中小流域由調(diào)查洪水計算設計洪水的方法淺析

鄭 琨

（陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院 陜西 西安 710018）

本文提出的調(diào)查洪水計算設計洪水，主要適用于流域內(nèi)調(diào)查洪水資料相對豐富的陜北無實測水文資料的中小流域。在傳統(tǒng)的幾種方法計算成果相差較大時，采用本流域調(diào)查洪水計算設計洪水成果是本流域最直接的洪水成果，有利于合理確定設計洪水成果，是對同類計算方法很好的一種補充。

1 問題的提出

現(xiàn)狀陜北地區(qū)中小流域設計洪水計算主要采用地區(qū)水文手冊介紹的經(jīng)驗公式法、推理公式法，以及根據(jù)鄰近水文站頻率分析計算成果比擬的水文比擬法。由于水文手冊資料系列僅到1980年，采用資料系列為豐水期，且榆林市地區(qū)水文手冊未審查，導致計算成果偏大，幾種方法計算成果均不一致，難以確定合理的計算成果。

2 現(xiàn)有方法計算設計洪水

本文以綏德縣義合鎮(zhèn)處防洪工程設計洪水計算為例。義合河流域面積427km2，河道比降為7.1‰，全流域均屬黃土丘陵溝壑區(qū)，義合鎮(zhèn)防洪工程處以上控制流域面積為196km2。義合河流域無水文測站，流域附近水系及水文站布設情況詳見圖1、表1。

表1 義合河流域附近水文站觀測資料系列一覽表

由于設計流域內(nèi)無水文測站，故義合鎮(zhèn)防洪工程處設計洪水采用洪峰流量匯水面積相關(guān)法、綜合參數(shù)法、推理公式法和水文比擬法計算。

2.1 洪峰流量匯水面積相關(guān)法

洪峰流量匯水面積相關(guān)法，計算公式如下：

式中，QN——重現(xiàn)期為N的洪峰流量；

CN、n——重現(xiàn)期為N的地理參數(shù)、指數(shù)；

F——匯水面積，km2。

根據(jù)《榆林地區(qū)實用水文手冊》，選取參數(shù)。計算的設計洪水的參數(shù)及成果見表2。

表2 洪峰流量匯水面積相關(guān)法計算洪峰流量成果表

2.2 綜合參數(shù)法

依據(jù)《榆林地區(qū)實用水文手冊》中綜合參數(shù)法公式計算洪峰流量。計算公式：

式中，QN——設計頻率為N的洪峰流量，m3/s；

表3 綜合參數(shù)法計算洪峰流量成果表

表4 義合鎮(zhèn)段設計流域點雨量成果表 單位：mm

表5 推理公式法設計洪水計算成果表

表6 水文站洪峰流量頻率計算成果表 單位：m3/s

h6——設計頻率為N的設計流域6小時面雨量，mm；

f——流域形狀系數(shù)，f＝F/L2；

C、α、β、n——經(jīng)驗參數(shù)，其中10年一遇C值采用已有值外延求得。

計算設計洪水的參數(shù)及成果見表3。

2.3 推理公式法推求設計洪水

義合鎮(zhèn)工程末端以上流域面積均為100km2～300km2，根據(jù)《榆林地區(qū)實用水文手冊》規(guī)定，設計點暴雨歷時取12小時，時段取1小時。按照《榆林地區(qū)實用水文手冊》中介紹的方法，采用榆林地區(qū)實測暴雨洪水資料分析總結(jié)的產(chǎn)、匯流規(guī)律，分析、確定計算參數(shù)，進行產(chǎn)流、匯流計算，推求工程處的設計洪峰流量。計算成果見表4、表5。

2.4 水文比擬法

義合河與岔巴溝同屬無定河流域，流域的氣候、地形及下墊面情況基本相同，屬相似流域，故以岔巴溝曹坪水文站作為參證站，采用水文比擬法計算義合鎮(zhèn)段防洪工程處設計洪水。根據(jù)曹坪站1959年～2009年共51年洪峰流量系列，按照《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》（SL44—2006）推薦的方法，以年最大值法選樣，曹坪站洪水系列無調(diào)查洪水，按連序系列進行頻率分析。用矩法計算統(tǒng)計參數(shù)作為初試值，采用皮爾遜—Ⅲ型曲線目估適線，在適線時著重考慮曲線中、上部較大洪水點據(jù)。其頻率曲線詳見圖2，統(tǒng)計參數(shù)及不同頻率洪峰流量計算成果見表6。

