大連地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水過程線誤差分析

劉 景，欒俊亮，劉心玲，伏世紅

（1.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 大連116024；2.吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130021）

由于流域內(nèi)下了暴雨或者冰雪，大量徑流很快匯入河中，形成洪水，會(huì)對河道中水工建筑物產(chǎn)生一定的破壞，因此必須選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)即設(shè)計(jì)洪水作為設(shè)計(jì)水工建筑物的依據(jù)。在流域較大的情況下，可以通過水文測站測得的流量數(shù)據(jù)推算相應(yīng)的洪水過程，而對于小流域常因流量資料不足，必須通過暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。以推理公式為基礎(chǔ)的遼寧概化法，在建立洪水要素與有關(guān)因素間的關(guān)系時(shí)，除了應(yīng)用成因推理法外，還對某些因素的變化規(guī)律采用了經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的成果，率先采用流域匯流歷時(shí)與河長比降的經(jīng)驗(yàn)公式，以推求設(shè)計(jì)洪峰及流量，再配以分段概化過程線，形成設(shè)計(jì)洪水。大連市在進(jìn)行小型水庫無資料地區(qū)防洪能力復(fù)核時(shí)，應(yīng)用此法推求主峰過程線形狀系數(shù)γ，當(dāng)γ在0.05以下時(shí)洪水過程線接近三角形，采用三角形洪水過程線。本文以大連地區(qū)3座小型水庫為例研究γ大于0.05時(shí)概化過程線法與三角形過程線法計(jì)算出來的最大流量的誤差。

1 遼寧概化法理論基礎(chǔ)

1.1 匯流時(shí)間計(jì)算

式中：τ——匯流時(shí)間，h；L——河道長度，m；J—河道平均坡度，%；x，y——地區(qū)參數(shù)。

1.2 設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算

式中：KF為點(diǎn)線面折減系數(shù)；Kp為皮爾遜Ⅲ型曲線的模比系數(shù)；表示3 d，24 h，6 h，1 h和10 min等各個(gè)時(shí)間段的設(shè)計(jì)面雨量，i分別表示為三，24，6，1，10。

1.3 暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式

1）當(dāng)匯流時(shí)間τ＜1時(shí)：

2）當(dāng)匯流時(shí)間τ＞1時(shí)：

式中：nop，n1p和n2p為衰減系數(shù)，分別根據(jù)P10p面/P1p面，P1p面/P6p面、P6p面/P24p面查表得；ip為暴雨強(qiáng)度。

1.4 洪峰流量、洪量和形狀系數(shù)計(jì)算

式中：Qp為洪峰流量；W三p和W24p各分別為3 d和24 h的洪量；γ為形狀系數(shù)。

2 實(shí)例分析

東方紅水庫、盛臺堡水庫和嵐崮水庫都地處大連瓦房店市，地理位置比較接近，暴雨均值也基本一致，且形狀系數(shù)γ都大于0.05，以3座小型水庫的防洪安全復(fù)核中的洪水計(jì)算為例，對概化過程線法與三角形過程線法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。3座水庫的所在流域的流域面積、河長、比降等特性如表1所示。

表1 水庫特性表

根據(jù)上文計(jì)算方法，3座水庫的20年一遇、30年一遇、100年一遇、200年一遇、300年一遇和500年一遇等各防洪標(biāo)準(zhǔn)情況下設(shè)計(jì)暴雨洪水洪水計(jì)算成果如表2。

表2 設(shè)計(jì)暴雨洪水成果表

當(dāng)γ＞0.05時(shí)采用前鋒為三角形、后峰為以作參數(shù)、總歷時(shí)72 h的雙峰型概化過程線，各種頻率的后峰過程線有相應(yīng)的對應(yīng)的t～Qt/Qp表乘以Qp即得。

遼東各區(qū)的前峰概化為漲水9 h，落水12 h的三角形，且前峰落水落在后面主峰的起點(diǎn)Q21上。

當(dāng)W（三-24）P＞2.16Q21時(shí)，前峰最大流量為

當(dāng)W（三-24）P≤2.16Q21時(shí)，前峰是一個(gè)最大流量為Q21底寬為t的垂直三角形而三角形過程線法把過程線簡化為W調(diào)p為洪水總量，洪水歷時(shí)為T的三角形。

分別用兩種方法對3座水庫進(jìn)行了計(jì)算，概化過程線法和三角形過程線法兩種方法得出的最大泄量計(jì)算成果如表3。

表3 東方紅最大流量計(jì)算成果表 m3/s

3 結(jié) 論

為了清晰直觀地觀察不同形狀系數(shù)情況下兩種方法的誤差，把3座水庫的三角形過程線法對于概化過程線法計(jì)算出來的最大流量誤差放在同一幅圖里進(jìn)行比較，如圖1所示。

圖1 誤差分析圖

從圖1可以看出：1）對于同一個(gè)水庫，各項(xiàng)特征值都一樣的情況下，隨著形狀系數(shù)的增大，三角形過程線法對于概化過程線法的最大流量計(jì)算誤差呈增大趨勢。2）對于個(gè)別水庫，形狀系數(shù)在大于0.05的小范圍內(nèi)，誤差非常小，可以用三角形過程線法代替概化過程線法。3）由于形狀系數(shù)反應(yīng)的是洪水過程線的形狀特征，因此對于不同的水庫，形狀系數(shù)的大小對于計(jì)算結(jié)果無法比較的。

［1］魏永霞，王麗學(xué).工程水文學(xué)［M］.北京：中國水利水電出版社，2005：174—198.

［2］遼寧省水文水資源勘測局.遼寧省中小流域（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法［M］.1998：59—91.

［3］張家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計(jì)算［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［4］周全，侯建國.小流域水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與調(diào)洪演算［J］.中國農(nóng)村水利水電，2014（5）.