小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法探討

郭濤

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110043）

小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法探討

郭濤

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110043）

小流域洪峰流量形成與大流域不同，其特點(diǎn)是單項(xiàng)因素（雨強(qiáng)、地形、植被等）的變化作用比較突出。文中將小流域洪峰計(jì)算分解為河槽調(diào)蓄和山坡匯流二部分，充分考慮山坡水流過程對(duì)洪峰流量的影響，綜合考慮匯流面積、匯流時(shí)間、河槽糙率、斷面形狀等因子進(jìn)行洪峰流量計(jì)算。

裂小流域匯流：洪峰流量：設(shè)計(jì)洪水；凈雨強(qiáng)度；山坡匯流；河槽調(diào)蓄

1 問題提出

在小河流山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作中，經(jīng)常要進(jìn)行小河流設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，常用的方法有：推理公式法、經(jīng)驗(yàn)公式法、綜合單位線法和水文模型等方法，遼寧省常用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算公式：

式中：QP——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；φP——徑流系數(shù)；iP——降雨強(qiáng)度，mm/s；F——流域面積，km2。

但該公式的適用條件為流域面積要大于200 km2以上。在實(shí)際工作應(yīng)用中，當(dāng)流域很小時(shí)（匯流時(shí)間小于1 h），計(jì)算出的設(shè)計(jì)洪峰流量合理與否無法驗(yàn)證。介紹另一種算法，對(duì)同一流域進(jìn)行計(jì)算，以驗(yàn)證原計(jì)算成果的合理性，供參考。

2 洪峰流量分析

對(duì)于小流域的洪水過程，在暴雨不均勻的情況下，洪峰流量的形成應(yīng)該是部分流域面積同時(shí)匯流造成的洪峰，而全流域面積同時(shí)匯流造成的洪峰，只有在暴雨均勻的情況下才有可能發(fā)生，屬于一種特例。

洪峰流量發(fā)生的規(guī)律是：凈雨強(qiáng)度與最大同時(shí)匯水面積的乘積為最大時(shí)所形成。說明見圖1。

圖1（a）表明：凈雨強(qiáng)度隨時(shí)間增加而減小，是減函數(shù)；1（b）表明，匯流面積隨降雨時(shí)間增加而增加，是增函數(shù)；1（c）表明，各對(duì)應(yīng)時(shí)刻凈雨與匯流面積組合（相乘）形成流量的規(guī)律。各對(duì)應(yīng)時(shí)刻凈雨與匯流面積相乘形成了流量，它隨時(shí)間由小到大，到某一時(shí)刻出現(xiàn)了流量的最大值，即洪峰流量。它的出現(xiàn)并不在f=F和t=τ的時(shí)候，而是在一個(gè)特定時(shí)刻，這個(gè)時(shí)間稱為形成洪峰時(shí)間，用tQ表示，其相應(yīng)的匯水面積即是形成洪峰的同時(shí)匯水面積。

小流域洪峰流量形成與大流域不同，其特點(diǎn)是單項(xiàng)因素（雨強(qiáng)、地形、植被等）的變化作用比較突出。而大流域各單項(xiàng)因素在流域內(nèi)的不同區(qū)域里分布不均勻而相互補(bǔ)償，單項(xiàng)因素的計(jì)算值更具有綜合性。另外，小流域主河槽相對(duì)較短，河槽調(diào)蓄影響較小，而山坡水流過程對(duì)流量的形成影響較大，而大流域正好相反。因此，影響小流域洪峰流量的因素很多，其主要因子為水量大小和匯集運(yùn)動(dòng)。

3 洪峰流量計(jì)算及檢驗(yàn)

計(jì)算公式：

式中：QP——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；C——徑流系數(shù)；S——降雨強(qiáng)度，mm/s；F——流域面積，km2；P——形成洪峰匯流面積系數(shù)，P=f/F由暴雨衰減系數(shù)查表1而得；P1——形成洪峰匯流時(shí)間系數(shù)，由暴雨衰減系數(shù)查表1而得；n——暴雨衰減系數(shù)，短歷時(shí)為n1、長(zhǎng)歷時(shí)為n2；

其中：K1——河槽匯流因子；K2——山坡匯流因子；

實(shí)際計(jì)算時(shí)，首先假定tQ＜t0＜1，采用短歷時(shí)暴雨衰減系數(shù)n1、根據(jù)計(jì)算公式算得洪峰流量QP。然后依據(jù)計(jì)算tQ，若滿足假定條件，則設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算正確。

4 計(jì)算實(shí)例

以本溪市南芬區(qū)思山嶺街道黃柏峪村所在小流域?yàn)槔?，?jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量。小流域地處遼河三級(jí)支流—細(xì)河流域上。

表1 暴雨衰減系數(shù)表

再由tQ=1.00，可知tQ＜t0＜1,即原假定成立，洪峰流量計(jì)算正確。

5 結(jié)語

由以上計(jì)算可知，當(dāng)采用后者公式計(jì)算時(shí)，由于充分考慮了河槽匯流和山坡匯流，計(jì)算出的設(shè)計(jì)流量略小。由計(jì)算過程可知，山坡匯流對(duì)計(jì)算流量的影響較大，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對(duì)流域的長(zhǎng)度和比降的量算要精確。兩種方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水相差不大，滿足設(shè)計(jì)要求。

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1002－0624（2017）06－0037－02

2017-01-11