防洪排导工程设计流量计算方法分析

李天宇，叶 雷

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

当前水土保持行业技术规范主要有GB 50433—2008《开发建设项目水土保持技术规范》(全文简称《08技术规范》)、GB 51018—2014《水土保持工程设计规范》(全文简称《14设计规范》)、SL 575—2012《水利水电工程水土保持技术规范》以及其他地方性行业性规范等[1]。各版本技术规范中关于防洪排导设计流量的计算方法存在一定差异，相应计算成果及其应用适用性方面存在不同[2]。为确保设计洪水计算成果与工程实际具有较高匹配性，优选工程实践应用较多的《08技术规范》和《14设计规范》两个规范中关于截排水设计流量计算方法为基础，以桐梓县岩门子水库弃渣场截排水设计流量为例，分别计算重现期3年一遇、5年一遇、10年一遇和15年一遇的截排水设计流量，并对比分析计算成果的差异性及变化趋势。通过探索不同计算方法的特点和适用范围，为水土保持工程设计提供技术指导[3- 4]。

1 工程概况

桐梓县岩门子水库位于贵州省桐梓县夜郎镇，水库作为“三位一体”及“贵州省水利建设三大会战”水利规划项目之一，工程任务为桐梓煤电铝加工一体化产业园、周边集镇规划及下游灌溉主要供水水源。水库正常蓄水位692m，总库容1073万m3，中型水库，为Ⅲ等工程。工程区属中亚热带湿润季风气候区，多年平均气温14.8℃，全年≥10℃有效积温5315℃，多年平均降水量1065.1mm。弃渣场位于大坝下游2.2km处夜郎河右岸有一深切槽谷，堆渣高程585.00～603.00m，渣体外坡1∶2.0，渣场容量约45万m3，占地约5.08hm2。弃渣场上游以坡耕地及灌木林地为主，植被覆盖率65%以上，集雨面积约2.28km2。

2 设计流量计算

2.1 《08技术规范》

规范中防洪排导工程部分的洪峰流量计算函数表达为[5]：

Q=0.278k·i·F

(1)

式中，Q—设计洪峰流量，m3/s；k—径流系数，根据《08技术规范》岩门子水库所在地取0.6；i—不同频率平均1h降雨强度，mm/h；F—集雨面积，弃渣场上游集雨面积约2.28km2。根据“贵州省短历时暴雨等值线图”有关等值线图查算，岩门子水库所在地贵州省桐梓县1h暴雨均值42.00mm，Cv=0.42，Cs=3.5Cv。根据适线法计算可得各频率1h降雨强度，见表1。

表1 各频率1h降雨强度(i)

2.2 《14设计规范》

规范水文部分的设计流量计算函数表达为[6]：

Q=16.67Φ·q·F

(2)

式中，Q—设计洪峰流量，m3/s；Φ—径流系数，根据《14设计规范》岩门子水库所在地取0.6；F—集雨面积，弃渣场上游集雨面积约2.28km2；q—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min，其函数表达为：

q=Cp·Ct·qP，10

(3)

式中，Cp—重现期转换系数，为设计重现期降雨强度qp同标准重现期降雨强度q10的比值，查表得岩门子水库所在地贵州省桐梓县重现期3年一遇Cp=0.86、5年一遇Cp=1.00、10年一遇Cp=1.17、15年一遇Cp=1.27；Ct—降雨历时转换系数，为降雨历时t降雨强度qt同10min降雨历时降雨强度q10的比值，查表得岩门子水库所在地贵州省桐梓县不同频率10min转换系数C10均值为1.00；qP，10—不同重现期和10min降雨历时的标准降雨强度，mm/min；根据“贵州省短历时暴雨等值线图”有关等值线图查算，10min暴雨均值16.00mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv，根据适线法分析可得各频率降雨强度计算成果，见表2。

表2 各重现期10min短历时降雨强度

根据表2适线法计算成果可知：q3，10=1.73mm/min、q5，10=2.05mm/min、q10，10=2.46mm/min、q15，10=2.68mm/min。将计算值代入公式(3)分析得各重现期10min历时平均降雨强度计算成果，见表3。

表3 各重现期10min历时平均降雨强度

3 设计流量对比分析

3.1 计算结果

根据《08技术规范》设计流量计算方法，按公式(1)分析得不同重现期设计流量计算成果，见表4。

表4 《08技术规范》各重现期设计流量(Q)计算成果

根据《14设计规范》设计流量计算方法，按公式(2)分析得不同重现期设计流量计算成果，见表5。

表5 《14设计规范》各重现期设计流量(Q)计算成果

3.2 计算结果分析

采用《08技术规范》和《14设计规范》两种方法分别计算岩门子水库弃渣场截排水工程不同重现期降雨设计流量，不同之处在于《08技术规范》采用历时1h降雨强度，而《14设计规范》采用历时10min平均降雨强度。根据表4和表5计算成果对比分析可知：

(1)重现期为3年一遇时Q2014/Q2008=1.96、重现期为5年一遇时Q2014/Q2008=2.27、重现期为10年一遇时Q2014/Q2008=2.63和重现期为15年一遇时Q2014/Q2008=2.84。从变化趋势上分析，随着重现期加长设计流量对比有逐渐变大趋势。

(2)造成《08技术规范》和《14设计规范》两种计算方法相同重现期设计流量计算成果具有较大差异的主要原因为：降雨强度历时选择不同，重现期相同条件下降雨强度10min短历时暴雨暴涨暴落，而1h降雨强度则相对均匀。

(3)根据《08技术规范》和《14设计规范》设计流量计算成果特点，结合贵州山区降雨暴涨暴落特点，笔者建议防洪标准重现期要求为10年一遇及以下重现期时，宜选用《14设计规范》进行设计流量计算；而当防洪标准重现期大于10年一遇时，宜选用《08技术规范》进行设计流量计算。

(4)由于设计流量计算成果差异，将导致防洪排导工程结构尺寸设计存在不同。若采用的设计流量值过小，则防洪排导水工建筑物结构性能可能存在安全隐患；而采用的设计流量过大，则可能造成防洪排导水工建筑物结构尺寸设计经济性较差。因此，应根据工程实际特性，合理选择设计流量计算方法。

3.3 岩门子水库弃渣场设计流量选择

岩门子水库弃渣场容量45万m3，下游为綦江右岸一级支流夜郎河，基于后期防洪排导工程运行安全性考虑，综合分析选择《14设计规范》重现期10年一遇洪峰流量标准设防。根据试算排洪沟采用M7.5浆砌石修砌，结构形式采用梯形断面(边坡系数0.5)，设计底宽2.00m，设计水深1.55m，设计底坡10%，排洪沟过流能力68.20m3/s大于设计洪峰流量65.64m3/s。

4 结论

(1)《08技术规范》和《14设计规范》作为目前水土保持行业正在施行的主要技术规范，防洪排导设计流量计算结果存在较大差异，其采用的设计流量值会直接影响到防洪排导工程结构断面的安全性和经济性。

(2)岩门子水库弃渣场防洪排导工程设计选用《14设计规范》，设计断面安全性相对较高，防洪排导水工建筑物结构性能较好。

(3)目前水土保护行业不同规范中关于洪峰流量计算方法各有特点，就全国范围而言不同地域不同降雨重现期设计流量计算方法的合理选择，还有待广大水土保持工作从业者通过更多工作实践和技术总结进行优选，以便为防洪排导工程安全、经济设计提供借鉴参考。