陕西省西安水文水资源勘测局 陕西西安 710100
摘要：通过对赤水河流域、洪水特征的分析，采用水文比拟法、推理公式法、经验公式法计算水库坝址和区间设计洪水，考虑上游水库的调蓄作用，计算水库下泄洪水过程。依据设计洪水过程线错峰叠加得到赤水河下游河段设计洪峰流量。
关键词：赤水河；设计洪水；水库调洪演算
1 概况
1.1 流域概况
赤水河是渭河的一级支流，为临渭区、华州区界河。源于秦岭箭峪岭及草链岭，出峪后经崇凝、线王、丰原东侧沟里，到临渭区原程家乡蔡郭村，穿赤水镇北流至念头村东入渭河。赤水河流域面积302km2，全长40.2km，平均比降26.7‰。主要有东岔、东涧峪、涧峪、箭峪河、胜山等五条支流。河道上现有水利工程为小（1）水库箭峪水库及中型水库涧峪水库。
1.2 主要支流
涧峪河是入渭支流赤水河的上游河道，发源于秦岭东部的草链岭与箭峪岭之间，由东、西涧峪河汇合而成。两峪在峪口外300m处交汇而称涧峪河。自交汇口下行12km，流经高塘、东阳、圣山三乡镇，在圣山乡寺底村南接纳箭峪河后称为赤水河。
箭峪河发源于秦岭北麓渭南市临渭区与华州区交界的箭峪岭，是赤水河一级支流，系临渭区与华州区的界河，于华县圣山乡武家堡村旁汇入赤水河，全长31.2km，流域面积91.5km2，河道比降30.8‰。
.png)
图1 赤水河流域水系图
1.3 主要水利工程
赤水河流域内现有水库箭峪水库、涧峪水库两座。箭峪水库坝址位于箭峪河峪口处，坝址以上控制流域面积31.1km2，水库设计总库容314万m3，属小（1）型水利枢纽工程。
涧峪水库坝址位于赤水河上游支流西涧峪河峪口，坝址以上控制流域面积63.4km2，东涧峪引水枢纽控制流域面积49.2 km2，合计控制总流域面积为112.6 km2，水库总库容1284万m3，属Ⅲ等中型工程。
2 暴雨洪水特性
赤水河流域的洪水主要由暴雨形成。暴雨发生日期，最早在4月，最迟到10月，但量级和强度较大的暴雨一般发生在 7～9月。洪水最早出现在4月，其峰量较小，年最大洪水主要发生在7～9月，根据罗敷河罗敷堡站实测资料统计，7～9月年最大洪水占80%左右。10月由于受淋雨影响，亦有洪水发生。从洪水出现的时间上可分为春汛和夏汛两类，春汛水量远不及夏汛多，且涨落缓慢；夏汛洪水峰高量大，陡涨陡落，危害较大，多发生于7～8月份。
赤水河山高坡陡，河短流急，汇流迅速，洪水陡涨陡落，一次洪水过程一般为一日左右，洪水过程线大多数呈单峰，且峰形尖瘦。随着汇流面积的增大，洪水过程延长至1～2天。
3 设计洪水分析计算
本次计算以赤水河下游310国道桥断面的10年一遇设计洪水为例，介绍赤水河下游设计洪水计算方法。
赤水河流域无实测水文资料，属无资料地区。计算设计洪水应首先对箭峪水库、涧峪水库坝址以上分别进行计算，然后根据两座水库的库容曲线及泄流曲线分别进行调洪演算，将两个水库下泄的洪水过程与水库坝址至设计断面的区间洪水过程按照汇流时间错峰叠加，得到本次设计断面的设计洪水。
3.1涧峪水库下泄洪水计算
3.1.1涧峪水库设计洪水计算
本次采用以罗敷堡站为参证站按面积比拟法、推理公式法和经验公式法三种方法计算涧峪水库坝址10年一遇设计洪水。
1、水文比拟法
赤水河流域内现无水文测站，与赤水河流域邻近的罗夫河峪口设有罗夫堡水文站。罗夫堡水文站位于峪口峡谷河段，河床相对稳定，具有较完整、较可靠的观测资料，自设站以来，峪口以上没有修建较大的水利工程，植被保护良好，观测资料具一致性。因此，水文比拟法采用罗敷堡站为参证站。罗敷堡水文站设立于1955年1月，该站现有1955年～至今连续实测降雨、径流、洪水系列。罗敷堡河段历史上曾于1901年、1911 年、1922年发生过3场大洪水，1901 年7月洪水有最大洪峰流量，但无1日洪量成果。1911 年、1922 年洪水仅有访问记录，未能推流定量。本次建立年最大洪峰流量与同次洪水1日、3日洪量相关方程，求得罗敷堡站1901年洪水1日洪量和3日洪量。
根据罗敷堡站1955～2010 年共56年洪水系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）推荐的方法，以年最大值法选样，并加入1901年历史调查洪水，按不连序系列进行频率计算，并选用P-Ⅲ型曲线适线，成果见表1。
表1 罗敷堡站设计洪峰流量计算成果表
.png)
2、推公式法推求设计洪水
依据《渭南地区暨铜川市实用水文手册》提供的方法和有关参数，由设计暴雨推求水库坝址以上设计洪水。通过设计暴雨计算产流和汇流过程，进而推求设计洪水流量。
