牤牛河设计洪水计算书1 概述牤牛河发源于东营燕子沟，在大屯乡大屯村汇入兴洲河，流域面积344.76km2，河流长度33.5km。

窟窿山水库坝址在滦平县城南7.5km处的安匠屯乡铧子炉村，水库以上控制面积142.2km2，占全河流域面积的41.2%，窟窿山水库大坝以上主河道长22km，河道平均坡降20.3‰。

因坡陡流急、汛期洪水迅猛而得名“牤牛河”。

牤牛河由南至北纵贯滦平县城，是滦平县城区主要行洪河道。

线路于大屯乡营房村南侧约400m处跨越牤牛河，位于牤牛河入汇兴洲河河口上游约700m，根据《河北省滦平县牤牛河县城下游段河道综合治理工程设计变更报告》，河北省滦平县牤牛河县城下游段河道综合治理工程终止点为国道112公路桥，该桥所处位置位于线路跨越牤牛河断面下游约500m,该段河道治理在原有河堤基础上修建防洪堤和平整河道，迎水面采用浆砌石仰斜式挡土墙，迎水坡边坡1：0.25，背水坡边坡1：0.15，顶宽1.1m，高5m，底宽1.85m；外边坡1：2。

防洪堤内填筑砂砾石，采用浆砌石护岸。

该段河道治理后，防洪标准为10年一遇。

2 设计洪峰流量2.1设计暴雨根据《承德地区水文实用图集》，由“河北省承德地区年最大24小时降雨量多年平均值等值线图”和“河北省承德地区年最大3日降雨量多年平均值等值线图”，断面以上流域年最大24小时降雨量多年平均值位于70mm与80mm等值线之间，年最大3日降雨量多年平均值位于80mm与85mm等值线之间，由此可见该流域的暴雨集中在1日，采用1日设计暴雨进行洪水计算符合该地区暴雨洪水特点。

根据年最大24小时降雨量多年平均值等值线查得牤牛河流域最大24小时降雨量平均值为：H1=75（mm）由“河北省承德地区年最大24小时降雨量变差系数（Cv）等值线图”查得：C v1=0.40，24小时Cv值的折算系数为1.11。

C v1 = C v1×1.11=0.44；C s1/C v1 = 3.5；由“P-Ⅲ型曲线Kp值表(Cv=3.5)”查得最大24小时降雨量Kp值：P = 1﹪，Kp = 2.48；P = 2﹪，Kp = 2.21；P = 3.33﹪，Kp = 2.02；P = 20﹪, Kp = 1.301；牤牛河流域各频率24小时设计暴雨量为：P = 1﹪，H1% = 80×2.48 = 198.4（mm）；P = 2﹪，H3.33% = 80×2.21 = 176.8（mm）；P = 3.33﹪，H3.33% = 80×2.02 = 161.6（mm）；P = 20﹪，H20% = 80×1.301 = 104.1（mm）；牤牛河流域位于燕山迎风区，计算区间流域面积202km2，查“各区不同历时点面折减系数表”，最大24小时点面折减系数为0.92：点面折算后，流域设计面暴雨量H为：2.2河道长度/流域面积根据《河北省滦平县牤牛河县城下游段河道综合治理工程设计变更报告》，自窟窿山水库至国道112公路桥区间流域面积为202km2。

根据1:50000地形图量算，主河道长度为14.306km，按等高线量算流域主河道比降，区间流域图见图2.2-1，比降量算表见2.2-1。

图2.2-1 窟窿山水库至线路跨越断面区间流域图表2.2-1 窟窿山水库至牤牛河区间流域主河道比降量算表序号间距（m）高程（m）1 811.7 4402 1110.4 4503 1351.2 4604 882.3 4705 1587.8 4806 993.4 4907 1507.8 5002.3区间设计洪峰流量分别采用《承德水文图集》中的合理化公式法和水利部科研院法计算线路跨越水文断面100年一遇、50年一遇、30年一遇和5年一遇的设计洪峰流量。

