無(wú)資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線的推求
——以陂下水庫(kù)為例

王光焰 喻 佳* 劉永孝 徐生武 謝志勇 趙 星

（1、新疆塔里木河管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000 2、西安理工大學(xué) 教育部西北水資源與環(huán)境生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048 3、陜西灃西新城投資發(fā)展有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000 4、新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 阿勒泰 836500）

在現(xiàn)有的站網(wǎng)密度條件下，我國(guó)絕大多數(shù)小流域?qū)儆谌狈τ旰橘Y料的情況。當(dāng)前，小流域設(shè)計(jì)洪水主要采用經(jīng)驗(yàn)概化法處理[1]，即從洪水資料中選出實(shí)測(cè)洪水即從洪水資料中選出實(shí)測(cè)洪水過程線，分析峰量關(guān)系、漲洪時(shí)間、峰現(xiàn)時(shí)間洪水歷時(shí)，概化出洪水流量時(shí)程分配過程不同頻率下的設(shè)計(jì)洪水過程線可為小流域的防洪規(guī)劃和當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷姆篮閾岆U(xiǎn)提供重要的技術(shù)依據(jù)[2-3]。因此，推求小流域的設(shè)計(jì)洪水具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值[4]。

有關(guān)設(shè)計(jì)洪水的基本概念目前有幾種不同的解釋：

一是指水利水電工程設(shè)計(jì)所依據(jù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，包括洪峰流量、洪水總量和洪水過程線三個(gè)組成部分[5]；

二是用正常標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用的洪水來確定水利工程樞紐的設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)泄洪流量等水工建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的洪水就稱為設(shè)計(jì)洪水。

此外，設(shè)計(jì)洪水還可以理解是具有規(guī)定功能的一場(chǎng)特定的洪水其風(fēng)險(xiǎn)率恰好等于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

常用的推求設(shè)計(jì)洪水的方法有兩種：

一是由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水；

二是由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水，前提是要有足夠數(shù)量和足夠觀測(cè)時(shí)間的水文測(cè)站。

對(duì)小流域來說，往往缺乏實(shí)測(cè)暴雨資料和流量資料，所以一般用經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法、綜合單位線法以及水文模型法來推求小流域的設(shè)計(jì)洪水過程線。

本文以福建長(zhǎng)汀濯田河支流上的陂下水庫(kù)為例，在缺乏實(shí)測(cè)徑流資料的情況下，推求無(wú)資料地區(qū)的設(shè)計(jì)洪水過程線。在推理公式推求出洪峰流量的前提下，推求無(wú)資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線，本文小流域是用設(shè)計(jì)洪峰流量Qmp、不同時(shí)刻(ti)流量與洪峰流量比例系數(shù)(Qi/Qm) 推算對(duì)應(yīng)時(shí)刻的設(shè)計(jì)流量，使設(shè)計(jì)后洪水過程線的洪峰流量、洪量與已計(jì)算的洪峰流量Qmp、洪量W三天p相等[1]，在設(shè)計(jì)中引入了形狀系數(shù)γ ，估算出不同γ 下對(duì)應(yīng)的λi=Qi/Qm時(shí)間序列，ti一般取整點(diǎn)，單位時(shí)段長(zhǎng)度?t 是ti與ti+1 間隔時(shí)間，為了準(zhǔn)確反映洪水過程線變化，?t 取定值。具體步驟包括洪水形狀系數(shù)推求和洪水過程線推求。

1 推求洪水形狀系數(shù)

推求洪水過程線時(shí)需引入洪水形狀系數(shù)γ 。按照式（1）求解洪水過程線的形狀系數(shù)。

式中：WP為設(shè)計(jì)洪水總量；T 為整個(gè)洪水歷時(shí)，本文取80h。QP為代表洪水歷史內(nèi)的平均洪水流量，m3/s；γ 為洪水過程線的形狀系數(shù)。

設(shè)計(jì)洪水總量W三天P是根據(jù)三天設(shè)計(jì)暴雨量扣除三天損失總量求得，計(jì)算結(jié)果見表1。

式中：H三天P為某一頻率設(shè)計(jì)三天暴雨量；f 為三天降水過程平均損失率，采用1.2mm/h；tR為降水歷時(shí)，本文取為72h。（表1）

表1 設(shè)計(jì)洪量W 成果表

2 設(shè)計(jì)洪水過程線的推求

Step1：將各站百年一遇設(shè)計(jì)洪水過程線的縱坐標(biāo)Qi換以Qi/Qm，橫坐標(biāo)用時(shí)間ti/T 百分比表示，并將各過程線峰頂重合，點(diǎn)繪在方格紙上；

Step2：經(jīng)修勻調(diào)整后，求得各站概化過程線，根據(jù)漲水陡，退水緩的特點(diǎn)進(jìn)行綜合，分別建立漲水部分與落水部分的Qi/Qm～γ ～ti/T 關(guān)系以供查找；

Step3：通過計(jì)算γ 查表得到一組Qi/Qm～γ ～ti/T 值，T 值乘以ti/T 得ti，Qm值乘以Qi/Qm得Qi，即得ti時(shí)刻的Qi，將（ti，Qi）點(diǎn)繪在方格紙上，繪制一條光滑曲線（曲線需經(jīng)過洪峰Qm點(diǎn)），即為設(shè)計(jì)洪水過程線。

Step4：由于調(diào)洪演算需要等時(shí)段，所以在上面求出的洪水過程線上讀出?t=2h 的流量，也可進(jìn)行線性插值，求出所需的過程線，為簡(jiǎn)化計(jì)算，峰現(xiàn)時(shí)間=12h。

圖1 修正后的陂下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過程線

本文利用推理公式法推求陂下水庫(kù)六種頻率下的設(shè)計(jì)洪水，嚴(yán)格按照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范SDJ22- 79》（試行）和《福建省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》）所列基本公式及具體規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，參數(shù)選擇合理，且由實(shí)測(cè)資料可知，p=0.5%下四都河的天然洪峰流量為1820m3/s, 與推理公式計(jì)算的結(jié)果相差223m3/s，結(jié)果為工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供重要的參考意義。

3 結(jié)論與建議

3.1 綜合得到該區(qū)域小流域設(shè)計(jì)洪水過程的形狀系數(shù)γ大致在0.13～0.16 之間，經(jīng)過修正后得到陂下水庫(kù)設(shè)計(jì)頻率為0.01%、0.2%、0.5%、2%、5%、20%共六種情況下的設(shè)計(jì)洪水過程線，為之后的設(shè)計(jì)施工提供了參考。

3.2 在推求小流域設(shè)計(jì)洪水過程線的問題上，今后可以采用多種方法進(jìn)行對(duì)比分析，如可以采用經(jīng)驗(yàn)公式法和推理公式法同時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，優(yōu)選出更合適的方法對(duì)該流域進(jìn)行應(yīng)用，從而使得推理的結(jié)果更具可靠性。

3.3 建議加快該區(qū)域水文站網(wǎng)的建設(shè)，推進(jìn)氣象資料的整理分析，豐富無(wú)資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手段，為工程設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)可靠的依據(jù)。