本次根据赤水河山区河流特征，取设计暴雨历时为12小时进行计算。从《渭南地区暨铜川市实用水文手册》中查设计暴雨历时取12h，暴雨计算时段取1h。1、3、6、12、24小时点暴雨的均值Hpt和变差系数Cvt由相应历时的等值线图查取并计算，按Cs=3.5Cv，计算PⅢ型曲线不同设计频率的模比系数Kp和设计历时的点暴雨量。设计面暴雨量按点面系数法的拟合公式计算。对本次设计的12小时设计历时暴雨，取《手册》中的24小时暴雨概化雨型相应历时的分配比例和位置，求得时段为1小时的设计暴雨的时程分配。
赤水河流域属于渭河以南区，其产流方式是蓄满产流，采用降雨径流相关法进行产流计算（P+Pa～R），用分时段查算的方法推求产流量。潜流量占产流总量ΣR的20%，各时段采用平均扣除。然后从产流过程各时段中扣除平均潜流值，得地面净雨过程ht。采用《水文手册》提供的推理公式图解试算法进行汇流计算，按式τ=0.278L/mJαQβ计算Qm～τ曲线，由产流过程用公式Q=0.278Fh/t计算Qm～t曲线。两线相交点的纵、横坐标值即为所求的地面径流洪峰流量和汇流历时。
3、根据《渭南地区及铜川市实用水文手册》中推荐的洪峰流量经验公式计算工程断面的设计洪峰流量。计算公式为：
.png)
式中：Qmp——设计频率P的洪峰流量m3/s；
F——流域面积，km2。
Kp、n——经验系数。
根据《渭南地区及铜川市实用水文手册》中经验公式的参、指数表，经过计算求得工程河段设计洪水。
表2 涧峪水库坝址设计洪水计算成果汇总表
.png)
从表中可以看出，各种方法计算的成果略有差异，但相差不大。经分析比较，选择面积比拟法计算成果作为本次设计依据，成果见表3。
表3 涧峪水库坝址设计洪水计算成果表
.png)
3.1.2涧峪水库调洪演算
涧峪水库的入库设计洪水过程线采用典型洪水放大法计算，经分析选择罗夫堡站1966年7月26日洪水作为典型洪水。典型洪水的放大采用分时段（一日和三日）峰、量“同频率”控制放大，求得涧峪水库10年一遇的入库设计洪水过程。
当涧峪河发生洪水时，东涧峪的一部分洪水会通过引水隧洞进入涧峪水库水库，由于引洪流量和西涧峪同标准的洪峰流量相比均较小，本次计算洪水过程时不予考虑。
2、计算成果
根据入库洪水过程线、水位～库容曲线、水库水位～泄流量关系曲线，按水量平衡原理采用列表法进行调洪演算，起调水位为汛期限制水位785.0m，计算时段取1小时，计算成果见表4。
表4 涧峪水库调洪计算成果汇总表
.png)
3.2箭峪水库下泄洪水计算
箭峪水库同样采用以罗敷河罗敷堡水文站为参证站采用面积比拟法、推理公式法和经验公式法三种方法分别推求坝址设计洪水，经分析比较最后采用面积比拟法成果，详见表5。
表5 箭峪水库坝址设计洪水计算成果表
.png)
以罗敷河罗敷堡站“1966年7月26日”洪水作为典型洪水，按“同频率”控制放大推求出箭峪水库入库洪水过程线。依据箭峪水库水位~库容曲线和泄水建筑物下泄流量~水位关系曲线，起调水位为溢洪道堰顶高程846.77m，按水量平衡原理采用列表法进行调洪演算，成果见表6。
表6 箭峪水库调洪计算成果汇总表
.png)
3.3 区间设计洪水计算
本次分析计算河段以上控制流域面积289Km2，河长35.6km，河道比降33.4‰。其中箭峪水库控制流域31.1km2，涧峪水库控制流域63.4km2。两水库坝址至工程区间的流域面积为194.5km2。
根据《渭南地区及铜川市实用水文手册》，区间流域设计洪水分别采用以罗敷河罗敷堡水文站为参证站的水文比拟法、推理公式法和经验公式法三种方法推求，经分析比较最后采用面积比拟法成果，成果详见表7。
表7 区间设计洪水计算成果表
.png)
以罗敷河罗敷堡站“1966年7月26日”洪水作为典型洪水，按“同频率”控制放大推求出区间设计洪水过程线。
3.4 计算断面设计洪水计算
计算河段断面位于涧峪水库坝址下游16.7km处，箭峪水库坝址下游约20km处。根据实测河道断面分析并参考罗敷河罗敷堡水文站实测流量资料经分析，涧峪水库下泄洪水从坝址演进到赤水河下游310国道桥断面处，传播历时约为2.3h左右，箭峪水库下泄洪水从坝址演进到赤水河下游310国道桥断面处，传播历时约为2.8h左右。
根据涧峪、箭峪水库下泄洪水过程线，考虑洪水演进，将其滞后相应时间与区间洪水过程错峰叠加，得到310国道桥断面处的设计洪水过程线。经查叠加后的设计洪水过程线，其10年一遇洪峰流量为291m³/s。
4 结论
通过对赤水河下游310国道桥断面设计洪水进行计算，确定了其10年一遇的设计洪峰流量。本文介绍的设计洪水分析计算方法，思路清晰，概念明确，符合赤水河洪水产汇流运动及演进规律，可以采用该方法计算出不同频率下的设计洪水，其成果可以作为赤水河下游河道治理等工程设计洪水的依据。