《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》的通知附件1.doc

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

设计洪水成果是影响治理工程规模和投资的重要因素，客观、科学、合理地确定设计洪水成果尤为重要。由于我省众多的中小河流缺乏实测洪水流量系列资料，其设计洪水多采用由暴雨资料间接推求的办法，因该办法中的降雨产流关系是上世纪七十年代初期根据当时的情况拟定的，经过近40年的水利及农业生产等人类活动的影响，下垫面发生了很大变化使产流汇流条件发生了较大变化，采用原产流关系计算的设计洪水成果明显偏大。为了较为客观、科学、合理地确定设计洪水成果，特提出以下指导意见。
一、 依据
1.《水利水电工程设计洪水计算规范》 SL 44－2006；
2.《堤防工程设计规范》 GB 50286－98
3.《山东省大、中型水库防洪安全复核设计洪水计算办法》。
4.河道治理工程设计标准：
1） 《防洪标准》 GB 50201－94
2） 《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL 44－2000
3） 山东省中小河流治理工程一般防洪设计标准为20年
一遇；排涝设计标准为5年一遇；涵洞的排水标准10年一遇；比较重要的河段防洪标准为50年一遇；鲁北地区设计标准为典型年法，采用“61年雨型”防洪，“64年雨型”排涝。
二、适用范围
适用于流域面积200～3000km2的中小河流。
三、基本资料的搜集和整理
1. 应详细说明治理河流所处地理位置、所属水系，流域面积、河道长度、流域形状、支流分布、河网密度；流域内地形、地貌、植被及水土保持等自然地理概况；该河流所处市（县、区）境内流域面积、河道长度；治理河段以上流域面积（其中山丘区、平原区面积各占比重）、河道长度，并注明桩号。
2. 应说明流域内水文气象概况，包括××年～××年多年平均降水量，汛期降水量，降雨量的年内、年际分布特点多年平均年径流量，径流量的年内、年际分布特点；多年平均水面蒸发量；多年平均风速、最大风速及风向等有关水文、气象概述。
3. 应说明流域内暴雨洪水特性及水旱灾害情况，特别是最近几年出现的大暴雨洪水情况，包括雨情、水情、灾情，及造成的经济损失及堤防溃决、分洪、滞洪等基本情况。
4. 应说明流域内水利工程情况，包括流域内水库工程的规模，建设年代、水库总库容、兴利库容、灌溉面积、城市供水等基本情况；现有河道拦河闸（坝）等蓄水工程概况，可列表说明。
5. 应搜集流域内或相邻流域的实测暴雨、洪水资料，如直接入海或受潮水影响的河流，应搜集潮位等基本资料，并复核资料的可靠性；搜集调查历史暴雨、洪水资料并说明可靠程度；应根据流域内、外资料情况，合理确定设计洪水计算方法。
6. 应收集流域内以往规划设计洪水计算成果。
7. 绘制流域水系图，明确流域界线，注明流域内及相邻流域水文站、雨量站及流域内水利工程位置，并标明治理河段位置。
8. 绘制流域面积增长示意图，应明确支流入口桩号和上、下游及支流流域面积，并区分山丘区及平原区面积。
四、控制断面与计算单元的划分
1. 控制断面划分
河道治理工程为一条线，从治理段起点至终点各断面的面积是变化的，设计流量也应随着变化，为了合理反映河道设计流量的变化和工程设计的需要，应将治理河道划分为不同控制断面。如有较大支流汇入，应明确××支流入口以上断面或××支流入口以下断面，可列表说明；如治理河段上游有大、中型水库，应说明在治理河段中的位置，坝址桩号、水库规模、设计指标等水库的基本情况。
2. 计算单元的划分
在划分控制断面的基础上，可根据工程及设计流量计算的需要划分计算单元，如上游有大、中型蓄水工程，和地形、地貌等下垫面条件有变化，应独立划分为一个计算单元，可列表说明。
五、河道设计洪水计算方法
根据《水利水电工程设计洪水计算规范》的要求，设计洪水应采用多种方法进行分析计算。
（一）可直接采用的设计洪水计算方法和成果
对于海河流域设计洪水计算，可根据2008年国务院批准的《海河流域防洪规划》中 “61雨型”防洪、“64年雨型”排涝设计标准，利用徒骇、马颊河、滨海地区排水模数与流域面积的关系计算各河流治理段设计防洪、排涝流量。“61雨型”防洪、“64年雨型”排涝模数见附表1。
同时，应根据流域内实测暴雨资料，计算20年一遇及5年一遇设计洪水，与“61雨型”防洪、“64年雨型”排涝设计流量进行对比分析计算，分析“61雨型”及 “64年雨型”设计流量能达到多少年一遇标准。
（二）由实测流量资料计算设计洪水
