罗纹河暴雨洪水特性及设计洪水计算分析

郭 华

(渭南市水利水电勘测设计院，陕西 渭南 714000)

1 流域概况

罗纹河为渭河右岸一级支流，发源于秦岭北麓，由小夫峪和谭峪两条河流汇合而成，地处陕西省华县西部，源头高程2 000 m左右，山区河段坡陡、流程短，出峪后降至500 m左右，然后穿越山前洪积扇区，高程再度降低到340 m左右，此后以平缓比降汇入渭河。上游河段比降较大，发生洪水时，常挟带大量砾、卵石推移质，多堆积于罗纹河山前洪积扇一带，下游河段受渭河倒灌淤塞，尾闾河段均形成地上“悬河”。罗纹河沿途流经少华、毕家等乡镇，在毕家乡东吴村西北汇入渭河，河道全长33.8 km，入渭口断面以上流域面积91.7 km2。全流域河床平均比降47.0‰，总落差1 589 m。

2 暴雨洪水特性分析

罗纹河洪水多由局地暴雨和大范围强降水形成，大范围强降水特点是降水历时长、分布均匀、笼罩面积大。局地暴雨特点是降水历时短，强度大，笼罩面积小。其中，后者是南山支流大洪水的主要来源。一般情况一次暴雨历时约24 h左右，主雨峰约3～6 h，一次降水量为100～200 mm。每年暴雨最早发生于4月，最迟发生于10月，强度大的暴雨多发生在7-9月份。由于罗纹河河陡流短，汇流较快雨停峰现的情况较为普遍。

渭河下游南山支流洪水每年最早出现在4-5月份，其峰量较小，大洪水一般均发生于7-9月份，但10月份也有出现洪水的情况，此时峰量一般较小，洪水总量较大。据罗夫堡水文站洪水资料显示，该站洪水过程大多为孤立峰，一次洪水过程约2-3 d，主峰持续时间约12 h左右。渭河下游发生大洪水时常倒灌南山支流，引起支流出口段发生淤积。

3 流域参证站及水文资料选用

罗纹河流域无水文测站，而在罗纹河流域东14 km的罗夫河上设有罗夫堡水文站。该站位于华阴市敷水镇罗夫堡村，站址以上控制流域面积122 km2，流域周边高程400～2 100 m，两条河流同属南山支流，位于同一暴雨区内，下垫面条件极为相似，罗夫堡水文站可作为罗纹河洪水分析的参证站。

罗夫堡站现有1955-2005年共计51年完整的实测洪峰资料及1901年的历史调查洪水。

经过原铁道部设计总局第二设计院1956年洪水调查和1972年省水文总站对罗夫河历史洪水进行复查，最终确认发生于1901年的洪水量级为490 m3/s，另外1911年和1922年两场洪水洪痕指认不清，难于具体测算，但可知罗纹河1911年洪水量级大于1922年而小于1901年洪水，最终确定1901年洪峰流量为三次历史洪水中最大量级，最终调查历史洪水成果较可靠，可在工程设计中直接参考使用。

4 渭河干流设计洪峰流量计算分析

由于支流洪水受入渭口渭河洪水影响很大，研究支流洪水必须先分析渭河洪水，而渭河洪水又受其水沙条件影响，在这方面黄委会进行过多次分析研究。其中，1989年黄委会设计院在编制《陕西省三门峡库区渭洛河治理规划》(洪水分析部分)过程中，提出两套长短系列的分析计算成果(长系列资料到1985年，短系列资料到1969年)，该成果已通过了水利部规划总院的审查。

1999年5月黄委会设计院在延长系列和考证历史洪水的基础上，又对渭河主要站的设计洪水进行了深入细致的分析，其结果与1989年比较偏小，考虑到七十年代后渭河无大洪水出现，故设计渭河下游华县站设计洪水计算成果采用黄委会设计院1989年成果，见表1。

