從淮泗河流域水文計算淺談水文分析與計算的新思路

胡建林 楊 飛 仲兵兵 陳宗橋

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司 淮安 223005）

從淮泗河流域水文計算淺談水文分析與計算的新思路

胡建林 楊 飛 仲兵兵 陳宗橋

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司 淮安 223005）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，城市面積不斷擴(kuò)大，改變了流域的下墊面條件，導(dǎo)致流域的產(chǎn)匯流條件發(fā)生顯著變化，進(jìn)而對流域洪水產(chǎn)生一定的影響。由于城區(qū)與農(nóng)區(qū)產(chǎn)匯流條件差異較大，城區(qū)洪水具有產(chǎn)匯流快、洪水過程線歷時短、洪峰流量大等特點，對于流域范圍內(nèi)既有城區(qū)又有農(nóng)區(qū)的河道，傳統(tǒng)的水文分析與計算方法并不適用，目前尚無這類河道水文計算的通用方法。本文以淮泗河水文分析方法為例，探討適用這類河道的水文分析與計算方法。

城市洪水 水文分析 瞬時單位線

1 引言

目前江蘇省內(nèi)農(nóng)區(qū)匯流計算方法主要有實測資料法和暴雨洪水圖集法（以下簡稱圖集法），圖集法推薦了3種匯流計算方法，即推理公式法、瞬時單位線法和總?cè)肓鞑坌罘?；城市匯流計算方法主要有水文學(xué)方法（等流時線法、時段單位線法和瞬時單位線法）、水力學(xué)方法和推理公式法。農(nóng)區(qū)和城區(qū)現(xiàn)有兩種相同的匯流計算方法，即瞬時單位線法和推理公式法。由于推理公式法僅能計算出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下的洪峰流量，無法得到相應(yīng)的設(shè)計洪水過程線，無法將農(nóng)區(qū)與城區(qū)的洪水過程同時序疊加，因此只能采用瞬時單位線法分別推求農(nóng)區(qū)及城區(qū)的設(shè)計洪水過程線并同時序疊加，得到流域的設(shè)計洪水過程線。

2 淮泗河流域水文計算方法

2.1淮泗河流域概況

2.1.1工程概況

淮泗河已列入《江蘇省中小河流專項規(guī)劃（2013—2015）》中進(jìn)行治理，河道治理標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇排澇。

2.1.2流域概況

淮泗河位于宿遷市泗陽縣和淮安市淮陰區(qū)交界處，涉及泗陽眾興鎮(zhèn)、八集鄉(xiāng)、淮陰區(qū)吳集鎮(zhèn)、西宋集等4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，匯水面積157.4km2（淮沭河分洪情況，下同）?；淬艉又饕桥懦絷柨h和淮陰區(qū)境內(nèi)的中運河與六塘河之間澇水，其中包河圩口閘以南17.1km2的區(qū)間匯水通過包河排澇站排入中運河，因此匯入淮泗河下游的流域面積為140.3km2。

2.2設(shè)計暴雨

根據(jù)2005年版《江蘇省暴雨參數(shù)圖集》（以下簡稱《圖集》）計算設(shè)計暴雨。統(tǒng)計各參數(shù)值見表1、2。根據(jù)84年圖集最大三日設(shè)計暴雨雨型分配表，三日內(nèi)最大24h設(shè)計點雨量占三日設(shè)計點雨量的80%，為155.4mm。

表1 設(shè)計點雨量表

表2 設(shè)計面雨量表

2.3農(nóng)區(qū)設(shè)計洪水

2.3.1設(shè)計凈雨及時程分配

凈雨量的計算采用“84”暴雨圖集提供的計算方法，用土壤前期影響雨量Pa作為參數(shù)，建立P+Pa～R的相關(guān)關(guān)系。凈雨時程分配根據(jù)84圖集附表十雨型分配表，凈雨分配見表3。

表3 農(nóng)區(qū)設(shè)計凈雨時程分配表Δ t = 6 h

2.3.2瞬時單位線

根據(jù)“84”暴雨圖集，查得平原區(qū)的綜合成果為：m2＝1/2，可得調(diào)節(jié)次數(shù)n＝2，m1＝2.25F0.38=12.8。查84圖集，得農(nóng)區(qū)的瞬時單位線。

2.3.3推求設(shè)計洪水

根據(jù)設(shè)計凈雨和時段單位線，進(jìn)行推流計算，得出設(shè)計洪水過程線，計算結(jié)果見表4。

表4 農(nóng)區(qū)設(shè)計洪水過程線成果表

2.4城區(qū)設(shè)計洪水

2.4.1設(shè)計凈雨及時程分配

城區(qū)設(shè)計暴雨歷時取24h。三日內(nèi)最大24h雨型分配參照圖集24h雨型及其在三日雨型中的位置綜合確定。最終24h設(shè)計凈雨分配見表5。

表5 城區(qū)設(shè)計凈雨量計算成果表

2.4.2瞬時單位線

瞬時單位線參數(shù)采用圖集中平原區(qū)匯流參數(shù)。m2＝1/2，可得調(diào)節(jié)次數(shù)n＝2；m1＝2.25F0.38=9.3，調(diào)節(jié)系數(shù)K＝m1/n=4.65。

