石汶河入河口设计洪水分析报告

word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑石汶河入河口设计洪水分析报告泰安水文水资源勘测局2012年05月泰

目录1设计洪水基本情况 31.1设计洪水断面情况及计算内容 31.2计算步骤 31.3设计标准 32由暴雨资料推求区间设计洪水 52.1由直接面雨量法推求区间设计洪水 52.1.1暴雨资料 52.1.2设计雨期的确定 52.1.3设计面雨量的分析计算 52.1.4区间设计洪水推求 82.2由暴雨等值线图法推求区间设计洪水 122.3设计成果合理性分析及选定 153设计断面洪水分析计算 203.1断面设计洪水分析 203.2拦河闸复核结论 234施工期设计洪水 244.1设计面雨量 244.1.1最大24小时雨量的分析计算 244.1.2设计面雨量的推求 244.2产、汇流计算 274.3断面洪水过程推求 295结论 311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；复核表1-1各设计洪水分析计算断面情况表断面以上面积（km2）河道干流平均比降（m/m）拦河闸断面岱岳区佟家庄村53.60.0027入河口断面泰山区刘家疃村62.00.00291.2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H24109.00.390.42198.13H3日127.30.380.41228.74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）00.536281.785612.610.536297.855715.920.5363016.15816.930.9433120.45917.843.033219.66020.356.193315.76131.269.423411.26263.6711.0357.4363108810.6364.726415199.03372.9565244107.08382.7366344115.20395.6067351123.67408.1468282132.54418.4169198141.77427.0670140151.27435.2371107160.963443.617283.4170.779452.417353.9180.672461.677429.3190.611471.337514.3200.576481.14766.61210.558490.974773.05220.548500.832781.53230.542512.74790.915240.539528.23800.677250.5385310.7810.587260.537549.50820.554270.536558.82830.542

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）00.620281.935614.310.620298.535718.220.6203017.85819.431.053123.05920.543.303222.56023.356.803318.46135.2610.53413.46271.1712.4359.0763121812.1365.8664171910.5373.7265274108.39383.2866390116.26396.3067404124.47409.1668330133.13419.6169235142.19428.2370168151.58436.2171128161.19444.367299.1170.948452.967365.0180.807462.067436.2190.725471.627518.1200.678481.36768.56210.652491.16774.01220.637500.988782.00230.629513.02791.16240.625529.13800.828250.6235312.2810.698260.6215411.0820.649270.6215510.2830.630word文档可自由复制编辑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H24114.00.56283.7H3日136.00.56345.6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（暴雨等值线图法）时段（h）流量（m3/s）时段（h）流量（m3/s）时段（h）流量（m3/s）00.536282.995615.210.5362914.15719.220.5363027.85820.231.443133.35921.245.673230.16024.3511.53322.66138.2617.03415.06278.9718.9359.2563133817.1365.4664184913.8373.19652991010.1383.5866420116.96399.1967419124.574013.268330132.954112.969227141.924210.270160151.30436.9971124160.951444.477296.1170.756452.787360.8180.650461.827432.1190.594471.507515.1200.565481.31766.73210.551491.10773.01220.543500.909781.48230.540513.39790.881240.5385210.2800.659250.5375313.0810.579260.5365411.1820.551270.5365510.4830.541