2.3.1 合理公式法根据《承德水文手册》，计算洪峰流量的合理公式如下：Q1%=0.278(i-μ)F（1）i= Sp /τn （2）v=0.278L/τ（3）上式中：Q1%——百年一遇设计洪峰流量（m3/s）；0.278——单位换标系数；i——暴雨强度（mm/h）；μ——产流历时内平均入渗率（mm/h）；F——流域面积（km2）；Sp——雨力（mm/h）；τ——汇流时间（h）；n——暴雨递减指数；L——河流长度（km）；v——汇流速度（m/s）全流域的河道坡度为：J = 9.599‰。

牤牛河流域属兴洲河的一级支流，由“河北省承德地区汇流参数分区图”可知，该流域属于Ⅲ区，查询“洪峰流量推理公式分区参数表”得：H=1.412，B=0.52，x=0.0036，y=1.88；查“河北省承德地区短历时暴雨递减指数等值线图”100年一遇暴雨衰减指数n1=0.65×1.03=0.67，n2=0.75，n3=0.65×1.06＝0.69；τ=H（L/J0.5）B = 1.412×（14.306/9.5990.5）0.52 = 3.13（h）；100年一遇设计洪水计算如下：Sp=H24P/241-n=182.5/241-0.69= 68.1（mm/h）；i= Sp /τn=68.1/3.130.69=31.0（mm/h）；μ=xSp y=0.0036×68.11.88=10.1（mm/h）；Q1%=0.278(i-μ)F=0.278×（31.0-10.1）×202=1174（m3/s）；查《承德水文图集》“设计洪峰流量换算系数表”，潮河流域设计洪峰流量换算系数及各频率洪峰流量见表2.3-1（30年一遇通过Cv、Cs/Cv查P-Ⅲ型曲线Kp值表，采用比值计算）。

表2.3-1牤牛河设计洪水计算成果表2.3.2 水科院采用EHP软件中的水科院法计算区间设计洪水，由于流域内主要为山丘区，地面植被为零星杂草及低矮的树木，山区土层薄，多处岩石出露，土质多为黄土，汇流参数取m=1.2；损失系数取μ＝10.1mm/h，水科院法计算过程如附录1所示，计算结果如表2.3-2。

表2.3-2 牤牛河水科院法计算成果2.3.3 区间设计洪水成果分析将合理化公式法与水科院法计算结果进行比较，水科院法各频率设计洪峰流量均明显高于合理化公式法，。

合理化公式法中的参数取值均来自《承德水文图集》，能很好体现牤牛河流域特征，符合该流域洪水特点，合理化公式法计算成果相比于水科院法更为合理、可靠，因此选用合理化公式法计算成果，100年一遇、30年一遇和5年一遇洪水位设计洪峰流量分别为1134m3/s、839m3/s、420 m3/s。

2.4 窟窿山水库洪水分析计算线路跨越牤牛河断面位于窟窿山水库下游14km处，所布设的水文断面来水为水库下泄洪水与区间洪水的叠加组合。

2.4.1 窟窿山水库概况窟窿山水库于1958年3月开工兴建，位于滦平县城以南7.5km 处的铧子炉村，控制流域面积142.2km2，总库容1430万立方米，调洪库容898万立方米，是一座以防洪为主结合供水的中型水利工程。

水库设计标准为100年一遇，校核标准为1000年一遇。

窟窿山中型水库于2005年完成了除险加固。

窟窿山水库历史最大入库流量为948 m3/s，历史最大出库流量为334 m3/s，发生于1976年7月23日。

2.4.2 水库入库设计洪水根据《河北省滦平县牤牛河县城下游段河道综合治理工程设计变更报告》中已有成果，不同重现期设计洪水过程线见表2.4-1。

表2.4-1 窟窿山水库不同重现期设计洪水过程线成果表窟窿山水库100年一遇入库洪峰流量为1110m3/s，根据各频率入库洪峰流量点绘P-Ⅲ频率曲线，通过频率曲线查得30年一遇入库洪峰流量为771m3/s，5年一遇入库洪峰流量为326m3/s，详细计算过程见附录2。