根據(jù)參數(shù)n和t/K，查S曲線表，計算瞬時單位線u（t）見表6。

表6 城區(qū)瞬時單位線成果表

2.4.3推求設(shè)計洪水

根據(jù)設(shè)計凈雨和時段單位線，進(jìn)行推流計算，得出設(shè)計洪水過程線，計算結(jié)果見表7。

2.5洪水過程疊加

根據(jù)以上計算，已推求得到農(nóng)區(qū)及城區(qū)的設(shè)計洪水過程線，因此對這兩條洪水過程線疊加即得到淮泗河流域的設(shè)計洪水過程線。

表7 城區(qū)設(shè)計洪水過程線成果表

2.5.1平頭流量計算

淮泗河流域主要排除泗陽縣和淮陰區(qū)境內(nèi)的中運河與六塘河之間農(nóng)田澇水和泗陽城區(qū)排水。此次農(nóng)區(qū)設(shè)計洪水按24h削峰，削峰系數(shù)α=0.63，城區(qū)不考慮削峰。

2.5.2洪水過程疊加

根據(jù)表4和表7農(nóng)區(qū)及城區(qū)設(shè)計洪水過程，按同時序原則進(jìn)行疊加，得到淮泗河流域的設(shè)計洪水過程線，成果見圖1。

圖1 城區(qū)、農(nóng)區(qū)及疊加后概化洪水過程線成果圖

2.5.3設(shè)計成果

淮泗河流域5年一遇設(shè)計成果見表8。

3 淮泗河流域水文計算方法的合理性分析

主要從水文計算方法及參數(shù)選取方面對計算方法及成果進(jìn)行合理性分析。

由于淮泗河流域范圍內(nèi)缺乏實測流量和暴雨資料，此次水文計算設(shè)計暴雨參數(shù)采用江蘇省暴雨參數(shù)圖集中的地區(qū)綜合暴雨參數(shù)，采用瞬時單位線法推求設(shè)計洪水。

3.1暴雨歷時

由于城區(qū)和農(nóng)區(qū)的產(chǎn)匯流條件差異較大，城區(qū)洪水具有暴雨歷時短、產(chǎn)匯流快、洪峰流量大等特點，根據(jù)對泗陽縣城區(qū)暴雨資料的分析，暴雨歷時一般在24h左右，因此此次城區(qū)設(shè)計暴雨歷時取24h，控制時段取1h和6h；農(nóng)區(qū)設(shè)計暴雨歷時取三日。暴雨歷時的選取體現(xiàn)了不同下墊面地區(qū)產(chǎn)匯流特點的差異。

3.2設(shè)計暴雨及時程分配

農(nóng)區(qū)及城區(qū)的設(shè)計暴雨歷時分別為三日和24h，計算設(shè)計暴雨時，暴雨參數(shù)采用圖集中最大三日暴雨的地區(qū)綜合參數(shù)，并按圖集附表十（平原地區(qū)最大三日設(shè)計暴雨雨型分配表）進(jìn)行農(nóng)區(qū)最大三日暴雨時程分配（時段Δt=6h），并在最大三日暴雨過程中選取最大24h暴雨過程作為城區(qū)的設(shè)計暴雨過程，并結(jié)合最大24h設(shè)計暴雨雨型分配表進(jìn)行最大24h暴雨時程分配（時段Δt=1h）。此次不同歷時的設(shè)計暴雨量及時程分配反映了同一場暴雨在下墊面不同時（農(nóng)區(qū)和城區(qū)）的產(chǎn)流過程，較為合理。

3.3設(shè)計洪水過程線推求

為便于對農(nóng)區(qū)和城區(qū)的設(shè)計洪水進(jìn)行疊加計算，此次均采用瞬時單位線法推求設(shè)計洪水。單位線參數(shù)均根據(jù)流域特征選取，分別計算農(nóng)區(qū)和城區(qū)的洪水過程線。由于缺乏城區(qū)雨洪資料，無法計算城區(qū)瞬時單位線的匯流參數(shù)n和k，此次直接采用圖集中蘇北平原區(qū)的地區(qū)綜合參數(shù)，是否合理尚無依據(jù)，且目前沒有實測資料進(jìn)行檢驗，因此，此次采用瞬時單位線推求城區(qū)設(shè)計洪水的方法存在一定的缺陷。

3.4削峰問題

農(nóng)區(qū)允許短期地表滯水時間24h，此次考慮按24h削峰，城區(qū)對排水要求較高，不允許地表滯水，不考慮削峰，反映了農(nóng)區(qū)和城區(qū)排水標(biāo)準(zhǔn)的不同。

表8 淮泗河節(jié)點設(shè)計流量成果表

4 結(jié)語

綜合上述，對淮泗河流域水文計算方法及參數(shù)選取的分析，此次設(shè)計洪水計算方法能夠較為合理地反映農(nóng)區(qū)及城區(qū)產(chǎn)匯流的特點；計算成果能夠較為合理地反映同一場暴雨在下墊面不同時的匯流過程（相應(yīng)的設(shè)計洪水過程線）。因此，此次水文計算成果較為合理。不足之處在于城區(qū)瞬時單位線匯流參數(shù)直接采用圖集中蘇北平原區(qū)的地區(qū)綜合參數(shù)，是否合理尚無依據(jù)，亦無實測雨洪資料進(jìn)行檢驗■

（專欄編輯：顧 梅）