淺析無資料地區(qū)暴雨洪水的計算

劉金萍（遼寧省大連水文局　遼寧　大連　116023）

淺析無資料地區(qū)暴雨洪水的計算

劉金萍
（遼寧省大連水文局遼寧大連116023）

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，暴雨洪水帶來的災害日益加大?？h級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級以及村級行政區(qū)因缺少資料對暴雨洪水無法進行預警，造成了大量的人財物的損失。本文通過對某無資料地區(qū)的實際調查和對已有大量水文氣象資料分析，深入分析了暴雨、洪水相關參數(shù)，充分運用數(shù)理統(tǒng)計和成因推理方法，分析暴雨特征統(tǒng)計參數(shù)，對無資料地區(qū)暴雨洪水的設計計算進行了一定深度的研究。通過分析計算，得出不同降雨條件下可能產(chǎn)生的暴雨洪水，并計算出不同重現(xiàn)期雨量值可能產(chǎn)生的洪水的洪峰、洪量和洪峰水位，為該地區(qū)防洪預警提供了科學參考。

無資料；暴雨；洪水

1　概況

1.1自然地理

大連市位于遼東半島南端，地處東經(jīng)120°58′～123°31′，北緯38°43′～40°12′之間，分別跨越經(jīng)度2°33′，緯度1°29′。全市土地面積12573.85km2，多山地丘陵，少平原低地，地形為北高南低，北寬南窄［1］。地勢由半島中部軸線向東南側黃海及西北側渤海傾斜，黃海一側長而緩。整個地勢平均海拔約50m，山地與平地之比4∶1，主要山脈為千山山脈之延伸，位于莊河市的步云山，是遼東半島的最高峰，海拔1132m。

1.2社會經(jīng)濟

大連市包括市內三區(qū)、甘井子區(qū)、旅順口區(qū)、金州新區(qū)、保稅區(qū)、大連高新技術產(chǎn)業(yè)園區(qū)、普蘭店市（含普蘭店灣新區(qū)）、瓦房店市、莊河市、長?？h、長興島臨港工業(yè)區(qū)和花園口經(jīng)濟區(qū)?？側丝?90萬人，全年地區(qū)生產(chǎn)總值7002.8億元［2］。

1.3水文氣象

大連市地處北半球中緯度地帶，所受太陽輻射四季變化較大。大氣環(huán)流以西風帶和副熱帶系統(tǒng)為主，加上一面依山三面臨海的地理環(huán)境，整個地區(qū)受季風和地形影響，氣候具有海洋性特點和暖溫帶半干旱季風氣候特點，主要特征為四季分明，氣候溫和，暖濕同季，降雨集中，日照豐富，季風盛行。多年平均降水量為682mm，6、7、8、9月份降水約占全年的70%左右，多年平均氣溫10.3℃，多年平均蒸發(fā)量為430mm～450mm左右。

大連境內中小型河流200余條，多發(fā)源于北部或南部的低山區(qū)，具有短小、獨流入海及徑流量季節(jié)性變化大的特點。境內最大的河流是碧流河，發(fā)源于蓋州市棋盤嶺山南麓，流經(jīng)莊河市后，在普蘭店市的城子坦鎮(zhèn)注入黃海。流域面積2814km2，其中在大連境內1465km2。

區(qū)域內形成山洪災害的溝道多分布于各市縣農村，易發(fā)生高強度、短歷時局地暴雨，加之山洪溝道流域面積小，坡度陡，匯流時間短、速度快，可預見性差，來勢猛、頻率高、強度大，山洪沖刷力強，水土流失嚴重。

2　水文基本資料的收集

2.1歷史暴雨洪水情況實地調查

山區(qū)暴雨洪水（山洪）的普遍性成因，一個是自然因素，主要包括暴雨和下墊面因素；另一個是人為因素，即人類不合理的經(jīng)濟活動。就其自然因素而言，地形、地貌、地質、土壤、植被等下墊面自然條件僅為山洪泥石流的形成提供基本的環(huán)境條件，而強降水（誘發(fā)暴雨）是激發(fā)山洪泥石流暴發(fā)的決定因素。與下游大型江河的洪水災害比較，山洪災害的特點是突發(fā)性強、常伴有滑坡、泥石流災害發(fā)生、破壞性強。

在現(xiàn)場調查中，通過走訪、查勘等形式對沿河村落的歷史洪水進行了詳盡調查。通過村民指證確定了歷史洪水的洪痕，并對其進行了測量，包括高程及平面坐標。經(jīng)過分析計算判定所調查的歷史洪水洪痕的可靠性。收集大量的水文氣象資料，包括與山洪有關的水文資料與數(shù)據(jù)，包括測站的基本信息、暴雨洪水資料、暴雨參數(shù)資料、歷年水文站流量及其統(tǒng)計參數(shù)資料、小流域設計暴雨洪水計算方法及相應參數(shù)取值等。

本文所分析村落位于大鄭店河上游，大鄭店河發(fā)源于普蘭店市元臺鎮(zhèn)，全長11.7km，流域面積46.9km2，平均比降0.0075，屬山區(qū)河流。歷史最高洪水位68.9m。由于本區(qū)域地處長白山山脈延伸部分，地勢東高西低，縱坡大，溝壑多，易產(chǎn)生局地暴雨山洪，且洪水匯流時間短，來勢迅猛，加之部分村莊、耕地、水利等基礎設施分布在山洪溝道出山口和溝道兩岸，另外山體為花崗巖和石灰?guī)r，表面覆蓋風化土石料，植被覆蓋不好，遇大雨引起土和巖分離出現(xiàn)滑坡、泥石流的機率很大。

