无资料地区设计洪水及排涝流量设计探析

(辽宁省盘锦水文局，辽宁 盘锦 124010)

1 概述

大洼区位于辽宁省西南部，辽河的最下游，辽东湾的北岸，地理坐标东经121°47′～122°20′，北纬40°39′～41°09′。北与盘山县相依，东南隔大辽河与营口市相望，南邻海域，西傍辽河，是一个以水稻种植为主的大型国营灌区。

大洼区土地总面积1 526.61 km2，耕地面积77.6万亩，水稻种植面积75.4万亩，苇场面积26.6万亩，尚有大面积滩涂可供开发利用。下辖15个镇、两个街道，共计169个村，1 001个村名组。截至2014年底，全区总户数11.73万户，户籍总人口315 493人，非农业人口290 114人，占全区人口比重92%。人口出生率6.64%，死亡率4.16%，自然增长率2.48%。

2 河流水系

大洼区两面临河、一面靠海，地理位置独特，河流众多，河流总数为22条。大型河流有2条，分别为辽河和大辽河。

大洼区境内辽河北起于岗子排水站，南至辽河口，总长49.8 km，最大安全泄洪量3 000 m3/s，流域人口4.748万人，耕地面积6.68万亩，苇田面积15万亩。区内辽河大堤防洪标准20 a一遇，堤顶混凝土道路全长约40 km，主要功能为防洪防潮、旅游交通。河道行洪宽度1 000～1 800 m，河滩地最宽处约1 200 m，最窄处200 m左右。境内上游7.18 km的河道、堤防由辽河保护区管理局管理；下游辽河堤顶路(育新五连至接官厅挡潮闸段)大部分穿越苇塘，为本地旅游项目的基础工程，道路右侧为辽河及部分滩地，左侧是兆海苇业的苇塘和耕地，河岸及滩地主要植被为芦苇、蒲草、水葱等水生植物。

大辽河为浑太流域，浑河、太子河于三岔河汇流后经营口入海，总流域面积1 962 km2。大洼境内河道北起东风排灌站，南至大辽河口，总长85.2 km。最大安全泄洪量8 795 m3/s，流域人口12万人，流域耕地面积23万亩，苇田面积1.5万亩。区内大辽河堤防防洪标准50 a一遇，堤顶混凝土道路全长约61.3 km，(东风排灌站～辽滨小街)。河道行洪宽度1 000～1 800 m，个别段落约700 m，较宽的河滩地大部分在上游段，即东风排灌站至荣兴魏家沟挡朝闸段。河滩地总面积约3.8万亩，大部分已被当地政府和农民开发利用，主要为稻田、淡水养殖，还有部分旱田种植玉米、大豆等。河岸主要植被为芦苇、蒲草、水葱子等当地水生植物，近年来污染得到控制，水质转好。

3 设计暴雨

大洼区位于辽宁省西南部，属暖温带大陆性半湿润季风气候，雨热同期，多年平均降水量651.0 mm，多集中在在夏季。由于项目区缺乏实测降雨资料，本次设计暴雨计算采用“查图法”，根据辽宁省水文水资源勘测局1998年8月编制的《辽宁省中小流域(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》，查暴雨等值线图，以P-Ⅲ型分布考虑，计算不同频率设计暴雨。

根据《辽宁省中小流域(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》，大洼区水文分区属于区，设计暴雨及参数见表1和表2。

表1 皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数表

表2 大洼区不同频率设计暴雨计算成果表

4 设计洪水

应用成因推理与经验相关相结合的方法，确定流域汇流历时与河长、比降的经验公式，并考虑径流系数的相关关系，以推求设计洪峰流量。经验公式如下：

Qp=0.278φpipS

Pip=P24·24n2p-1·6n1p-n2p·τ1-n1p

式中：Qp为设计洪峰流量；φp为设计洪峰流量径流系数；ip为汇流历时的设计暴雨强度；Pip为设计频率下的历时设计面雨量；τ为汇流历时；x、y为地区汇流参数；n1p、n2p为暴雨指数。

大洼区水文分区为区，根据《辽宁省中小流域(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》，该地区2.5，0.85，设计暴雨参照设计暴雨计算成果，流域参数通过实测地形图量取，点面折减系数根据《辽宁省中小流域(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》附表确定，如表3。

新开西河分为两个涝片，贺家排灌站以南为南河沿涝片，以北为杨家涝片。新开西河杨家涝片以双桥子为界，分为南北两片，双桥子以北，自北向南流向，双桥子以南，自南向北转东向流，至双桥子汇合，西向流入螃蟹沟。经计算，各段设计洪水计算成果如表4。

表3 大洼区暴雨点面折减系数表

表4 设计洪峰流量计算成果表

5 排涝水文分析

5.1 排涝标准

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)，结合大洼区实际发展状况，本次设计排涝标准采用10 a一遇3 d暴雨3 d排至对应生育期作物浅灌水层，5 d排干恢复正常水位(即5d排出)的标准。

5.2 排涝模数

大洼区属于辽宁省沿海圩区，平原地带，根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)，平原区水田设计排涝模数采用平均排除法，具体计算公式如下：

式中：qw为水田设计排涝模数(m3/s·km2)；P为历时为的设计暴雨量(mm)；h1为水田滞蓄水深(mm)；E为历时为的水田蒸发量(mm)；F为历时为的水田渗漏量(mm)；T为排水历时(d)。

根据设计暴雨计算成果，大洼区多年最大3 d降雨均值为120.0 mm，10 a一遇最大3 d降雨量P=212.4 mm；水田滞蓄水深取60 mm，其余参数参照《辽宁省中部平原及东南沿海圩区排水模数分析》的分析成果。经计算，大洼区排水模数=0.33 m3/s·km2。

5.3 排涝流量

排涝流量根据排涝模数和排涝面积确定，公式如下：

Q排=qw·F

式中：Q排为排涝流量(m3/s)；qw为排涝模数(m3/s·km2)；F为排涝面积(km2)。

新开西河以贺家排灌站为界，以北为杨家涝片，以南为南河沿涝片，经计算，各片排涝流量如表5。

表5 项目区排涝流量计算成果表

6 设计洪水位

本次工程涉及新开西河主要功能为排涝，河道规模的确定，考虑涝水以自排的形式汇入河道，即以设计洪水计算成果作为河道过流量，河道水位根据能量守恒原理，采用河道水面曲线逐段试算法。

6.1 流量

采用设计洪水计算成果。

6.2 糙率

河道糙率的选定依据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)，项目区河道较为平整顺直，略有淤积，部分段养护不佳，综合选定河道糙率为0.025。

6.3 起推水位

以新开西河渠道末端起推，起推水位根据渠道末端比降，计算正常深度，经计算，以1.91 m作为起推水位，推至甄家1闸闸上水位2.81 m，作为本次工程新开西河起推水位。

螃蟹沟起推水位根据渠道末端比降，计算正常深度，以2.20 m作为起推水位。

表6 现状河道部分节点设计水位表

6.4 计算方法

水面线推求根据能量守恒原理，采用河道断面水面曲线逐段试算法，其计算公式为：

过桥落差按下式计算：

式中：η为系数：VM为桥下平均流速：VO为断面平均流速。

河道设计水位计算成果如表6所示。

7 结语

大洼区境内无实测水文资料，设计过程中采用《辽宁省中小流域(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》中的经验公式进行洪峰流量计算，同时对新开西与螃蟹沟河段设计洪水进行了计算，可供该地区防洪设计及排水设计时参考。