表2-8入河口区间二十年一遇设计洪水（暴雨等值线图法）时段（h）流量（m3/s）时段（h）流量（m3/s）时段（h）流量（m3/s）00.620283.865617.210.6202918.65721.920.6203036.75823.231.843144.15924.447.553239.86027.9515.53329.86143.0622.83419.96288.1725.33512.263149822.9367.1864209918.4374.16653371013.5384.6666476119.243912.167483126.034017.468387133.854117.169270142.474213.470192151.65439.2071147161.17445.8672114170.913453.617373.4180.772462.347439.7190.698471.907519.2200.659481.65768.76210.639491.37773.97220.630501.12781.94230.625513.74791.12240.6225211.3800.804250.6215314.7810.686260.6215412.9820.643270.6205512.0830.6282.3设计成果合理性分析及选定对石汶河区间采用直接面雨量法、暴雨等值线图法、推理公式法和经验公式法分析计算的二十年设计成果进行对比分析，对比结果见表2-9。表2-9不同计算方法设计面雨和设计洪水成果表方法洪峰流量（m3/s）拦河闸断面入河口断面直接面雨量法351404暴雨等值线图法420483从表2-9可见，暴雨等值线图法设计洪峰流量偏大，实测暴雨资料法与暴雨等值线图法两种方法的产流计算、汇流计算所采用的方法与途径完全一致，造成两种方法计算成果差别的原因是设计面雨量的不同。暴雨等值线图法体现的是大区域的暴雨特性,提供等值线及系数的图表中所采用的分析资料，相对局部小区域代表性不高，且在查图等环节的误差也会给计算成果带来影响，因此其推算的成果精度不高，代表性也不高。因此使用直接面雨量法推求设计洪水是合理的。为分析实测暴雨资料系列的代表性，选取临近流域的莱芜站作为参证站，该站自1951～2011年共有61年降水量观测资料，系列较长且资料连续。资料系列代表性一般是指某一具有可靠性和一致性的资料系列样本分布对总体分布的代表性。通常是将较长的资料系列近似地看作总体，用它来衡量各个样本分布的代表性。莱芜站长系列(1951～2011年)61年最大24小时、3日降水资料系列的均值分别为P24h=99.4mm、P3d=115.3mm，最大24小时、3日Cv值分别为0.51、0.46；样本系列(1965～2011年)47年的均值P24h=104.7mm、P3d=119.9mm，Cv值分别为0.53、0.48。莱芜站长短系列降水资料代表性分析成果见表2-10表2-10莱芜站长短系列降水资料代表性分析成果表类别莱芜站1951～2011年（mm）1965～2011年(mm)相对误差（%）均值最大24h99.4104.75.3最大3日115.3119.94.0Cv最大24h0.510.533.9最大3日0.460.484.3从表2-7中比较结果可知:莱芜站短系列同长系列的最大24小时降水量均值、最大3日降水量均值及CV值基本一致，相差很小。因此短系列(1965～2011)降水资料在长系列中具有较好的代表性。通过对石汶河区间流域与莱芜站1965～2011年降雨资料分析可知：石汶河区间流域年最大24小时雨量、年最大3日雨量变化规律基本一致，石汶河区间流域、莱芜站同期降水量对照见表2-11，同期降水量过程见图2-3～图2-4。选用莱芜站雨量资料作为参证站进行长短系列分析是合理的，因此1965～2011年石汶河区间流域降水量资料系列也具有较好的可靠性。综上所述，石汶河区间流域实测暴雨资料能够反映流域实际情况，资料系列具有较好的合理性和代表性，采用直接面雨量法计算的设计洪水成果相对较为合理。经综合对比分析，本次区间设计洪水确定采用由直接面雨量法推求的设计洪水成果。表2-11石汶河区间、莱芜站同期降水量对照表流域（站）时段均值（mm）最大值（mm）最小值（mm）区间流域最大24h109.0220.646.1最大3日127.3238.150.6莱芜站最大24h104.7289.443.7最大3日119.9294.245.0图2图2-3石汶河区间、莱芜站同期最大24小时降水量过程线图2图2-4石汶河口区间、莱芜站同期最大3日降水量过程线word文档可自由复制编辑3设计断面洪水分析计算3.1断面设计洪水分析河道流量演算就是要利用河道的槽蓄作用和河段水量平衡原理由上断面流量过程演算至下断面流量过程。黄前水库泄水流量采用其大坝安全鉴定大中型水库洪水复核报告中的泄水流量过程，见表3-1。将黄前水库二十年一遇泄水流量过程用马斯京根法分段连续演算至石汶河各断面，与断面区间设计洪水迭加作为断面的二十年的设计洪水过程。表3-1黄前水库水库泄水流量成果表时段(△t=1h)泄水流量(m3/s)635006450065500665006750068500根据下游北望至大汶口区间河段采用北望和大汶口水文站实测资料计算确定的水文参数利用马斯京根法演算到各断面，并与区间洪水合成。各频率洪峰流量成果见表3-2,设计洪水过程见表3-3～3-4。表3-2断面不同频率设计洪水成果表流域洪峰流量（m3/S）石汶河拦河闸643石汶河入河口682表3-3拦河闸断面二十年一遇设计洪水过程时段（h）区间洪水黄前演算合成流量500.83200.832512.7402.74528.2308.235310.7010.7549.5009.50558.8208.825612.6012.65715.9015.95816.9016.95917.8017.86020.3020.36131.2031.26263.6063.6631080108641510151652444.802496634446.839167351178529682823526346919844564370140482622711074946017283.44985817353.94955497429.34534827514.3322336766.61148155773.0555.458.5781.5318.319.8790.9155.596.51800.6771.612.29810.5870.4481.04820.5540.1200.674830.5420.0320.574

