基于水利水電工程設(shè)計(jì)的洪水計(jì)算方法分析

□ 何 濤

在水利水電工程的施工建設(shè)當(dāng)中，其中一項(xiàng)重要內(nèi)容是水庫設(shè)計(jì)的洪水計(jì)算分析，這是確定投資和施工導(dǎo)流建筑物規(guī)模的一個(gè)必不可少的數(shù)據(jù)。在水利工程的實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常是在枯水時(shí)段進(jìn)行施工導(dǎo)流，對(duì)于施工期洪水計(jì)算分析，則需要對(duì)各年施工時(shí)段1h、6h、24h以及72h的最大雨量資料。然后以收集到的資料為基礎(chǔ)進(jìn)行洪水計(jì)算，然而對(duì)一些中小型水庫來講，不能夠收集到齊全的雨量統(tǒng)計(jì)資料，收集到的資料往往只是一年內(nèi)各月中降雨量最大日資料。一般最大24h降雨量是降雨量最大日的1.1-1.3倍，然后參照這兩者之間的關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而將各年施工階段的最大24h雨量求出，可是這種關(guān)系并不能得到最大1h、6h、72h的降雨量統(tǒng)計(jì)資料。不全的統(tǒng)計(jì)資料不能夠順利的進(jìn)行洪水分析計(jì)算，在水利工程設(shè)計(jì)報(bào)告中，一般是要求有施工期洪水內(nèi)容，還需根據(jù)調(diào)洪計(jì)算對(duì)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)下的最高洪水位進(jìn)行確定，進(jìn)而對(duì)導(dǎo)流建筑物的規(guī)模予以確定，從而要求施工期洪水要有洪水過程線以及洪峰流量成果。因此，對(duì)水利水電工程設(shè)計(jì)人員而言，不全的雨量資料會(huì)對(duì)施工期洪水計(jì)算帶來較多的困難，成為水庫設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)難題，該怎樣解決這個(gè)問題則已經(jīng)成為水利工程設(shè)計(jì)人員的關(guān)注重點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單的介紹了只有最大24h降雨資料時(shí)洪水計(jì)算方法。

一、洪水計(jì)算方法

（一）同倍比法

該方法是以已知的典型洪水過程線為基礎(chǔ)，對(duì)未知設(shè)計(jì)洪水過程進(jìn)行推算，通常采用的方法有同頻率法和同倍比法，對(duì)于推算水利水電工程施工期洪水可采取同倍比法。在洪水計(jì)算分析中，同倍比法可分為兩種形式，一是根據(jù)設(shè)計(jì)洪峰流量和已知典型過程線洪峰流量?jī)烧唛g存在的關(guān)系，對(duì)典型洪水過程進(jìn)行倍比縮放；另一種是根據(jù)控制時(shí)間內(nèi)的設(shè)計(jì)洪量和已知典型線的相應(yīng)洪量?jī)烧唛g存在的倍比關(guān)系，對(duì)典型洪水過程機(jī)型相應(yīng)的倍比縮放。對(duì)于施工期洪水的推算，因?yàn)椴⒉恢涝O(shè)計(jì)洪量，不可以根據(jù)洪量之間的關(guān)系進(jìn)行倍比縮放的方法獲得施工期洪水，所以只可以考慮采用洪峰流量的倍比縮放法來推算施工期洪水。然而對(duì)一些中小型水庫來講，具有相對(duì)較小的集雨面積，基本上，集雨區(qū)域設(shè)最大日降雨則可將一場(chǎng)洪水的洪峰得以控制，故可以把洪峰流量倍比關(guān)系進(jìn)而轉(zhuǎn)化成最大日降雨量倍比關(guān)系，這樣就可以根據(jù)最大日降雨量的相應(yīng)倍比關(guān)系將施工期洪水過程線推求出來。

