马景健

(朝阳市江河流域保护管理局，辽宁 朝阳 122000)

1 流域概况

养息牧河发源于彰武县科尔沁沙丘南缘的章古台镇，流经彰武县中部地区。总流域面积1861 km2，全长129 km，比降0.0007～0.0015。彰武县境内干支流分布在14个乡86个自然村，控制面积1552 km2，占彰武县面积的41.7%。流经新民县的5个乡镇，境内河长35 km，河宽50～100 m。

养息牧河是辽河一级支流，养息牧河干流上无水库，支流建有巨龙湖1座中型水库。同时还建有小(1)型水库8座，均在阜新市境内，总库容0.2469亿m3，设计库容0.1834亿m3，兴利库容0.1332亿m3。距辽河口8.6 km处建小荒地水文站，小荒地水文站以上集水面积1783 km2。具有1954—2012年59年水文资料系列。流域内设有雨量监测站7处。

流域内雨量站降雨及小荒地站水文资料，由辽宁省河库管理服务中心沈阳分中心按有关规范整编刊印。资料完整性较好，精度较高，具有代表性，可用来分析、计算供设计部门采用。小荒地水文站三年大水及近年实测洪水情况见表1。

表1 小荒地水文站三年大水及近年实测洪水情况

养息牧河具有明显的季节性河流特点，枯水期河道基本断流，河床比降较大，主汛期流量较大，水量下泄快。洪水主要由暴雨产生，雨期比较集中，7月、8月两月降水量占全年降水量的55%以上。一次洪水的历时，大约在24 h左右，属于陡涨陡落的山区性河流，峰型多是单峰型式，双峰或多峰的型式也时有发生。连续两次洪水的历时，一般为3～5 d。

实测最大洪水1290 s/m3(1969年9月3日小荒地水文站)，平均含沙量5.1 kg/m3，年均径流量0.71亿m3(1955—2010年)。

2 推求设计洪水

2.1 根据洪峰流量推求设计洪水

目前，从小荒地水文站收集到1939—2010年共6年的洪峰流量资料，(无1944—1949年的洪峰流量资料)，养息牧河的小荒地水文站实测最大洪水排名前三位的依次是：1969年洪峰流量1290 m3/s(1969年9月3日小荒地站)，相应水位40.20 m；1975年洪峰流量962 m3/s，相应水位38.95 m； 1991年洪峰流量720 m3/s，相应水位37.74 m。经调查考证，1969年的洪水是历史特大洪水，在此之前无历史特大洪水。

用矩法进行频率计算，分别推求出10年、20年、50年、100年一遇的洪峰流量[1]。其平均流量为206 m3/s，Cv=1.1，Cs/Cv=3.5。

2.2 根据暴雨资料推求设计洪水

此方法依据《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》进行计算。

2.3 设计洪水分析计算

养息牧河流域特性如下：位于水文分区Ⅱ区，属于西部非饱和产流地区，总流域面积1861.00 km2，洪水产流面积375.61 km2，河长35 km，平均比降0.85‰。

由于养息牧河洪水期产流面积均超过300 km2，因此，采用面积超过300 km2以上的方法分析计算设计洪水。

(1)设计暴雨计算。分别求出1 h、6 h、24 h及3 d设计雨量和面雨量，结果分别见表2～表4。

表2 皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数kp值

表3 养息牧河设计面雨量计算结果 mm

表4 养息牧河各频率设计暴雨雨量分配过程 mm

(2)产流参数计算。查附表2～表3得Ⅱ区的各项参数如下表5。

表5 西部非饱和产流模型产流参数表

(3)根据西部非饱和产流模型，计算径流设计净雨过程如表6。

表6 养息牧河各频率设计净雨过程表 mm

(4)可能最大洪水过程线的推求。根据本流域的面积、河长、比降等流域几何特性和水文分区参数特性计算本区域的综合经验单位线，有了时段单位线，将按上述推求的净雨过程，用“一刀切”的方法平扣时段净雨(使其量等于地下径流量—本地区是西部采用径流总量的15%)后所得的地表净雨过程乘以时段单位线，并错后△t=3 h相加即得到地面径流过程线，最后再把地下径流概化为等腰三角形还原到地面径流过程线的底部，令其底宽等于地面径流过程线的两倍，峰值对准其终点，即得可能最大洪水过程线，洪峰流量见表7，其可能最大洪水过程线如图1。