表3-4入河口断面二十年一遇设计洪水过程时段（h）区间洪水黄前演算合成流量500.98800.988513.0203.02529.1309.135312.2012.25411.0011.05510.2010.25614.3014.35718.2018.25819.4019.45920.5020.56023.3023.36135.2035.26271.1071.1631210121641710171652744.802796639046.84376740417858268330352682692354456807016848265071128494622729904955607436.24534897518.1322340768.56148157774.0155.459.4782.0018.320.3791.165.596.75800.8281.612.44810.6980.4481.15820.6490.1200.769830.6300.0320.662

3.2拦河闸复核结论2011年编制的《石汶河拦河闸设计洪水分析报告》，设计洪水计算方法：区间采用由实测暴雨资料推求，其资料系列从1965年至2009年，共有45年；本次计算增加了2010年、2011年两年洪水资料，由于两年资料系列属于平水年系列，所以造成多年平均洪峰流量值变化不大。成果见表3-5。表3-5设计洪峰流量成果对照表项目2011年成果(m3/s)本次成果(m3/s)石汶河拦河闸641643通过对石汶河拦河闸区间水文资料长、短系列对比分析，本次计算的断面设计洪水与2009年成果相比基本一致。延长后的资料系列更具有代表性，综合考虑各种因素，本次石汶河拦河闸区间设计洪水推荐采用本次计算成果。4施工期设计洪水施工期区间洪水分析计算仍采用由实测流量资料推求设计洪水。施工期为10月至次年5月,设计洪水确定为五年一遇。4.1设计面雨量石汶河流域及其附近流域内有雨量站3处，分别是黄前、下港、和范镇，其中下港为汛期站，无枯季降雨资料；此次施工期设计面雨量分析采用黄前、范镇2处施工期实测降雨资料；利用算术平均法计算流域面雨量，资料系列为1965～2011年共47年实测降水量资料。设计雨期取3天。4.1.1最大24小时雨量的分析计算施工期区间面雨量的统计采用施工期内最大值选样法。其中最大24小时雨量采用以下公式计算：H24h最大24小时降雨量，mm；H1d最大一天降雨量,mm；Hn与H1d相邻的2个日雨量中较大者,mm。4.1.2设计面雨量的推求根据施工期区间最大24小时、3日面雨量，采用P—Ⅲ型曲线进行适线，以频率曲线与经验点据拟合较好为原则得到施工期五年一遇设计面雨量。区间各频率施工期设计面雨量成果见表4-1。施工期区间最大24小时及最大3日面雨量频率曲线见图4-1～4-2。

表4-1区间施工期五年一遇设计面雨量成果表流域项目均值（mm）Cv设计频率面雨量(mm)计算适线区间H2438.70.400.4250.0H3日45.30.460.5060.0图4-1石汶河入河口施工期最大24小时降水量频率曲线图4-2石汶河入河口施工期最大3日降水量频率曲线4.2产、汇流计算设计雨型仍采用《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》中泰沂山南北区1小时设计雨型进行时程分配，降雨径流关系线为4号线，设计前期影响雨量Pa取值为20mm。施工期区间设计洪水推求方法同2.1.4，断面区间施工期设计洪水成果见表4-2；断面区间施工期设计洪水过程见表4-表4-2施工期区间五年一遇洪峰流量成果表断面名称施工期区间最大洪峰流量（m3/s）石汶河入河口33.3表4-3入河口断面以上区间施工期五年一遇设计洪水时段（h）流量（m3/s）时段（h）流量（m3/s）时段（h）流量（m3/s）00.620280.645561.6810.620290.803571.9420.620301.15582.1630.629311.55592.3440.696321.85602.5350.845331.98613.0361.06341.95624.5671.28351.81637.5181.44361.636411.191.52371.436517.0101.51381.266625.