（mm）；
F---流域面积；
m---經验性的汇流系数；
L---河流长度（km）；
J---河道平均比降；
τ---流域汇流时间（h）；
0.278---单位换算系数。
经计算得出洪峰流量为572 m3/s。
4.1.2.4设计洪水为的推求
项目区所在南秦河河段，河床较平整，主槽相对稳定，河段控制条件较好，在其附近河段选定上、中、下3个断面作为计算控制断面，其中～上断面间距72.6m，中～下断面间距80.9m。采用恒定非均匀流方程和曼宁公式两种方法，计算各断面50年一遇洪水的设计水面线。曼宁公式主要用于计算起始下断面；其余断面用非均匀流方程计算洪水位。
4.1.2.5采用曼宁公式计算洪水位
（1）计算方法
天然河道水力计算根据曼宁公式计算，公式为： Q=AJ1/2R2/3/n
式中：
Q——流量，m3/s；
A——面积，m2；
J——比降；
R——水力半径，m；
n——糙率。
根据确定的水面比降、河段糙率和实测的河道断面，首先计算各形态断面的水力因子，确定各断面水位～面积曲线、水位～水力半径关系曲线，然后按曼宁公式确定各断面水位～流量关系曲线，最后根据设计流量即可求出各断面的设计洪水位。
（2）计算参数
①河道糙率
参考丹江干流丹凤水文站洪水实测糙率在0.025～0.028之间，丹江上游麻街水文站站1988年8月14日洪水实测糙率为0.027～0.031，其中洪峰时实测糙率为0.031，洪峰流量553m3/s；板桥水文站2003年8月28日洪水实测糙率为0.022～0.034，其中洪峰时实测糙率为0.034，洪峰流量550m3/s。从糙率具有上游大于下游，支流大于干流的分布规律，结合实地查看项目区两岸河床的综合状况，确定南秦河糙率用0.036。
②控制断面水位～流量关系的建立
根据实测横断面，使用曼宁公式推求下断面处的水位～流量关系，分析洪水位。
4.1.2.6采用恒定非均匀流公式计算水面线
①公式选用
水面线计算采用恒定非均匀流公式计算，其方程为：
式中：
Zu、Zd—上、下游断面水位；
Q—断面流量；
△s—断面间距；
Ku、Kd—上、下游断面流量模数；
α—动能修正系数；
ζ—局部水头损失系数。
流量模数的计算公式为：
式中：n为断面糙率，A为断面面积，R为水力半径。
②参数确定
a、糙率确定
同曼宁公式法。
b、局部水头损失系数确定
逐渐收缩的河段，局部水头损失很小，可忽略不计。
5.南秦河断面洪水位的推求
根据设计洪峰流量，在南秦河项目区所在河段附近选定3个断面作为计算控制断面。各断面计算的各水力因子成果表4.1，各断面项目设计洪水位表4.2。
表4.1 南秦河起始断面水力因子成果表
断面
名称 设计
洪水（m3/s） 水位
（m） 面积
（m2） 河宽
（m） 水力半径
（m） 比降 流速
（m/s）
下断面 572 785.12 120 47.3 2.54 0.00849 4.76
中断面 572 785.73 124 47.2 2.63 0.00755 4.60
上断面 572 786.40 118 47.6 2.47 0.00920 4.87
表4.2 粮库所在地南秦河各断面项目设计洪水位表
断名称面 里程 设计流量 设计洪水位 设计
超高 复核
高程 路面
标高 高差
（m） （m3/s） （m） （m） （m） （m） （m）
下斷面 0 572 785.12 0.8 785.92 789.14 3.22
中断面 80.9 572 785.73 0.8 786.53 789.71 3.18
上断面 153.5 572 786.40 0.8 787.20 790.41 3.21
6.项目所在地地面标高安全分析
粮库项目场地地面标高、排水口标高主要取决于南秦河50年一遇设计洪水位，50年一遇洪水位又与河道河床演变有关。
项目所在南秦河河段，下游有南秦水库，受南秦水库的顶托，该河段水流流速减小，泥沙淤积，河床将逐步升高；南秦水库库尾分布了多个沙场，常年挖取河道沙石，附近村民等建设用沙，也从河道采取，使得河道下降。项目区河道河床主要受以上因素影响，河床的抬升与降低在交替进行。近年来，河道取沙量大幅度增加，使河床下降幅度很大，有些地方已经达到极限。本项目所在河段已出现基岩外露现象，下切已到极限。
由于南秦河已到了下切极限，未来河床变化趋势只有抬升和保持现状两种情况，这两种情况发生的决定因素是河道取沙的规模大小，取沙量大于等于来沙量，河床保持现状；取沙量小于来沙量，河床慢慢抬升。
河流在平面上，受河堤和公路的制约，摆动的幅度不会太大，也不排除较大洪水冲毁公路路基，使河流改道。
通过以上分析计算可知，由于南秦河下切，50年一遇洪水位低于公路3.2m，不会危及粮库安全。
