改進(jìn)的推理公式法在無(wú)資料地區(qū)山洪評(píng)價(jià)計(jì)算中的應(yīng)用

辛 波

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

近年來(lái)，由于極端暴雨天氣的影響，山區(qū)性洪水呈現(xiàn)頻發(fā)的態(tài)勢(shì)，為對(duì)山區(qū)性洪水進(jìn)行有效的防治，保障山區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，需要對(duì)山區(qū)性洪水進(jìn)行洪水特征評(píng)估，從而制定有效的山洪防治規(guī)劃。山洪洪水特征評(píng)估需要對(duì)區(qū)域山洪進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算。對(duì)于山洪設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者均展開(kāi)研究，取得一定研究成果[1- 5]。山洪設(shè)計(jì)洪水計(jì)算面對(duì)的難題在于大多山洪位于無(wú)資料地區(qū)，許多學(xué)者針對(duì)無(wú)資料地區(qū)的設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算都進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究[6- 10]，推理公式在無(wú)資料區(qū)域的設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算中得到具體應(yīng)用，為此本文引入推理公式法，以遼寧東部某無(wú)資料區(qū)域山洪為研究實(shí)例，對(duì)該區(qū)域山洪進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，并對(duì)該山洪的洪水特征進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證推理公式法在遼寧無(wú)資料地區(qū)山洪評(píng)估中的適用性。

1 改進(jìn)推理公式計(jì)算主要原理

傳統(tǒng)推理公式采用概化方法對(duì)流域產(chǎn)匯流過(guò)程進(jìn)行均化，對(duì)流域坡面產(chǎn)匯流進(jìn)行曲線組合，計(jì)算方程為:

(1)

經(jīng)過(guò)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析后，有學(xué)者對(duì)式(1)進(jìn)行概化，概化方程為：

(2)

其中當(dāng)tc≥τ，表示為全面匯流，則洪峰流量為：

(3)

其中當(dāng)tc<τ，表示為部分匯流，則洪峰流量為：

(4)

式中，hτ—匯流時(shí)間τ內(nèi)的凈雨量，mm；hR—一次洪峰過(guò)程的凈雨量，mm。在全面匯流中，式(3)可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

(5)

在式(5)中，μ—降雨損失量強(qiáng)度，mm/h。

其中匯流時(shí)間τ的計(jì)算表達(dá)式為：

(6)

式(6)中，X、Y—匯流參數(shù)；L—河長(zhǎng)，km；J—比

綜上，種畜禽生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)許可證審核發(fā)放制度，對(duì)于保證種畜禽質(zhì)量，穩(wěn)定農(nóng)民增收，在當(dāng)前畜牧業(yè)發(fā)展中還起著積極主動(dòng)的作用，仍應(yīng)予以保留。

表1 小流域設(shè)計(jì)暴雨kp系數(shù)表

降，‰。

改進(jìn)的推理公式采用分段暴雨衰減指數(shù)對(duì)時(shí)段凈雨計(jì)算進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)方程為：

當(dāng)τ<1h時(shí)，時(shí)段凈雨計(jì)算方程為：

Hτ=Sτ1-n0P

(7)

式中，S—不同頻率下的雨力值，mm/h；n0p—1h時(shí)段內(nèi)的暴雨衰減指數(shù)，n0p的計(jì)算方程為：

(8)

式中，H10、H60—10min、60min的面暴雨量，mm。

當(dāng)1h≤τ<6h時(shí)，時(shí)段凈雨計(jì)算方程為：

Hτ=Sτ1-n1P

(9)

式中，n1p的計(jì)算方程為：

(10)

式中，H1、H6—1h、6h的面暴雨量，mm。

當(dāng)6h≤τ<24h時(shí)，時(shí)段凈雨計(jì)算方程為：

Hτ=Sτ1-n2P

(11)

式中，n2p的計(jì)算方程為：

(12)

式中，H6、H24—6h、24h的面暴雨量，mm。各時(shí)段暴雨均值可以從地方水文手冊(cè)中查的。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 研究區(qū)域概況

本文以遼寧東部區(qū)域某山區(qū)流域?yàn)檠芯繉?shí)例，區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，區(qū)域集水面積為125.3km2，流域河長(zhǎng)為30.3km，平均比降為8.9‰，流域邊界如圖1所示。結(jié)合區(qū)域流域重心點(diǎn)，確定流域所在分區(qū)，依遼寧生暴雨圖集，可以查到不同時(shí)段的設(shè)計(jì)暴雨均值。

