利用歷史洪水調(diào)查推求設(shè)計(jì)洪峰流量

杜偉

(黑龍江省農(nóng)墾紅興隆管理局水務(wù)局，黑龍江友誼155811)

水文資料是水利工程設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)、最前沿的必備資料，水文賬錯(cuò)了，所有設(shè)計(jì)便無(wú)需再作論證評(píng)審了。因此，作為水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)人員，首先要把水文基本資料以及分析計(jì)算資料做的牢靠，經(jīng)得起歷史推敲。

1 水文計(jì)算的任務(wù)與內(nèi)容

工程水文計(jì)算的任務(wù)主要是分析預(yù)算工程施工及運(yùn)行期在可能發(fā)生的水文特征值，為水工設(shè)計(jì)提供依據(jù)。其主要內(nèi)容有:

1)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的全年和要求時(shí)段的經(jīng)流量的設(shè)計(jì)值及其時(shí)程分配。

2)各種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水的洪峰流量，不同時(shí)段洪量及其洪水過(guò)程線，設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成及分期洪水。

3)設(shè)計(jì)暴雨和可能最大暴雨的各種歷時(shí)降水量及其時(shí)空分布，以及由暴雨推求的相應(yīng)洪水。

4)冰情、水面蒸發(fā)等水文特征值。

5)電站廠區(qū)，壩址原水位流量關(guān)系。

6)各類(lèi)典型區(qū)(山區(qū)、半山區(qū)、平原區(qū)、干旱區(qū)、半干旱區(qū)、濕地等)排水模素的設(shè)計(jì)推求及區(qū)域水文圖集的制定。

本文主要闡述歷史洪水調(diào)查推求設(shè)計(jì)洪峰流量。

2 歷史洪峰流量的計(jì)算方法

計(jì)算歷史洪峰流量應(yīng)根據(jù)洪水痕跡分布、觀測(cè)資料情況及河段水力特性等選用適當(dāng)?shù)姆椒?。由洪痕推估洪峰流量，一般?yīng)通過(guò)兩種以上的方法進(jìn)行計(jì)算。遇河段彎曲或有分流等情況，則應(yīng)選取參證站，通過(guò)對(duì)近期大洪水進(jìn)行計(jì)算，予以比較。

2.1 水位流量關(guān)系曲線延長(zhǎng)法

當(dāng)水文站斷面處調(diào)查有洪水痕跡;或在水文站上、下游不遠(yuǎn)處有洪水痕跡時(shí)，其區(qū)間面積很小，能較可靠地將洪痕移到水文站斷面處，這時(shí)應(yīng)盡量利用水文站實(shí)測(cè)資料，采取延長(zhǎng)水位流量關(guān)系曲線的方法推算歷史洪峰流量。

若河段較均勻整直，斷面較穩(wěn)定，下游不受變動(dòng)回水影響，水位流量關(guān)系呈單一關(guān)系，可根據(jù)具體情況按下述方法處延。

2.2 利用水力學(xué)公式計(jì)算歷史洪峰流量

當(dāng)短、缺實(shí)測(cè)水文資料時(shí)，可利用調(diào)查河段縱橫斷面測(cè)量資料及洪水水面線，求出計(jì)算斷面的水力要素ω洪、x洪、R洪及i洪等，按(1)式計(jì)算，確定調(diào)查洪水位所對(duì)應(yīng)的洪峰流量。

計(jì)算流量的水力學(xué)公式為:

3 利用調(diào)查洪峰流量推求設(shè)計(jì)洪峰流量

3.1 歷史洪水頻率的估定

如上所述，利用調(diào)查洪水痕跡可以推算出相應(yīng)的洪峰流量。而調(diào)查洪水是多少年一遇(即頻率是多少)，可按以下途徑加以評(píng)定。

1)根據(jù)調(diào)查對(duì)象的年齡估計(jì)歷史洪水頻率，如:六、七十歲以上老人所述最大洪水，可認(rèn)為≥50 a一遇(即頻率為2%)。如調(diào)查到1942年洪水是65歲左右的老人們所見(jiàn)最大洪水，雖距今僅32 a，可大致估定為50 a一遇。