作者简介：
陆琪 男，1971年3月出生，商洛水文局工程师，现主要从事水文预报工作。
杨碧波 女 1982年7月出生，商洛水文局工程师，现主要从事水文水资源分析评价工作。
摘要：文章通过对商洛市骨干粮库所在地的无资料地区进行水文分析计算，由50年一遇设计暴雨量，采用推理公式推求相应设计洪水，进而对粮库所在地进行安全分析，希望对无资料地区进行洪水评价时有一定的参考价值。
关键词：暴雨；设计洪水；推理公式；水面线；标高安全分析
1.建设项目所在地、规模及内容
商洛市骨干粮库粮油仓储建设项目位于商洛市商州区杨峪河镇南城子村七、八组，西起南城子苗圃与菜沟毗连；南以现状山山根为界；北临南秦河边的307省道；东至柿子园。距商洛市城区约14公里，项目用地规模4.157公顷。粮库总仓容量5万t，食用油罐容5000t。主要建设内容包括：平房仓6栋用油油罐6座及其它辅助设施957m2；综合办公楼1000m2，核定估算总投资6222万元。该项目为一次设计，分两期建设。
2.项目区地理位置、河流及气候情况
项目所在地在丹江上游的一级支流南秦河上，所处断面以上南秦河流域面积296.8 km2，河长30.5 km，河流平均比降19.0‰，位置位于北纬33°36′～33°56′，东经109°31′～109°48′之间，流域呈羽毛状。本地属暖温带和北亚热带过渡性季风气候，四季分明；冬季寒冷少雨雪，空气干燥；春季气温上升快，气候温和，降雨量开始增加；夏季气温较高；一年的主要降水期为秋季，秋季气温下降，阴雨较多。多年平均降雨量700㎜。暴雨多集中在7、8、9三个月，10月进入阴雨季节，常发生连阴雨。
3.洪水设计标准
项目区所在乡镇的防洪标准为10—20年一遇洪水，由于骨干粮库项目极其重要，涉及商洛市粮食安全，确定粮库设防标准为50年一遇，因此本次分析计算采用的设计洪水标准按照50年一遇。
4.参证站资料的三性分析
（1）资料的可靠性分析
本次所用资料来自水文年鉴，水文年鉴是水文职工按照国家及行业颁布的技术规范和陕西省水文局下达的《测站任务书》的要求进行资料观测、计算、校核、复核，然后进行整编和汇编。因此所用的资料是可靠的。
（2）资料的一致性分析
暴雨量设计采用了流域中心附近的站杨斜雨量站，杨斜雨量站于1967年建立至今已有47年了系列资料，资料系列连续完整，而且位置一直固定，因此资料系列一致性较好
（3）资料系列及代表性分析
杨斜雨量站有1967～2013年的47年实测洪水系列资料；在样本数量上具有一定的代表性。
4.1设计洪水推算
粮库项目所在区域属于无水文资料地区，因此可以先推求设计暴雨，然后由推理公式进行分析计算，确定粮库所在地的设计洪水，从而对项目所在地的安全风险进行评估。
4.1.2推理公式法推求洪水
4.1.2.1推求设计面雨量
杨斜雨量站位于本流域中心附近，以杨斜站为参证站，根据杨斜雨量站1967年至2013年47年的雨量资料，分别统计其历年1h，3h，6h，12h，24h时段内最大点降雨量，用频率计算的方法分别推求其频率为50年的设计暴雨量，见下表表3.1。在设计点暴雨确定后，由点面系数公式将由点雨量换算为面雨量。换算成果见表3.1。
表3.1 在各时段下相应频率的点雨量（单位mm）
时段 点面雨量转换
t（h） 50年一遇点雨量 50年一遇面雨量
3 66.4 56.2
6 97.7 90.1
12 102.2 94.0
24 118.7 113.3
4.1.2.2设计面雨量的时程分配
根据商洛水文手册，选用6小时的设计暴雨时程分配雨型求其时段降雨量，参见下表3.2
表3.2 6小时设计暴雨时程分配表
历时（h）
项目 1 2 3 4 5 6 合计
H1（%） 100 100
H3-H1（%） 58.1 41.9 100
H6-H3（%） 15.3 53.7 31.0 100
4.1.2.3由时段降雨和推理公式推求洪水
由暴雨间接推求洪水，首先假定设计暴雨与设计洪水是同频率。根据我区水文气象、地质地貌、下垫面等因素确定产流方式为蓄满产流。因此按蓄满产流方式计算设计降雨过程的净雨过程，由推理公式：Qm=0.278ht/t和τ=0.278L/（mJ^（1/3）Qm^（1/4））联合推算洪峰流量。式中：
Qm---洪峰流量（m3/s）；
hτ---单雨峰相应与τ时段的最大净雨（mm）；
ht---单雨峰的净雨（mm）；
F---流域面积；
m---經验性的汇流系数；
L---河流长度（km）；
J---河道平均比降；
τ---流域汇流时间（h）；
0.278---单位换算系数。
经计算得出洪峰流量为572 m3/s。