表1 渭河下游华县站设计洪峰成果表

5 罗纹河设计洪水计算分析

对于罗夫河罗夫堡站的洪水，以往有关单位曾进行过多次分析研究。1989年黄委设计院曾编制了《陕西省三门峡库区渭洛河治理规划》，对罗夫河罗夫堡站的洪水作过分析计算，本次推荐成果简称“1989年成果”，此次计算结果通过了水利部规划总院的审查。1999年5月黄委会设计院和陕西省三门峡库区勘测设计院共同编制了《陕西省三门峡库区渭洛河下游治理防洪续建工程初步设计》，其“水文泥沙分析专题报告”中罗夫河罗夫堡站的洪水亦作过分析计算。2005年5月，陕西水环境工程勘测设计研究院在编制《三门峡库区陕西返迁移民防洪保安近期工程建设可行性研究报告》过程中，对罗夫河罗夫堡站的设计洪水推荐采用“1989年成果”。本次在进行罗夫河罗夫堡站洪水分析时，将罗夫堡实测洪峰系列延长至2005年，并加入调查历史洪水重新进行频率计算，并与历次洪水计算成果分析比较，合理确定罗夫河罗夫堡站的设计洪水。

依据罗夫堡1955-2005年洪峰流量资料系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-2006)，以年最大值选择，并加入调查历史洪水，按不连续系列进行频率分析。洪水经验频率采用数学期望公式进行计算，均值及变差系统Cv采用矩法计算，理论频率偏态系数Cs按经验取Cv的倍数通过适线确定。实测连序系列的经验频率和调查历史洪水经验频率按下式计算按式(1)和式(2)计算；

(1)

(2)

式中：Pm、PM分别为连续系列经验频率和调查历史洪水经验频率；m、M分别为连序系列大洪水及调查历史洪水按大小递减排列的序号；n、N分别代表连序系列年数及不连续系列年数。

均值和变差系数Cv的计算公式为：

(3)

(4)

式中：Qm、Qmj分别代表特大值和连续系列变量；a、n分别代表特大值个数和实测系列个数；τ为从n项连续系列中抽出的特大洪水个数。

根据矩法计算出来的统计参数，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，适线的原则为：尽量使理论频率曲线通过经验频率数据的中心位置，侧重于考虑上部和中部的大水数据。历史洪水重现期有变动范围时，定线时应作适当考虑。经适线，求得罗夫堡站设计洪水成果，见表1。1999年黄委设计院在编制《陕西省三门峡库区渭、洛河治理规划》(洪水分析部分)过程中，也对该站的实测资料也进行过分析，其成果和《可研报告》成果并列见表2。

表2 罗夫堡站洪峰流量历次设计成果比较表

从表2可看出，三次计算成果比较接近，相差较小，本次和可研与1999年相比，资料系列有所延长，即包含了七十年代的丰水时段和八十年代后的枯水时段，同时延长了历史洪水考证期，对重现期作了修订，计算成果与1999年和可研成果相比稍小，考虑到规划成果已经陕西省水利厅、黄委会及国家计委审批，建议采用黄委会设计院1999年成果。

表3 罗纹河设计洪峰流量成果表

罗纹河流域设计流量计算采用面积比拟公式推求，计算公式为：

(5)

式中：Qp设、Qp罗分别为罗纹河流域和罗夫堡站的频率为P的设计洪峰流量(m3/s)；F设、F罗为罗纹河全流域和罗夫堡站的流域面积(km2)；n为面积比拟指数，采用0.67。

依据式(5)，求得罗纹河的设计洪峰流量成果见表3。依据《防洪标准》(GB50201-94)并结合《可研报告》，最终可选用罗纹河堤防设防标准为相应河段20 a一遇(P=5%)洪水，相应洪峰流量按206 m3/s计算。

6 结语

国家和陕西省十分重视渭洛河下游治理工作，始终把保障防洪安全作为渭洛河下游治理的首要任务。罗纹河作为三门峡库区渭河南岸的一级支流，2003年及2005年渭河两次大洪水，使当地移民遭受了严重的洪涝灾害，财产损失严重。通过对流域历史洪水进行调查，对设计洪水进行计算，可以对罗纹河综合治理工作提供科学的理论支撑。