1.河道治理工程本流域内上、下游，具有30年以上的实测流量资料的水文站，或有大型水库还原后的入库洪峰流量资料的水库站，可作为设计参证站（或称计算依据站）。应将资料系列延长至2009年，并附参证站实测流量系列。采用数理统计法计算设计参证站不同频率设计流量，根据矩法初估的统计参数均值X与变差系数Cv、Cs，采用P－III型频率曲线进行适线，以理论频率曲线与经验点据拟合较好为佳，并适当照顾上部点据，并附频率曲线图。
如河道治理工程与设计参证站流域面积相差在5%以内，可直接作为河道设计流量采用成果；如流域面积在15%以内（最大不可超过20%），可采用水文比拟法计算河道各断面设计流量，公式为：
Q设=（F设/F参）n×Q参
式中：Q设～治理河段设计流量，m3/s；
F设～治理河段流域面积，km2；
Q参～设计参证站计算流量，m3/s；
F参～设计参证站流域面积，Km2；
n～ 指数，n= 0.5～0.8，一般取n = 0.67。
2. 如本流域无水文站，而相邻流域具有30年以上实测流量资料的水文站，其暴雨洪水特性及下垫面条件与治理河道流域相似，亦可采用数理统计法计算其设计流量，并采用水文比拟法计算治理河道设计流量，面积比值限制条件与1相同。
3.设计洪水的地区组成
计算公式如下：
WA.P = WAB.P＋ WB.相应P
式中：WA.P～设计断面频率P的设计洪量；
WAB.P～与设计断面频率P相同的区间面积上的设计洪量；
WB.相应P～设计断面上游水库工程相应频率P的设计洪量。
在上游有大、中型水库的情况下，下游治理河段设计洪水计算办法如下：
（1）首先计算下游河道治理断面A以上全流域20年一遇设计洪水及设计断面A～水库区间AB的20年一遇设计洪水；
（2）计算上游水库B的20年一遇相应设计洪水；
（3）统计水库建成后近20年来的汛中（8月15日）水库水位，如水库水位低于死水位，按死水位计；如水库溢洪，按兴利水位计。并计算水库多年平均汛中水位及相应汛中库容。
（4）水库调洪计算：水库20年一遇相应设计洪水入库后，由水库多年平均汛中水位开始蓄水，当水位蓄至兴利水位时，开闸溢洪，并按水库20一遇安全泄量控泄；当水库水位超过20年一遇防洪高水位时，水库敞泄；可求得水库20一遇泄洪过程线。如水库无闸门控制，当水位达到堰顶高程时，水库自动溢洪。
（5）将水库20一遇相应洪水泄洪过程线错时段与下游河道20年一遇设计洪水过程线叠加，即可求得治理河段20年一遇设计流洪水过程线及设计流量。
（三）由实测暴雨资料间接计算设计洪水
1．设计雨期
对于中小河流，设计雨期一般取24小时即可满足设计要求，但对于湖西、鲁北等平原区设计雨期应选用3天或72小时。
2. 设计面雨量计算
1）直接面雨量法
根据流域内及相邻流域分布较均匀的多处具有30年以上的实测暴雨过程系列，采用算数平均法或加权平均法计算逐年的面雨量过程系列，按照设计暴雨时段（最大24小时、72小时），采用固定时段滑动法选取逐年的设计时段的面暴雨量，组成面雨量系列；采用数理统计法计算设计面雨量，根据矩法初估的统计参数均值X与变差系数Cv，一般取Cs = 3.5Cv，采用P－III型频率曲线适线，以理论频率曲线与经验点据拟合较好为佳，并适当照顾上部点据，并附频率曲线图。
2）间接面雨量法
根据流域内单个雨量站实测年最大24小时暴雨资料，采用数理统计法计算设计点雨量，设计面雨量采用点面系数法计算，点面关系见附表2。
3.设计暴雨的日程、时程分配
根据山东省各区域的实际情况，设计暴雨的日程、时程分配划分为胶东地区、泰沂山南区、泰沂山北区、平原地区，分别见附表3－1、3－2、3－3、3－4。
4.净雨计算
采用超渗产流原理进行净雨计算，表现形式为P＋Pa～R降雨径流关系。
1）根据全省各区域的实际情况，共有P＋Pa～R降雨径流关系16条线供查算，见附表4。
不同地区采用的降雨径流关系线号如下：
（1）胶东地区：
面积≤300km2时，查降雨径流关系2号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系4号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系13号线（设计Pa=50mm）。
（2）胶莱河谷区：
南部山区：面积≤300km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系8号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系10号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系14号线（设计Pa=50mm）。
北部山区：面积≤300km2时，查降雨径流关系7号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系9号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系11号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系14号线（设计Pa=50mm）。