4.1.2.4设计洪水为的推求
项目区所在南秦河河段，河床较平整，主槽相对稳定，河段控制条件较好，在其附近河段选定上、中、下3个断面作为计算控制断面，其中～上断面间距72.6m，中～下断面间距80.9m。采用恒定非均匀流方程和曼宁公式两种方法，计算各断面50年一遇洪水的设计水面线。曼宁公式主要用于计算起始下断面；其余断面用非均匀流方程计算洪水位。
4.1.2.5采用曼宁公式计算洪水位
（1）计算方法
天然河道水力计算根据曼宁公式计算，公式为： Q=AJ1/2R2/3/n
式中：
Q——流量，m3/s；
A——面积，m2；
J——比降；
R——水力半径，m；
n——糙率。
根据确定的水面比降、河段糙率和实测的河道断面，首先计算各形态断面的水力因子，确定各断面水位～面积曲线、水位～水力半径关系曲线，然后按曼宁公式确定各断面水位～流量关系曲线，最后根据设计流量即可求出各断面的设计洪水位。
（2）计算参数
①河道糙率
参考丹江干流丹凤水文站洪水实测糙率在0.025～0.028之间，丹江上游麻街水文站站1988年8月14日洪水实测糙率为0.027～0.031，其中洪峰时实测糙率为0.031，洪峰流量553m3/s；板桥水文站2003年8月28日洪水实测糙率为0.022～0.034，其中洪峰时实测糙率为0.034，洪峰流量550m3/s。从糙率具有上游大于下游，支流大于干流的分布规律，结合实地查看项目区两岸河床的综合状况，确定南秦河糙率用0.036。
②控制断面水位～流量关系的建立
根据实测横断面，使用曼宁公式推求下断面处的水位～流量关系，分析洪水位。
4.1.2.6采用恒定非均匀流公式计算水面线
①公式选用
水面线计算采用恒定非均匀流公式计算，其方程为：
式中：
Zu、Zd—上、下游断面水位；
Q—断面流量；
△s—断面间距；
Ku、Kd—上、下游断面流量模数；
α—动能修正系数；
ζ—局部水头损失系数。
流量模数的计算公式为：
式中：n为断面糙率，A为断面面积，R为水力半径。
②参数确定
a、糙率确定
同曼宁公式法。
b、局部水头损失系数确定
逐渐收缩的河段，局部水头损失很小，可忽略不计。
5.南秦河断面洪水位的推求
根据设计洪峰流量，在南秦河项目区所在河段附近选定3个断面作为计算控制断面。各断面计算的各水力因子成果表4.1，各断面项目设计洪水位表4.2。
表4.1 南秦河起始断面水力因子成果表
断面
名称 设计
洪水（m3/s） 水位
（m） 面积
（m2） 河宽
（m） 水力半径
（m） 比降 流速
（m/s）
下断面 572 785.12 120 47.3 2.54 0.00849 4.76
中断面 572 785.73 124 47.2 2.63 0.00755 4.60
上断面 572 786.40 118 47.6 2.47 0.00920 4.87
表4.2 粮库所在地南秦河各断面项目设计洪水位表
断名称面 里程 设计流量 设计洪水位 设计
超高 复核
高程 路面
标高 高差
（m） （m3/s） （m） （m） （m） （m） （m）
下斷面 0 572 785.12 0.8 785.92 789.14 3.22
中断面 80.9 572 785.73 0.8 786.53 789.71 3.18
上断面 153.5 572 786.40 0.8 787.20 790.41 3.21
6.项目所在地地面标高安全分析
粮库项目场地地面标高、排水口标高主要取决于南秦河50年一遇设计洪水位，50年一遇洪水位又与河道河床演变有关。
项目所在南秦河河段，下游有南秦水库，受南秦水库的顶托，该河段水流流速减小，泥沙淤积，河床将逐步升高；南秦水库库尾分布了多个沙场，常年挖取河道沙石，附近村民等建设用沙，也从河道采取，使得河道下降。项目区河道河床主要受以上因素影响，河床的抬升与降低在交替进行。近年来，河道取沙量大幅度增加，使河床下降幅度很大，有些地方已经达到极限。本项目所在河段已出现基岩外露现象，下切已到极限。
由于南秦河已到了下切极限，未来河床变化趋势只有抬升和保持现状两种情况，这两种情况发生的决定因素是河道取沙的规模大小，取沙量大于等于来沙量，河床保持现状；取沙量小于来沙量，河床慢慢抬升。
河流在平面上，受河堤和公路的制约，摆动的幅度不会太大，也不排除较大洪水冲毁公路路基，使河流改道。
通过以上分析计算可知，由于南秦河下切，50年一遇洪水位低于公路3.2m，不会危及粮库安全。
作者简介：
陆琪 男，1971年3月出生，商洛水文局工程师，现主要从事水文预报工作。
杨碧波 女 1982年7月出生，商洛水文局工程师，现主要从事水文水资源分析评价工作。