表7 养息牧河各频率洪峰流量统计结果

图1 养息牧河设计洪水过程线

2.4 成果合理性分析

从表8可以看出，两种计算方法所求得的设计洪水相差不大，利用流量资料计算的成果大一些，为安全考虑，设计洪水成果采用根据洪峰流量推求设计洪水方法。

表8 养息牧河不同计算方法设计洪水成果比较 m3·s-1

3 水面线计算

3.1 计算条件

本次从中选择31个断面(Y1～Y31 )，采用HEC-RAS推求水面线。软件需要输入河道各断面的里程及高程资料，主河槽的坐标(相对坐标、绝对坐标皆可)，桥梁的高程、桥板的厚度、桥梁长度、桥墩形式、桥孔数等，河道主河槽及滩地糙率，设计洪水流量，起始水位[2-3]。

3.2 起始水位确定

本次遇到的难点是起始水位的资料无法获得，只有河道中下游小荒地水文站各年的流量和水位资料。一般的，起始水位有以下几种确定方式[4]：

(1)根据下游入河口的历史资料直接获得。一般的，小河汇入大河，大河汇入海洋，大江大河的水文站较多，加之历史上长期的工程治理，资料十分丰富。河道的每一处水位资料都有章可循，作为中小型河道治理，一般以汇入河流的回水位作为起始水位，但也有学者认为这样的处理会使推求水面线的结果偏高。为安全起见，在没有其他资料的充分论证之后，这种确定起始水位的方式也是较常用的办法。

(2)根据水文站的水位资料拟合起始水位。如果水文站位于河道旁，在有充分的水文站实测资料下，根据水位流量的对应关系，可以确定设计洪水年水文站平时实际测量时断面的水位。如果本次河道治理的起始断面位于河道的下游，根据河道的比降可以大致假设这一点的水位，然后根据水面线计算公式或者利用软件向上推求自水文站实测断面处的水位，两者比较，通过假设反复推求直至两者相差不大于0.05 m。如果起始断面在水文站上游，方法同理。

(3)利用明渠恒定非均匀流公式求起始水位。根据，通过资料确定糙率、比降后。假设h，根据地形资料可以量出面积和湿周，采用试算法，以此也可以确定起始水位。

在确定起始水位过程中，调查周围已建设堤防的高程、防洪标准、完好程度，减去其超高后可作为此处起始水位的参照，以在一定程度上判断此处起始水位的合理性。

本次设计由于无法获得辽河的详细资料，采用上述方法二计算。通过小荒地多年的实测资料，确定小荒地水文站测量断面处—Y26断面(基本水尺兼测流断面位于新革公路桥下游侧)的10年一遇洪水位为37.15 m，20年一遇洪水位为37.743 m。由HEC-RAS反复验算得出起始水位10年一遇为36.20 m，20年一遇为37.10 m。

3.3 软件应用

分析计算采用HEC-RAS软件。

3.4 计算结果

本次设计以新革大桥为界，上游段设计流量为10年一遇499 m3/s，下游段设计流量为20年一遇678 m3/s。

通过计算，可得养息牧河新民段P=5%和P=10%水面线，水面线纵断面图见图2。

通过推算水面线发现，河道上游的彰武台门桥、李屯桥、吴屯桥及其桥路，在新规划的左右堤内阻水严重，建议有关部门在堤防施工期拆除重建，本次设计不考虑此项内容。

图2 养息牧河(新民段)纵断面图

4 结 论

通过实际案例分析，采用HEC-RAS建模推算水面线，计算结果较为合理，但HEC-RAS建模需要输入的参数较多，计算中要耐心核对参数数据。HEC-RAS建模推算水面线较传统的试算法比较，在保证计算结果精度的基础上，也大大节省了计算时间。