2)根據(jù)洪水調(diào)查和歷史文獻(xiàn)檔案材料，分析估定歷史洪水的頻率。這個(gè)方法是常用的基本方法。

①如根據(jù)調(diào)查或在歷史文獻(xiàn)記載的N1年內(nèi)(自己字記載最遠(yuǎn)年份迄今)，能斷定沒(méi)有比調(diào)查洪水更大的歷史洪水，則重現(xiàn)期可作為N1年;②如能斷定在N1年內(nèi)有a次歷史洪水＞調(diào)查洪水，則其重現(xiàn)期為年;③如在N1年內(nèi)有a次歷史洪水與調(diào)查洪水不差上下，而無(wú)法判斷誰(shuí)大誰(shuí)小時(shí)，則其重視期為年。

總之，歷史洪水與實(shí)測(cè)洪水一樣，其地區(qū)分布有一定的規(guī)律性。因此，無(wú)論用什么方法估定調(diào)查洪水的頻率時(shí)，應(yīng)該注意分析全流域的特性。利用上述估定頻率的方法，結(jié)合調(diào)查水情、雨情及鄰近流域歷史洪水情況等進(jìn)行綜合分析，力求較合理地確定調(diào)查洪水的重現(xiàn)期。

3.2 具體方法

3.2.1 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線法

經(jīng)過(guò)調(diào)查考證到a個(gè)歷史大洪水，最遠(yuǎn)的調(diào)查考證年份迄今為N年，除此之外，尚有n項(xiàng)實(shí)測(cè)系列。在N年中已考證清楚，按大小順位后的為首M項(xiàng)大洪水中(包括由實(shí)測(cè)系列中移入的大洪水)并未遺漏＞第M項(xiàng)的洪水時(shí)，則第M項(xiàng)大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率可按下式計(jì)算:

當(dāng)考慮使用歷史洪水資料時(shí)，對(duì)幾項(xiàng)實(shí)測(cè)系列中排位第m項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率，可根據(jù)對(duì)資料情況的判斷，采用下列方式之一進(jìn)行估算:

1)當(dāng)實(shí)測(cè)系列較長(zhǎng)，代表性較好，而對(duì)歷史洪水的精度(定量、排位)又不夠滿意時(shí)，可按歷史洪水與實(shí)測(cè)洪水分別獨(dú)立排位處理，對(duì)n項(xiàng)實(shí)測(cè)系列中第m項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率仍按計(jì)算。

2)當(dāng)實(shí)測(cè)系列代表性較差，而歷史洪水調(diào)查考證精度較高，則實(shí)測(cè)系列可認(rèn)為是N年系列的組成部分，對(duì)n項(xiàng)實(shí)測(cè)系列中第m項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率可按下工計(jì)算:

式中:Pa為N年中排位第a項(xiàng)大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率。當(dāng)N年中最大a次洪水均已查清且無(wú)遺漏時(shí)為由實(shí)測(cè)系列移入特大洪水M序列的項(xiàng)數(shù)。

在N年內(nèi)所調(diào)查到的歷史洪水因可能有遺漏而按大小排位不連續(xù)時(shí)，對(duì)不能排列為N年中有首幾位的大洪水，可另選歷時(shí)短于N年的一個(gè)或多個(gè)，使其也能排列為首幾位。此時(shí)，經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算方法可按上述原則處理。

不連序系列參數(shù)估算式為:

QV·N估算值大多偏小，可稍加大進(jìn)行適線。適線時(shí)，當(dāng)QV·N≤0.5，試用CS·N/QV·N=4;1.0≥QV·N＞0.5，QS·N/QV·N= QV·N＞1.0，QS·N/QV·N=2～3

3.2.2 試算法

在短、缺實(shí)測(cè)洪水資料的情況下，調(diào)查到兩次(或稍多)歷史洪水并能估出其頻率時(shí)，可用試定Cν洪、CS洪值的方法，求出設(shè)計(jì)洪峰流量。

［1］華東水利學(xué)院(現(xiàn)河海大學(xué)).水工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二卷)［M］.北京:水利電力出版社，1987.

［2］天津大學(xué).小型水電站(上冊(cè))［M］.北京:水利電力出版社，1975