（3）泰沂山北区
一般地区：面积≤300km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系8号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系10号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系14号线（设计Pa=50mm）。
张店以西地区：面积≤300km2时，查降雨径流关系8号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系10号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系12号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系14号线（设计Pa=50mm）。
（4）泰沂山南区
一般地区：面积≤300km2时，查降雨径流关系1号线（设计Pa=40mm面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系3号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系5号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系10号线（设计Pa=50mm）。
郯苍地区：面积≤300km2时，查降雨径流关系4号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系5号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系10号线（设计Pa=50mm）。
（5）大汶河流域
津浦铁路以东地区：面积≤300km2时，查降雨径流关系4号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系8号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系13号线（设计Pa=50mm）。
津浦铁路以西地区：面积≤300km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系8号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系10号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系13号线（设计Pa=50mm）。
（6）南四湖湖东地区
面积≤300km2时，查降雨径流关系4号线（设计Pa=40mm）；面积在300km2～1000km2时，查降雨径流关系6号线（设计Pa=45mm）；面积≥1000km2时，查降雨径流关系8号线（设计Pa=45mm）；平原区查降雨径流关系12号线（设计Pa=50mm）。
（7）南四湖湖西平原地区
万福河以南地区：查降雨径流关系12号线（设计Pa=50mm）。
万福河以北地区：查降雨径流关系14号线（设计Pa=50mm）。
（8）鲁北平原地区
徒骇河流域：查降雨径流关系15号线（设计Pa=50mm）。
马颊河流域：查降雨径流关系16号线（设计Pa=50mm）。
（9）山丘、平原混合区净雨量计算
当平原区面积大于总面积的20%时，采用下式计算山丘、平原混合区净雨量R混合：
R混合= R山－K（R山－R平）
式中：R山～由所在地区山区的降雨径流关系线号查算；
R平～由所在地区平原区的降雨径流关系线号查算； K～系数，由表1查算。
表1 系数K值查算表
平原占全面积（%）
20
30
40
50
60
70
80
90
100
系数K
0.06
0.12
0.20
0.30
0.41
0.53
0.68
0.83
1.00
2）经过近40年的水利及农业生产等人类活动的影响，下垫面发生了很大变化，使产流汇流条件发生了较大变化，经分析论证，可降低1-2个线号查算。
3）如本流域或相邻流域有水文站，其暴雨洪水特性及下垫面条件与治理河道流域相似，可根据该水文站实测暴雨洪水资料分析P＋Pa～R降雨径流关系，并与应采用的降雨径流关系对比，经论证其合理性后，可取实测降雨径流关系外包线作为P＋Pa～R采用成果。
5. 汇流计算
全省除南四湖湖西、邳苍郯新、鲁北地区采用对口排水模数公式计算外，其他地区均可采用瞬时单位线综合公式计算。
