永嘉縣五尺溪小流域設(shè)計暴雨的計算

金棋武，楊漢錫，吳曉翔，金錦強

(1.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，浙江 杭州　310012；2.溫州永嘉縣水利局，

浙江 永嘉　325117；3.溫州市甌飛開發(fā)建設(shè)投資集團有限公司，浙江 溫州　325000)

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永嘉縣五尺溪小流域設(shè)計暴雨的計算

金棋武1，楊漢錫2，吳曉翔1，金錦強3

(1.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，浙江 杭州310012；2.溫州永嘉縣水利局，

浙江 永嘉325117；3.溫州市甌飛開發(fā)建設(shè)投資集團有限公司，浙江 溫州325000)

摘要：結(jié)合永嘉縣五尺溪小流域降雨徑流洪水特征，分別采用石柱站實測暴雨資料排頻配線和《浙江省短歷時暴雨》圖集查算得到設(shè)計暴雨成果.成果表明頻率適線法設(shè)計暴雨成果比查圖法較大，分析了成果差異的原因，又通過對龍溪水庫設(shè)計暴雨成果與五尺溪本次規(guī)劃設(shè)計暴雨成果比較表明，二者均較為接近，從而在小流域規(guī)劃設(shè)計推薦使用查暴雨圖集算得的暴雨成果.

關(guān)鍵詞：五尺溪；小流域；設(shè)計暴雨

0引言

永嘉縣小流域暴雨洪水由于短歷時、區(qū)域性明顯、突發(fā)性的特點，常常導(dǎo)致山洪暴發(fā)和誘發(fā)加重地質(zhì)災(zāi)害，是山洪災(zāi)害防避方案編制的重點.洪水暴發(fā)計算是方案編制的基礎(chǔ)，小流域設(shè)計暴雨計算方法主要有經(jīng)驗公式法、推理公式法、瞬時單位線法等，各種方法有其特點[1-8].

五尺溪小流域位于永嘉縣巖頭鎮(zhèn)中部，是楠溪江中游右岸的一條支流，沿途流經(jīng)碎坑、石匣、麻家溪、張公平、嶺里、嶺外、水東、水西、五上、五下、嶺根、南垟、協(xié)岙、塆里、巖頭等村鎮(zhèn)后匯入楠溪江.流域內(nèi)地勢西高東低，呈帶狀分布，沿溪有梯田和谷地，近巖頭鎮(zhèn)兩岸有分散小片平原，流域內(nèi)森林植被覆蓋良好，五尺溪小流域包括巖頭鎮(zhèn)、五尺辦事處、表山辦事處，圖1為五尺溪小流域楠溪江交匯位置圖.五尺溪小流域面積較大，流域溪床高且窄，泄洪能力不足；加上上游河道山高坡陡，河道比降大，一旦遭遇大暴雨時，洪水洶涌而下，形成較大洪峰，使洪水位猛漲，流域出口與楠溪江交匯，出口段洪水位直接受楠溪江洪水位控制，上游河道坡陡流急下游河道受楠溪江洪水倒灌影響是頻發(fā)洪災(zāi)的地理環(huán)境因素.

五尺溪流域除近些年來新建的龍湖灘段河道整治、五尺段河道整治有合乎標(biāo)準(zhǔn)的防洪堤外，其余村莊雖然修建了一些水利防洪設(shè)施，但大部分工程由于建造時間早，標(biāo)準(zhǔn)較低，質(zhì)量不高，加上資金不足，管理維護跟不上，防洪堤根本經(jīng)不起洪水沖擊，局部地段堤防殘缺不全，直接威脅兩岸農(nóng)田和村莊的安全.

為有效降低小流域在山洪災(zāi)害發(fā)生條件下人員傷亡和財產(chǎn)損失的風(fēng)險,以山洪災(zāi)害防避為重點，以防避方案編制為主要手段，進行五尺溪小流域防洪避洪規(guī)劃非常必要.水文計算是規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)，本文即是對五尺溪流域的水文計算進行的分析比較研究.

1降雨徑流洪水特征

1.1水文測站分布

設(shè)計流域內(nèi)無水文測站，相鄰流域設(shè)有石柱水文站，該站于1956年設(shè)立，觀測資料經(jīng)統(tǒng)一整編、校對，精度可靠.各測站情況(見表1).

圖1　五尺溪小流域楠溪江交匯位置圖

測站水系河名觀測地點設(shè)立年份/年觀測項目備注石柱甌江大楠溪沙頭鎮(zhèn)石柱村1956降雨量、水位、泥沙渡頭甌江大楠溪巖頭鎮(zhèn)降雨量嶺外甌江五尺溪五尺辦事處降雨量嶺外

1.2降雨徑流洪水特征

五尺溪小流域全年季節(jié)變化明顯，流域降水量年際變化大，多年平均降雨量1 786 mm，降水較為充沛.流域內(nèi)徑流以降水補給為主，徑流年際變化較大，汛期(4～9月)徑流占全年的徑流比例較大.