2.2實際測量河道情況

本文對高甸村的河道進行測量，根據(jù)實際上下延長200m，選了上、中、下三個控制斷面，以居民最為集中的為控制斷面，得到該流域的地貌與河流資料等較為完整的信息，如流域形狀、面積與坡度，河道的長度、比降等。

3　設計暴雨洪水的計算

3.1設計暴雨計算方法

大鄭店河全長 11.7km，流域面積46.9km2，平均比降0.0075，屬山區(qū)河流，所以用小流域設計暴雨洪水計算方法及相應參數(shù)取值。設計暴雨計算包括確定和分析小流域時段雨量、暴雨頻率和暴雨時程分配三項內容。根據(jù)《山洪災害分析評價技術要求》，暴雨頻率選擇100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇、5年一遇5種頻率；暴雨時程分配采用典型暴雨場次資料分析確定。

3.1設計暴雨參數(shù)的確定

根據(jù)《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設計暴雨洪水計算方法》（1998年版），大連市處于遼寧省水文分區(qū)Ⅲ4區(qū)，從分區(qū)圖上查找出各流域特征時段（10min、1h、12h、24h、3d）暴雨均值P、變差系數(shù)Cv值、模比系數(shù)Kp值、匯流參數(shù)x、y值、點面折算系數(shù)Kf值、暴雨衰減系數(shù)n0p、n1p、n2p值，見附表3-1各種頻率（包括PMF）設計洪水徑流系數(shù)。

附表3-1　　各種頻繁（包括PMF）設計洪水徑流系數(shù)

附表4-1　　控制斷面設計洪水計算成果表

3.3設計洪水計算方法及參數(shù)

設計洪水計算部分包括典型頻率洪水計算和水位流量關系推求兩個主要內容。根據(jù)現(xiàn)行設計洪水規(guī)范方法，本次的典型頻率洪水計算采用《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設計暴雨洪水計算方法》（1998年版）中的推理公式法，在計算過程中，假定設計暴雨與設計洪水同頻率。水位流量關系推求采用曼寧公式法。

推理公式法計算公式如下：

式中：Qp—設計洪峰流量，m3/s；φp—洪峰徑流系數(shù)；ip—面暴雨強度，mm/h；F—流域集水面積，km2。

控制斷面水位流量關系計算采用曼寧公式，計算公式如下：

式中：Q—流量，m3/s；A—斷面過水面積，m2；n—糙率；R—水力半徑，m；J—比降。

根據(jù)曼寧公式，確定各計算參數(shù)，從而推求出各防災對象控制斷面的水位流量關系曲線，通過水位-流量關系曲線能夠得到該水位對應的流量，通過流量與過水面積可以計算出平均流速。檢驗該水位對應的平均水深與平均流速是否大致符合典型站平均水深-平均流速關系，從而確定曼寧公式推求出的水位-流量關系曲線的合理性。

4　成果

通過分析計算，得出不同降雨條件下可能產(chǎn)生的暴雨洪水，并計算出不同重現(xiàn)期雨量值可能產(chǎn)生的洪水的洪峰、洪量和洪峰水位，見附表4-1控制斷面設計洪水計算成果表。為該地區(qū)防汛指揮、防洪預警提供了科學參考。

通過運用數(shù)理統(tǒng)計和成因推理方法，分析暴雨特征統(tǒng)計參數(shù)，假定洪水和暴雨同頻率，經(jīng)分析計算，該地區(qū)100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇、5年一遇對應的洪峰水位分別為69.01m、68.56m、68.34m、67.92m和67.10m。

5　結論

山洪災害分析評價是基于山洪災害調查和測量成果，分析防災對象現(xiàn)狀防洪能力、危險區(qū)等級劃分以及預警指標等，為縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級以及村級的山洪災害預警、預案編制、轉移路線、臨時安置、防災意識普及、群測群防等工作進一步提供科學、全面、詳細的信息支撐。通過對某流域的實地調查和對已有大量水文氣象資料分析，深入分析了暴雨、洪水相關參數(shù)。在設計暴雨方面，充分運用數(shù)理統(tǒng)計和成因推理方法，分析暴雨特征統(tǒng)計參數(shù)，探討了特大暴雨的重現(xiàn)期，編制了各種歷時暴雨參數(shù)等值線圖；在小流域設計洪水方面，運用經(jīng)驗相關與成因推理相結合的途徑推求設計洪水。在建立洪水要素與有關因素間關系時，對其中某些因素的變化規(guī)律采用了經(jīng)驗相關的成果。這種計算方法可以充分地反映各種小流域的特點，符合客觀實際，而且經(jīng)綜合簡化后實用方便，為該地區(qū)防汛指揮、防洪預警提供了科學參考。陜西水利

［1］劉長德主編.大連城市規(guī)劃100年［M］.大連海事大學出版社.1999

［2］大連市統(tǒng)計局編.大連統(tǒng)計年鑒2013［G］中國統(tǒng)計出版社.2013

（責任編輯：暢妮）

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