圖1 設(shè)計(jì)區(qū)域流域邊界圖

2.2 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

結(jié)合設(shè)計(jì)區(qū)域所在的水文分區(qū)，依遼寧省設(shè)計(jì)暴雨手冊(cè)，可對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域小流域設(shè)計(jì)暴雨進(jìn)行計(jì)算，區(qū)域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、2。

表2 小流域設(shè)計(jì)暴雨成果表

表1給出了設(shè)計(jì)區(qū)域不同時(shí)段的設(shè)計(jì)暴雨均值，并計(jì)算了不同時(shí)段的衰減指數(shù)，從表中可以看出，隨著時(shí)段的增加，衰減指數(shù)也逐漸增加，這也符合于暴雨變化規(guī)律，隨著暴雨時(shí)段的增加，其暴雨衰減量也逐漸增加。從表2中可以看出，隨著設(shè)計(jì)暴雨頻率的增加，其設(shè)計(jì)暴雨量也逐步增加。

2.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

在設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合改進(jìn)的推理公式，對(duì)區(qū)域不同頻率下的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、4，并對(duì)流域不同頻率的計(jì)算洪水過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

表3 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算參數(shù)表

表4 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

圖2 不同頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程

從表3、4對(duì)設(shè)計(jì)洪峰和洪量進(jìn)行計(jì)算，可以得到不同頻率下的設(shè)計(jì)洪峰和洪量，從而對(duì)山洪的洪水特征進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。從表3中可以看出，區(qū)域20年一遇的設(shè)計(jì)洪水達(dá)到445m3/s，結(jié)合曼寧公式進(jìn)行水位反推，當(dāng)前區(qū)域山洪治理設(shè)計(jì)的堤防高度可以滿足區(qū)域的山洪防洪安全。表4和圖2為研究區(qū)域不同頻率的洪水過(guò)程圖，從表4和圖2中可以看出，不同頻率下的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程具有一定的相似性，這主要和區(qū)域設(shè)定的洪水形狀系數(shù)有關(guān)，各頻率下的設(shè)計(jì)洪峰出現(xiàn)時(shí)間較為一致。

2.4 成果驗(yàn)證及精度對(duì)比

結(jié)合研究區(qū)域附近水文站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按照水文相似類比法，對(duì)改進(jìn)前后推理公式計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰和洪量進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)比不同算法的計(jì)算精度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5、6。

表5 各算法下設(shè)計(jì)區(qū)域不同頻率洪峰計(jì)算精度對(duì)比

表6 各算法下設(shè)計(jì)區(qū)域不同頻率洪量計(jì)算精度對(duì)比

從表5設(shè)計(jì)洪峰計(jì)算精度對(duì)比結(jié)果可以看出，改進(jìn)推理公式下的設(shè)計(jì)洪峰計(jì)算誤差均在±10%以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)洪水精度要求，相比于傳統(tǒng)推理公式方法，設(shè)計(jì)洪峰的計(jì)算誤差平均減少13.5%，這主要是因?yàn)楦倪M(jìn)的推理公式方法采用分段衰減指數(shù)對(duì)不同頻率的設(shè)計(jì)暴雨進(jìn)行雨量衰減，減少了傳統(tǒng)方法雨量衰減均化的影響。提高了設(shè)計(jì)洪峰的計(jì)算精度。從表6中還可看出，改進(jìn)的推理公式方法不僅對(duì)設(shè)計(jì)洪峰有所影響，對(duì)區(qū)域設(shè)計(jì)洪量也有所影響，主要是因?yàn)榉侄趟p指數(shù)提高了設(shè)計(jì)暴雨的精度，使得設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算更加精細(xì)化。從表6中可以看出，設(shè)計(jì)洪量驗(yàn)證誤差也均在±10%以內(nèi)，相比于傳統(tǒng)推理公式，各頻率下洪量計(jì)算誤差平均減少14.3%。

3 結(jié)論

本文結(jié)合改進(jìn)的推理公式對(duì)無(wú)資料地區(qū)山洪進(jìn)行洪水特征的評(píng)價(jià)，計(jì)算分析取得以下結(jié)論：

(1)改進(jìn)推理公式采用分段衰減指數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算，可解決無(wú)資料地區(qū)短歷時(shí)山洪洪水特征的評(píng)價(jià)問(wèn)題，經(jīng)驗(yàn)證，該方法計(jì)算精度可滿足設(shè)計(jì)洪水規(guī)范要求；

(2)結(jié)合改進(jìn)推理公式計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰，可應(yīng)用曼寧公式對(duì)山洪不同頻率下的水位進(jìn)行反推，從而對(duì)山洪防洪特征進(jìn)行有效評(píng)估。

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