（二）推求施工期暴雨參數(shù)進(jìn)行施工期洪水的計(jì)算

在水利工程設(shè)計(jì)的洪水計(jì)算過程中，采取施工期暴雨參數(shù)對(duì)施工期洪水的推求是一種較為直接的計(jì)算方法。對(duì)中小型水庫來講，要獲得施工時(shí)段最大24h降雨量是相對(duì)容易的。但是對(duì)于施工期最大1h、6h、72h的暴雨參數(shù)的推求則是一個(gè)最為關(guān)鍵的問題。根據(jù)暴雨資料對(duì)洪水進(jìn)行推求設(shè)計(jì)，通常是有一個(gè)確定的設(shè)計(jì)雨型，一般根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤隊(duì)顩r選取的設(shè)計(jì)雨型基本可以代表所在區(qū)域暴雨的特性。所以說，在同一區(qū)域，暴雨量在同一頻率不同歷時(shí)是具有一定的比例關(guān)系，以下是對(duì)這一問題的分析。

暴雨公式有：暴雨力，

各歷時(shí)雨量：

其中式中的n1、n2、m1是暴雨遞減指數(shù)，在一個(gè)特定的集雨區(qū)域，暴雨遞減指數(shù)在一定頻率下是一個(gè)定值。那么從（2）、（3）、（4）式中能夠得知：H1P、H6P和H72P與H24P是存在一個(gè)固定的比例關(guān)系，那么則可以根據(jù)H24P將H1P、H6P和H72P推求出來。

在資料不全面的情況下，可以借助《暴雨等值線圖》將年降雨量查出，然后分析并得到某一頻率P下的H1P、和H72P與H24P的比值，再根據(jù)這種比值關(guān)系，乘以施工時(shí)段該頻率下的最大24h降雨量值，則可以將施工時(shí)段此頻率下H1P、H6P和H72P的暴雨設(shè)計(jì)參數(shù)，再根據(jù)得到的暴雨設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出該頻率的施工期洪水。

二、算例

如表一是某中型水庫流域的地理參數(shù)，表二為各歷時(shí)年暴雨參數(shù)。此水庫為了能夠除險(xiǎn)加固工程，以10月到次年3月的枯水期為施工期，該水庫的施工期洪水重現(xiàn)采用施工期五年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。收集到的施工期最大日降水量如表三所示，表四是施工計(jì)算出的施工期最大24h暴雨頻率結(jié)果。

表一 某水庫流域地理系數(shù)

表二 某水庫各歷時(shí)年暴雨參數(shù)成果

表三 施工期最大日降水量

表四 施工期最大24h暴雨頻率

根據(jù)上文所講的方法，該水庫五年一遇年最大各歷時(shí)降雨量計(jì)算結(jié)果如表五所示，在根據(jù)H1P、H6P和和H24P的比值推算出該水庫施工期各歷時(shí)的最大降水量如表六所示。

利用表五的雨量參數(shù)點(diǎn)面關(guān)系將該水庫五年一遇的設(shè)計(jì)洪水過程線如圖一所示，以同倍比放大法推出縮放系數(shù)K=0.455，和五年一遇的設(shè)計(jì)洪水線得到的施工期洪水線同圖一。那么從圖一中能夠得知：采用兩種方法得到的洪水過程線是相近的，表明上述兩種方法均可用于施工期洪水計(jì)算。

表五 五年一遇年最大降雨量

表六 施工期五年一遇年最大降雨量

圖一 五年一遇洪水過程線

三、結(jié)束語

在水利水電工程的施工建設(shè)當(dāng)中，水利工程設(shè)計(jì)一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)是施工期洪水的分析計(jì)算。然而對(duì)一些中小型水庫來講，往往會(huì)因?yàn)槿鄙僖恍┗A(chǔ)的資料而對(duì)施工期洪水的計(jì)算分析帶來相對(duì)的困難。在此考慮到中小型水庫流域一般不會(huì)出現(xiàn)較大的集雨面積，點(diǎn)面暴雨沒有過大的差別，洪水和暴雨的組成相對(duì)簡(jiǎn)單。洪水和降雨兩者之間存在較好的相關(guān)聯(lián)系，故可以采取較為簡(jiǎn)化的計(jì)算方法對(duì)施工期洪水進(jìn)行推算。本文所介紹的計(jì)算方法均可解決洪水計(jì)算問題。經(jīng)實(shí)踐證明，采用這類方法在資料不全的情況下進(jìn)行施工期洪水的計(jì)算是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。本方法可以在缺乏資料的狀況下正常使用，值得在一定范圍內(nèi)推廣。