本流域的山洪成因主要由氣旋雨、峰面雨以及臺風(fēng)雨的暴雨形成，所以洪水在量級上較大.由于五尺溪小流域兩岸的坡度較大，匯流時間短，致使洪水陡漲陡落，洪水過程大多是單峰，屬高峰尖瘦型.整個洪水過程的持續(xù)時間一般為1～3 d，其主要特點：一是季節(jié)性強.永嘉縣的汛期在4～9月，其中梅汛期集中在4～6月，臺汛期集中在7～9月，這段時期是五尺溪流域的暴雨洪水災(zāi)害的多發(fā)期.二是突發(fā)性強，來勢兇，成災(zāi)快.五尺溪小流域山丘地區(qū)山高坡陡，溪流密集，洪水匯流時間短，其河流特征為典型的山溪性河流，河水暴漲暴落，豐枯懸殊大，一旦遭遇短歷時暴雨，極易暴發(fā)洪水.三是破壞性強，危害重.山丘地區(qū)暴雨洪水災(zāi)害常常瞬間成災(zāi)，造成耕地受淹、民房倒塌、人員傷亡等.

2設(shè)計暴雨

2.1實測資料暴雨分析

五尺溪小流域內(nèi)無水文、雨量測站，附近有石柱水文站，距離小流域中心約14 km.石柱站位于楠溪江干流上，設(shè)立于1956年，集雨面積1 273 km2，觀測項目有降雨、流量和水位等，設(shè)計流域降雨分析以石柱站作為代表站.

設(shè)計流域設(shè)計暴雨采用石柱站實測暴雨資料，統(tǒng)計方法為全年最大三日、年最大一日降雨，通過排頻配線，得到設(shè)計暴雨成果(見表2).年最大24 h雨量為年最大一日的1.13倍來計算得到.

表2　五尺溪小流域?qū)崪y資料分析暴雨成果表　單位：mm

2.2設(shè)計暴雨設(shè)計暴雨(查浙江省短歷時暴雨圖集)

流域內(nèi)無水文站、水位站，僅有嶺外雨量站，由于流域內(nèi)缺乏實測降雨資料，設(shè)計暴雨采用《浙江省短歷時暴雨》圖集查算.

查《浙江省短歷時暴雨》圖集中最大1 h、6 h、24 h點雨量均值等值線圖及相應(yīng)的變差系數(shù)等值線圖，得到各歷時平均點雨量；各歷時面雨量均值由各歷時平均點雨量乘以相應(yīng)歷時的點面系數(shù)，點面系數(shù)根據(jù)流域面積查相應(yīng)的表而得.各歷時點雨量Cv值即為面雨量Cv值，Cs取3.5Cv，成果(見表3)(由于浙江省短歷時暴雨無最大3 h雨量可查，故本次最大3 h雨量資料采用附近石柱水文站降雨量資料經(jīng)配線排頻而得).

式中：HP—設(shè)計面雨量，mm；

KP—模比系數(shù)；

表3　五尺溪流域設(shè)計面雨量計算表

不同頻率暴雨衰減指數(shù)n值由下列公式計算：

當(dāng)Ti在1～6h之間，n1,6=1+1.285lg(H1/H6)；

當(dāng)Ti在6～24h之間，n6,24=1+1.661lg(H6/H24)

經(jīng)計算，不同頻率的面雨量及衰減指數(shù)(見表4).

各天各歷時設(shè)計面雨量按下列公式計算：當(dāng)Ti在1～6h之間，Hi=H6(Ti/6)1-n1,6；當(dāng)Ti在6～24h之間,Hi=H24(Ti/24)1-n6,24

表4　設(shè)計面雨量及暴雨衰減指數(shù)計算表

2.3設(shè)計暴雨合理性分析

根據(jù)2003年出版的《浙江省短歷時暴雨》圖集，查得流域的各頻率設(shè)計暴雨值，將其與頻率適線所得成果進行比較，詳見表.由表可見頻率適線法設(shè)計暴雨成果比查圖法較大，適線1 h及24 h均值及各頻率設(shè)計暴雨都比查圖法大.分析原因，一方面是“浙江省短歷時暴雨”圖集是2002年之前的實測資料為基礎(chǔ)整理得到，而五尺溪流域2002年以來，受幾次臺風(fēng)影響產(chǎn)生了幾次特大的降雨過程，從而影響到適線法成果，另一方面是石柱站距離五尺溪小流域較遠(yuǎn)，約14 km.故本次設(shè)計推薦使用暴雨圖集算得的暴雨成果.

龍溪水庫位于五尺溪支流龍溪上，龍溪水庫設(shè)計暴雨成果與五尺溪本次規(guī)劃設(shè)計暴雨成果均較為接近，相關(guān)成果比較(見表5).從設(shè)計暴雨成果比較可以看出，本次設(shè)計暴雨計算成果符合暴雨在該地區(qū)的分布規(guī)律，總體上比較協(xié)調(diào)，基本與《浙江省短歷時暴雨》圖集暴雨等值線分布特征相一致，故認(rèn)為本次流域設(shè)計暴雨成果合理、可靠.