根據(jù)《榆林地區(qū)實用水文手冊》，工程處設計洪水按下式計算：

式中，Q設——工程處設計洪峰流量；

Q參——水文站設計洪峰流量；

F設——工程處以上控制流域面積；

F參——水文站控制流域面積，曹坪站控制流域面積為187km2。

工程處設計洪峰流量計算結(jié)果如表7。

表7 水文比擬法計算工程處洪峰流量成果表 單位：m3/s

表8為常用的四種方法計算設計洪水成果，從成果中可以看出，幾種方法計算相差較大，推理公式法相較水文比擬法成果偏大近一倍。

3 本流域調(diào)查洪水資料

義合河流域歷史洪水以陜西省水利廳1984年12月整編刊印的《陜西省洪水調(diào)查資料》和《榆林地區(qū)實用水文手冊》為依據(jù)，考慮到以上調(diào)查洪水資料僅到1980年，本次對近期設計河段大洪水進行了調(diào)查，1994年義合鎮(zhèn)段發(fā)生大洪水。由于調(diào)查洪痕點較多，采用水面線推求法計算1994年設計洪水洪峰流量為1850m3/s。義合河流域歷史洪水情況見表9。

表8 義合鎮(zhèn)段設計洪水計算成果對比表 單位：m3/s

表9 義合河流域歷史洪水調(diào)查表

3.1 根據(jù)本流域調(diào)查洪水計算設計洪水

表10 調(diào)查洪水計算均值表

表11 義合河工程處設計洪水頻率計算成果表

圖1 義合河流域及其附近水系及水文站網(wǎng)圖

圖2 岔巴溝曹坪站洪水頻率曲線圖

由表3中可知，將1994年、1914年、1926年三場調(diào)查洪水重現(xiàn)期進行排位，分別擬定為100年、50年、33年，借用臨近曹坪站頻率參數(shù)（Cv=1.2、Cs=3.0Cv），反推三次大洪水均值分別為303m3/s、307m3/s、326m3/s，三種頻率計算求得的洪峰流量均值接近，說明適線效果良好，采用三者平均值作為設計均值，即312m3/s。計算過程見表10。以此均值，結(jié)合上述頻率參數(shù)（Cv=1.2、Cs=3.0Cv），計算設計20年一遇設計洪水洪峰流量為1050m3/s，10年一遇設計洪水洪峰流量為718m3/s。義合河工程處設計洪水計算成果見表10。

3.2 成果對比

采用調(diào)查洪水計算的設計洪水成果較推理公式法偏小，略大于水文比擬法計算成果。由于本流域調(diào)查洪水資料較為齊全，本次采用調(diào)查洪水計算工程處設計洪水，由各已知頻率洪水計算均值，采用臨近的小流域曹坪站參數(shù)計算求得的設計洪水成果合理可靠，是反映了本流域洪水最直接的計算成果，與水文比擬法成果接近。在多種方法計算設計洪水成果相差較大，采用調(diào)查洪水計算成果能夠合理的確定設計洪水成果。

4 總結(jié)

在陜北中小流域無實測資料，收集歷史調(diào)查洪水成果，并對流域近期大洪水進行詳細調(diào)查，計算洪峰流量值。對大洪水進行排序，分析確定其重現(xiàn)期，采用臨近水文站的頻率參數(shù)（Cv、Cs/Cv），計算均值，判斷擬合情況，最終合理確定流域洪峰流量均值，計算所需重現(xiàn)期設計洪水。該種方法能直觀的反映本流域洪水特征，是設計洪水計算方法的很好的一種補充，經(jīng)本次對綏德縣義合鎮(zhèn)的計算可以看出，使用效果良好，可以在中小流域推廣適用。

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