1） 对口排水模数公式
（1） 南四湖湖西排水模数公式：
M日平均= 0.031R3F-0.25
或 Q日平均= 0.031 R3F0.75
（2）邳苍郯新排水模数公式：
M瞬时 = 0.046R3F-0.25
或 Q瞬时= 0.046 R3F0.75
M日平均= 0.033R3F-0.25
或 Q日平均= 0.033 R3F0.75
（3）鲁北地区排水模数公式：
M日平均= 0.0172R3F-0.25
或 Q日平均= 0.0172 R3F0.75
上述公式中：
M瞬时～瞬时排水模数，m3/s.km2；
Q瞬时～瞬时排水流量，m3/s；
M日平均～日平均排水模数，m3/s.km2；
Q日平均～日平均排水流量，m3/s；
R3～3日设计面雨量产生的净雨量，由降雨径流关系查算。
2）瞬时单位线综合公式
（1）一般山丘区及山丘、平原混合区：
M1 = 0.196 F0.33J－0.27R－0.20tC0.17
M2 = 0.34 M1－0.12
式中：M1 、M2～ 瞬时单位线参数；
F ～ 流域面积，Km2；
J ～ 河道干流比降，（m/m）；
R ～ 净雨量，mm ；
Tc ～ 净雨历时 h；
0.196～为一般山丘区瞬时单位线系数；其他地区见表2。
表2 其他地区瞬时单位线系数表
地区
入黄河
山丘区
一般山丘平原混合区平原占全面积
（%）
入黄山丘平原混合区平原占全面积
（%）
≤70
60
50
40
30
20
≤70
60
50
40
30
20
系数
0.24
0.27
0.258
0.246
0.233
0.221
0.208
0.27
0.265
0.26
0.255
0.25
0.245
（2）平原区
① 小清河及鲁北平原区：
M1 = 1.34 F 0.463
② 鲁南及南四湖湖东平原区：
M1 = 0.59 F 0.52
山东省其他平原区亦可用本公式计算；一般平原山丘混合区、如为黄河平原山丘混合区，公式中系数改为表3中数值。
表3 平原山丘混合区系数表
平原占全面积
（%）
70
80
90
系 数
0.50
0.53
0.56
平原区M2相同，均为：
M2 = 0.59 M1－0.14
③ 对于平原区，设计洪水过程线亦可根据暴雨洪水特性及下垫面条件与治理河道流域相似的、本流域及相邻流域的水文站的实测典型洪水过程线，采用同倍比放大法计算设计洪水过程线及设计流量。
6. 设计洪水的地区组成
当治理河段上游有大、中型水库时，设计洪水地区组成
的计算方法与由实测流量资料计算设计洪水部分相同。
7. 设计洪水计算成果的合理性论证及设计流量的确定
根据《水利水电工程设计洪水计算规范》的要求，应在对水文计算资料系列进行可靠性、一致性和代表性分析论证的基础上，对采用的多种途径计算的设计洪水成果进行综合分析，并与相邻流域的设计洪水计算成果进行对比分析，经充分论证后，合理确定设计洪水采用成果。
六、施工期设计洪水计算方法
（一）施工导流期的确定
施工导流期应选择在非汛期，根据需要导流施工的工程量的大小和施工设计安排，合理确定导流期的时间。
（二）施工期设计洪水标准
施工导流期设计洪水标准一般为5年一遇。
（三）施工导流期设计洪水计算方法。
施工导流期设计洪水计算一般采用实测流量法直接计算或由暴雨资料间接计算。直接流量法计算内容同设计洪水计算部分；由暴雨资料推求设计洪水计算方法中设计暴雨计算、点面关系、设计暴雨的日程、时程分配、产流及汇流计算都与设计洪水计算部分相同，但无论采用哪种方法计算，都应明确和注意以下几个问题：
1．应明确采用的水文站或雨量站名称、系列起讫年份，并附流量或雨量系列。
2．无论采用何种办法计算，都应该在施工期内选样，跨期选样不宜超过5－10天，跨期选样计算的施工期设计洪水不宜跨期使用。
3．由数理统计法计算，应明确适线原则，给出统计参数，附频率曲线图及设计成果。
4．由暴雨资料间接计算设计洪水时，净雨计算中应注意设计Pa采用值应取20～25mm；或根据实测雨量资料计算，但计算时间不宜小于15天，应明确前期影响系数K及最大初损Imax值。
5．如治理河段上游有大、中型水库时，计算过程中应扣除其流域面积；如在大、中型水库与设计河段区间有小（1）型水库时也应扣除其流域面积。
七、涵闸排水流量计算方法
涵洞排水流量采用由暴雨资料计算，应计算出设计点雨量，查涵闸所在地区的降雨径流关系，求出设计雨期24小时或72小时的净雨量，乘涵洞的排水面积可得出需排水总水量，再除以排水时间得出排水流量。排水时间的确定应根据涵洞排水范围内对象的重要性，综合分析，合理确定。一般情况，24小时降雨排水时间取6～12小时； 72小时降雨排水时间取18～36小时。

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