表5　流域設(shè)計暴雨成果與相鄰流域及流域附近工程相關(guān)成果比較

3設(shè)計洪水

3.1產(chǎn)流計算

設(shè)計洪水的產(chǎn)流計算采用蓄滿產(chǎn)流的簡易扣損法.參照《浙江省短歷時暴雨》中凈雨過程的推求方法，凈雨計算按初損后損法扣損，初損定為25 mm(假定土壤最大含水量為100 mm，土壤前期含水量為75 mm，則初損為25 mm)，后損為1 mm/h，穩(wěn)滲為1.5 mm/h.

3.2設(shè)計雨型

(1)日程分配

暴雨日程分配，根據(jù)《浙江省短歷時暴雨》的常規(guī)辦法，分配情況如下：

第一天面雨量：HⅠ=0.6×(H72-H24)；第二天面雨量：HⅡ=H24；第三天面雨量：HⅢ=0.4×(H72-H24)

(2)時程分配

采用暴雨衰減指數(shù)法.不同頻率暴雨衰減指數(shù)n值由下列公式計算：當(dāng)Ti在10～60min之間，n10，60=1+1.285lg(H10/H60)；當(dāng)Ti在1～6h之間，n1，6=1+1.285lg(H1/H6)；當(dāng)Ti在6～24小時之間，n6，24=1+1.661lg(H6/H24)

各天各歷時設(shè)計面雨量按下列公式計算：當(dāng)Ti在10～60min之間，Hi=H60(Ti/6)1-n10，60；當(dāng)Ti在1～6h之間，Hi=H6(Ti/6)1-n1，6；當(dāng)Ti在6～24h之間,Hi=H24(Ti/24)1-n6，24

(3)24 h雨型概化

24 h雨型分配采用《暴雨圖集》中的分配方案即：設(shè)τ為單位時段，將24 h劃分為24/τ個時段(取整時段)，按下列法則排列時段雨量.

3.3設(shè)計洪水

集雨面積大于50 km2，采用瞬時單位線法推求設(shè)計洪水；集雨面積小于50 km2，設(shè)計洪水采用浙江省推理化公式計算.

Q=0.278·C·ip·F

式中：C—徑流系數(shù)；

ip—凈與強度,mm/hr;

其中ip=hr/τ，

τ—匯流時間,h；

F—集雨面積,km2.

計算得流域內(nèi)各村莊不同頻率的洪峰流量，計算結(jié)果(見圖2).

經(jīng)工程相關(guān)分析，洪峰流量設(shè)計可作為工程規(guī)劃設(shè)計的依據(jù).

圖2　不同位置集雨面積和流量關(guān)系曲線

4結(jié)論

利用頻率適線法和查圖法對永嘉縣五尺溪小流域設(shè)計暴雨進行了計算，成果表明頻率適線法設(shè)計暴雨成果比查圖法較大，通過對龍溪水庫設(shè)計暴雨成果與五尺溪本次規(guī)劃設(shè)計暴雨成果比較表明，二者均較為接近；設(shè)計推薦使用暴雨圖集算得的暴雨成果.為五尺溪小流域規(guī)劃設(shè)計提供了可靠依據(jù).計算結(jié)果和設(shè)計方法可供類似工程參考.

參考文獻：

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聲明

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浙江水利水電學(xué)院學(xué)報編輯部

Calculation of Design Storm Wuchi Watershed in Yongjia

JIN Qi-wu1, YANG Han-xi2, WU Xiao-xiang1, JIN Jin-qiang3

(1.Zhejiang Quality and Safety Supervision and Management Center of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hangzhou 310012, China; 2.Yongjia Water Conservancy Bureau, Yongjia 325117,China; 3.Oufei Exploitation and Construction Co., Ltd., Wenzhou 325000, China)

Abstract:Combined with the features of rainfall runoff floods in Wuchi Creek watershed in Yongjia, design storm results are obtained according to the actual measurements of heavy rain and the atlas of “Zhejiang short duration storm”. Results show that the design storm by frequency curve-fitting method is heavier than that by figure-checking method, and the reason is also analyzed for the differences between the results. Compared the design storm results in Longxi Reservoir with the planning design storm in Wuchi Creek, the results are relatively close, thus the calculation by heavy rain atlas is recommended to design and check rainstorm in small watershed.

Key words:Wuchi Creek; small watershed; design storm

中圖分類號：TV122.3

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-536X(2016)02-0018-05

作者簡介：金棋武(1983-)，男，浙江永嘉人，碩士，工程師，主要從事水利工程質(zhì)量監(jiān)督和規(guī)劃設(shè)計工作.

基金項目：浙江省自然科學(xué)基金項目(M503254)；浙江省教育廳科技計劃項目(Z200909405)；浙江省水利科技計劃項目(RC11092011)；國家自然科學(xué)基金(51479081)

收稿日期：2015-09-12