100年一遇洪水过程线按洪峰流量同倍比法对50年一遇洪水过程线进行缩放，缩放系数为1110/850=1.31；30年一遇洪水过程线按洪峰流量同倍比法对20年一遇洪水过程线进行缩放，缩放系数为771/660=1.17；5年一遇洪水过程线按洪峰流量同倍比法对10年一遇洪水过程线进行缩放，缩放系数为326/480=0.68。

各频率设计洪水过程线见表2.4-2。

表2.4-2 窟窿山水库各频率入库洪水过程线2.4.3 水库下泄洪水（本节所采用的高程系统为1956黄海高程）窟窿山水库调度运用方式为：主汛限水位采用566.36m，后汛限水位567.36m，水位超过566.36m时由溢洪道泄洪，20年一遇洪水限泄300m3/s，10年一遇洪水限泄294 m3/s。

窟窿山水库水位～容积～泄量关系见表2.4-3。

表2.4-3 窟窿山水库水位～容积～泄量关系水库已有的调蓄成果见表2.4-4。

2.4-4 窟窿山水库不同重现期调洪成果表本次计算需对水库100年一遇、30年一遇、5年一遇下泄洪水进行计算，因此在已有的窟窿山水库水位～容积～泄量关系的基础上对各频率洪水进行调洪演算，以推求各频率下泄洪水，水库起调水位为566.36m。

经调洪演算，窟窿山水库100年一遇下泄洪水为915m3/s，30年一遇下泄洪水为497m3/s，5年一遇下泄洪水为174m3/s。

各频率调洪演算过程详见附录3。

2.5 考虑水库调蓄后线路跨越断面设计洪水线路跨越断面洪水来源为水库下泄洪水与区间洪水的组合，参考《河北省滦平县牤牛河县城下游段河道综合治理工程设计变更报告》，水库下泄洪水与区间洪水错峰叠加，错峰时间间隔为1h，考虑到水库大坝距离线路跨越断面约14km，而区间洪水来源为短历时高强度的局部暴雨的山区洪水，且洪水特点为暴涨暴落，因此断面洪水组合以区间洪水为主，水库下泄洪水为辅，即叠加计算时水库下泄洪峰比区间洪峰晚1h出现。

洪水错峰叠加计算见表2.4-5。

表2-7 线路跨越断面设计洪水成果表3 设计洪水位（1）水文断面为推求线路跨越牤牛河处100年一遇、30年一遇设计洪水位，在穿越附近布设垂直于河道的水文断面。

实测河道横断面高程～间距见表3-1。

表3-1跨越断面河道高程～间距表根据向滦平县水务局收资了解，线路跨越河段规划修建河堤和清理河道，在原有河堤的基础上加高加固河堤，河堤高度为5m，迎水面采用浆砌石仰斜式挡土墙，迎水坡边坡1：0.25，背水坡边坡1：0.15，顶宽1.1m，高5m，底宽1.85m；外边坡1：2。

防洪堤内填筑砂砾石，其相对密度不小于0.65。

浆砌石护岸采用M10水泥砂浆砌筑并勾平缝，每10m设一道伸缩缝，采用2cm厚闭孔泡沫板填缝。

在距河底底部0.3m处设PVC排水孔，排水孔间距3m，孔径10cm。

排水孔在墙内侧端口采用土工布包裹砂砾料封堵。

（2）河段比降根据现场实测资料，利用EHP软件计算河段比降为1.38‰，从结果来看，实测比降成果偏小，主要原因是冬季水面结冰导致水流流动不明显。