石汶河入河口设计洪水分析报告.docx
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石汶河入河口设计洪水分析报告
石汶河入河口
设计洪水分析报告
泰安水文水资源勘测局
水文水资源评价水文证乙字第 号
2012年05月泰
1设计洪水基本情况
1.1设计洪水断面情况及计算内容
石汶河拦河闸断面位于岱岳区佟家庄村东部,地理坐标为北纬36°12′,东经117°19′,拦河闸断面至黄前水库坝下区间流域控制面积为53.6km2,河长14.5km,平均比降0.0027m/m;石汶河入河口位于泰山区邱家店镇刘家疃村东部,地理坐标为北纬36°11′,东经117°20′,入河口至黄前水库坝下区间流域控制面积为62km2,河长17.6km,平均比降0.0029m/m。
断面上游建有中型水库1座(黄前水库)。
设计洪水分析计算的主要内容为:
推求石汶河入河口断面二十年一遇设计洪水和施工期五年一遇设计洪水;复核石汶河拦河闸断面二十年设计洪水。
表1-1各设计洪水分析计算断面情况表
断面编号
位置
断面以上
面积(km2)
河道干流
平均比降(m/m)
拦河闸断面
岱岳区佟家庄村
53.6
0.0027
入河口断面
泰山区刘家疃村
62.0
0.0029
1.2计算步骤
由于石汶河断面无实测流量资料,而其流域附近有黄前、下港和范镇等3处雨量站,且有较长系列资料,故本次断面区间设计洪水过程采用暴雨资料推求,然后分别将黄前水库泄水流量用马斯京根法分段连续演算至各断面,再将分析演算的水库泄水流量过程与区间设计洪水过程线叠加,求得各断面二十年一遇的设计洪水成果(施工期设计洪水推求方法同)。
1.3设计标准
根据国标《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL44-2000确定设计洪水标准。
本次断面设计洪水标准为二十年一遇;施工期设计标准为五年一遇。
设计断面见下图1-1
图1-1石汶河流域及设计断面位置图
2由暴雨资料推求区间设计洪水
2.1由直接面雨量法推求区间设计洪水
2.1.1暴雨资料
石汶河下游无实测流量资料系列,但区间附近均匀分布有黄前、下港、范镇等三处雨量站,有1965~2011年共47年实测降水量资料系列,各站资料观测均按《水文观测规范》规定观测,每年都由水文部门按照《水文资料编印规范》对所观测的资料进行整编、刊印成册,其观测成果精度高、可靠性强,且资料系列中包含丰、平、枯水年份,资料具有较好的代表性。
因此,本次区间设计洪水采用由实测暴雨资料系列推求,区间面雨量利用算术平均法计算。
2.1.2设计雨期的确定
1965~2011年石汶河断面区间流域最大24小时雨量大于140mm的降雨有12场。
经过对这12场降水的分析可知,最大24小时雨量占最大72小时雨量的比重为81%~100%,平均为90%。
由此可见,形成石汶河断面区间流域洪水的降雨主要为最大24小时降雨量。
但考虑到最大24小时以外的雨量对流域前期影响雨量及复式洪水的影响,且最大72小时雨量和最大3日雨量同步,故本次设计计算采用雨期为3日。
2.1.3设计面雨量的分析计算
面雨量的统计采用年最大值法选样,系列为1965~2011年,共47年。
在n项连续最大降水量系列中,按大小排序的第m项最大降水量的经验频率按Pm采用数学期望公式进行计算:
式中:
m=1,2,……,n
以矩法初估统计参数和Cv,取偏态系数Cs=3.5Cv,采用P—Ⅲ型曲线适线,以理论曲线与经验点据拟合较好为原则,并重点考虑曲线图中上部的点据拟合情况,确定石汶河断面以上区间流域各频率年最大24小时及年最大3日面雨量频率曲线,见图2-1和图2-2;各断面设计面雨量成果见表2-1。
表2-1区间流域设计面雨量成果表
流域
项目
均值
(mm)
Cv
设计频率面雨量(mm)
计算
适线
5%
区间
H24
109.0
0.39
0.42
198.13
H3日
127.3
0.38
0.41
228.74
图2-1石汶河断面区间最大24小时降水量频率曲线
图2-2石汶河断面区间最大3日降水量频率曲线
2.1.4区间设计洪水推求
2.1.4.1净雨时程分配
设计断面区间流域平均面雨量系列中,最大24小时面雨量在140mm以上的降雨有12场,大于200mm的有2场,其降雨过程多呈单峰型,降雨量大多集中在最大24小时内,难以满足设计雨型分析的要求,故本次计算中设计暴雨的时段及时程分配采用《山东省大、中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中山东省泰沂山南北区1小时设计雨型进行时程分配。
2.1.4.2产流计算
产流计算采用降雨径流相关图法,由《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》中,大汶河流域津浦铁路以东,山丘地区集水面积小于300km2,确定降雨径流关系线为4号线,设计前期影响雨量Pa取值为40mm。
由此即可求出设计断面区间流域各设计频率下的逐日净雨量。
2.1.4.3汇流计算
流域汇流是指在流域各点产生的净雨,经过坡地和河网汇集到流域出口断面,形成径流的全过程。
本次汇流计算采用瞬时单位线法,从《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》中提供的入黄山丘区瞬时单位线参数计算公式,计算Ml值。
式中:
Ml——瞬时单位线参数;
K——系数值;
F——流域面积,km2;
J——河道干流平均坡度,m/m;
R——净雨深,mm;
tc——净雨历时,h。
根据计算的M1值,查《山东省大、中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中的1小时瞬时单位线表求得区间各频率设计洪水过程线,其设计洪水计算成果见表2-2,设计洪水过程见表2-3~2-4。
表2-2各断面区间不同频率设计洪水成果表(直接面雨量法)
流域
洪峰流量
(m3/S)
拦河闸断面
351
入河口区间
404
表2-3拦河闸断面区间二十年一遇设计洪水(直接面雨量法)
时段
(h)
流量
(m3/s)
时段
(h)
流量
(m3/s)
时段
(h)
流量
(m3/s)
0
0.536
28
1.78
56
12.6
1
0.536
29
7.85
57
15.9
2
0.536
30
16.1
58
16.9
3
0.943
31
20.4
59
17.8
4
3.03
32
19.6
60
20.3
5
6.19
33
15.7
61
31.2
6
9.42
34
11.2
62
63.6
7
11.0
35
7.43
63
108
8
10.6
36
4.72
64
151
9
9.03
37
2.95
65
244
10
7.08
38
2.73
66
344
11
5.20
39
5.60
67
351
12
3.67
40
8.14
68
282
13
2.54
41
8.41
69
198
14
1.77
42
7.06
70
140
15
1.27
43
5.23
71
107
16
0.963
44
3.61
72
83.4
17
0.779
45
2.41
73
53.9
18
0.672
46
1.67
74
29.3
19
0.611
47
1.33
75
14.3
20
0.576
48
1.14
76
6.61
21
0.558
49
0.974
77
3.05
22
0.548
50
0.832
78
1.53
23
0.542
51
2.74
79
0.915
24
0.539
52
8.23
80
0.677
25
0.538
53
10.7
81
0.587
26
0.537
54
9.50
82
0.554
27
0.536
55
8.82
83
0.542
表2-4入河口断面区间二十年一遇设计洪水(直接面雨量法)
时段
(h)
流量
(m3/s)
时段
(h)
流量
(m3/s)
时段
(h)
流量
(m3/s)
0
0.620
28
1.93
56
14.3
1
0.620
29
8.53
57
18.2
2
0.620
30
17.8
58
19.4
3
1.05
31
23.0
59
20.5
4
3.30
32
22.5
60
23.3
5
6.80
33
18.4
61
35.2
6
10.5
34
13.4
62
71.1
7
12.4
35
9.07
63
121
8
12.1
36
5.86
64
171
9
10.5
37
3.72
65
274
10
8.39
38
3.28
66
390
11
6.26
39
6.30
67
404
12
4.47
40
9.16
68
330
13
3.13
41
9.61
69
235
14
2.19
42
8.23
70
168
15
1.58
43
6.21
71
128
16
1.19
44
4.36
72
99.1
17
0.948
45
2.96
73
65.0
18
0.807
46
2.06
74
36.2
19
0.725
47
1.62
75
18.1
20
0.678
48
1.36
76
8.56
21
0.652
49
1.16
77
4.01
22
0.637
50
0.988
78
2.00
23
0.629
51
3.02
79
1.16
24
0.625
52
9.13
80
0.828
25
0.623
53
12.2
81
0.698
26
0.621
54
11.0
82
0.649
27
0.621
55
10.2
83
0.630
2.2由暴雨等值线图法推求区间设计洪水
根据《山东省暴雨等值参数图集》中的“山东省多年平均年最大24小时、最大3日暴雨等值线图”和“山东省最大24小时、最大3日暴雨变差系数等值线图”查得石汶河流域中心H24h=114.0mm,H3d=136.0mm,变差系数分别为Cv=0.56和Cv=0.56;由P—Ⅲ型曲线的模比系数KP值表,查得各相应频率的最大24小时、3日雨量,然后根据《山东省大、中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中点面关系换算系数表24小时点面换算系数为0.95、3日点面换算系数0.97,计算出断面各频率最大24小时、最大3日面雨量,计算结果见表2-5。
表2-5区间设计面雨量成果表(暴雨等值线图法)
流域
项目
均值
(mm)
Cv
设计频率面雨量(mm)
查图
5%
区间
H24
114.0
0.56
283.7
H3日
136.0
0.56
345.6
根据以上设计面雨量,计算区间流域各时段的设计净雨,然后根据净雨推求洪水过程线,其计算方法与直接面雨量法推求洪水过程相同。
由暴雨等值线图法推求各断面区间设计洪水计算成果见表2-6,设计洪水过程见表2-7~2-8。
表2-6各断面区间设计洪水成果表(暴雨等值线法)
流域
洪峰流量
(m3/s)
5%
拦河闸断面
420
入河口断面
483
表2-7拦河闸区间二十年一遇设计洪水(暴雨
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