瞬時單位線法在移民安置洪水分析中的應(yīng)用

楊碧波

（陜西省商洛水文水資源勘測局，陜西商洛726000）

瞬時單位線法在移民安置洪水分析中的應(yīng)用

楊碧波

（陜西省商洛水文水資源勘測局，陜西商洛726000）

移民安置是解決貧困群眾脫貧的重要舉措，移民安置點洪水分析評價是保證避災(zāi)移民搬遷安置工程安全的重要保障。針對商洛境內(nèi)洪水的特點，采用臨近武關(guān)水文的雨量資料，用瞬時單位線法推求安置點相應(yīng)設(shè)計洪水、洪量、洪水持續(xù)時間，對安置點自身安全、河道行洪、第三方等進行分析評價得出結(jié)論。商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點所采用的設(shè)計標高合理、可靠、是安全的，用瞬時單位線法計算結(jié)果可作為確定商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點設(shè)計洪水分析參考成果。

瞬時單位線；暴雨；設(shè)計洪水；分析

移民安置是解決貧困群眾脫貧的重要舉措，移民安置點洪水分析評價是保證避災(zāi)移民搬遷安置工程安全的重要保障。通過承擔商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點的防洪評價工作，從實際踏勘、測量、計算，完成對本安置點的洪水分析與評價。依據(jù)防洪標準進行洪水計算過程中，分別使用經(jīng)驗公式法、推理公式法、水文比擬法進行洪峰流量計算，這些方法共同的特點是，只反映洪峰流量大小對工程的影響，沒有定量反映出洪水過程及洪水持續(xù)時間對工程安全的影響。瞬時單位線法通過建立流域模型用數(shù)學(xué)公式、S(Q)曲線不僅推求出洪峰流量大小，而且對洪量和洪水持續(xù)時間進行定量分析，通過對洪水三要素的定量分析對安置點自身安全、河道行洪、第三方等進行評價。

1 概況

商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點，位于清油河左岸，預(yù)計安置群眾30戶，114人，占地面積27.0畝，沿河方向長約720m，寬約25m。建設(shè)清油河鎮(zhèn)清油河村河?xùn)|安置點，是清油河鎮(zhèn)城鎮(zhèn)化發(fā)展建設(shè)的迫切需求。根據(jù)中華人民共和國《防洪標準》（GB50201-2013）規(guī)定，本安置點防護區(qū)總?cè)丝谛∮?0萬人，耕地面積均不足30萬畝，安置點防護區(qū)的等級為Ⅳ級，即采用20年防洪標準（重現(xiàn)期）進行設(shè)計。

2 瞬時單位線法

瞬時單位線法是凈雨歷時趨于無限小的情況下，利用數(shù)學(xué)公式、S(Q)曲線等，推求流域上均勻分布的單位凈雨量在流域出口斷面處形成的地面徑流量過程線，由暴雨資料推求流量過程的一種方法，是應(yīng)用水文學(xué)中最基本的分析工具之一，是無水文資料地區(qū)推求設(shè)計洪水的重要方法之一。

2.1 瞬時單位線法原理

瞬時單位線法的原理是采用納希瞬時單位線模型，單位線有兩個假定即倍比假定、疊加假定，其基本公式是：

式中：U(0，t)為t時刻瞬時單位線縱高；n為相當于線性水庫個數(shù)或調(diào)解次數(shù)；為K為相當于流域匯流時間的參數(shù)；t為相應(yīng)時間;Γ（）

n-n的伽瑪函數(shù)。在實際中，因凈雨歷時不可能趨于無線小，需將瞬時單位線轉(zhuǎn)換為時段單位線，一般用S曲線法進行轉(zhuǎn)換，如下式。

將S（t）曲線移后△t，則兩條S曲線的縱高差值除以△t，就是計算時段為△t的單位線，其算式如下。只要求出n、k，查S（t）曲線，可求得單位線q(△t,t)。瞬時單位線的n、k參數(shù)，用矩法計算求得。

2.2 瞬時單位線法優(yōu)點

瞬時單位線法推求設(shè)計洪水與匯水面積法、綜合參數(shù)法和推理公式法相比，優(yōu)點是該方法是建立起流域模型，模擬出設(shè)計標準下的洪水過程，不僅求出了設(shè)計洪峰流量而且推出了設(shè)計洪水總量及設(shè)計洪水持續(xù)的時間，而其他三種方法只是求出了設(shè)計洪峰流量。對于移民安置點項目來說，推算出設(shè)計標準洪水的三要素可對以后的項目區(qū)建設(shè)提供較為科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，更加為評價工程安全及防汛采取措施提供全面支撐。瞬時單位線法計算的核心是凈雨的推求，凈雨推求的關(guān)鍵是找一個恰當?shù)膮⒆C雨量站，隨著中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，雨量站站點密度增加很多，為該方法的使用提供了必要的硬件支撐，是今后無水文資料地區(qū)洪水分析的重要方法之一。

3 瞬時單位線法的應(yīng)用

3.1 參證站資料的三性分析

3.1.1 資料的可靠性分析

本次暴雨量設(shè)計采用了流域中心附近站武關(guān)站的雨量資料，武關(guān)水文站為省級重要水文站。該站按照國家及行業(yè)頒布的技術(shù)規(guī)范和陜西省水文局下達的《測站任務(wù)書》進行資料觀測,其資料經(jīng)武關(guān)水文站整編,商洛水文局審查,陜西省復(fù)審,長江流域機構(gòu)匯編刊印，因此所選用的資料是可靠的。

3.1.2 資料的一致性分析

武關(guān)水文站雨量觀測設(shè)施自設(shè)立以來，位置一直固定，資料系列一致性好。

3.1.3 資料系列代表性分析

武關(guān)站有1959-2015年的57年的實測雨量資料，在樣本數(shù)量上具有一定的代表性。

3.2 設(shè)計洪水推算

清油河鎮(zhèn)清油河村河?xùn)|安置點所在區(qū)域?qū)儆跓o水文資料地區(qū)，本次采用臨近的武關(guān)水文站實測雨量資料，用頻率法推求設(shè)計暴雨，按《商洛地區(qū)實用水文手冊》地區(qū)綜合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）來推求暴雨的時程分配，按蓄滿產(chǎn)流方式進行產(chǎn)流計算，用初損后損法推求地面設(shè)計凈雨推求地面設(shè)計凈雨過程，根據(jù)安置點流域面積，比降和相關(guān)參數(shù)，利用S曲線將瞬時單位線轉(zhuǎn)換為1小時的時段單位線的匯流計算實現(xiàn)由降雨推求設(shè)計洪水過程，從而對項目所在地的安全風(fēng)險進行評估。

3.2.1 推求設(shè)計面暴雨

武關(guān)雨量站位于本流域中心附近，以武關(guān)站為參證站，根據(jù)武關(guān)站1959-2015年57年的雨量資料，分別統(tǒng)計其歷時為1小時、3小時、6小時、12小時和24小時時段內(nèi)最大點降雨量，用頻率法推求20年一遇的設(shè)計暴雨量，見下表3.1。在設(shè)計點暴雨確定后，由點面系數(shù)公式將點雨量換算成面雨量，換算結(jié)果見表1。

表1 在各時段下相應(yīng)頻率的點雨量（單位：mm）

3.3.2 設(shè)計面雨量的時程分配

根據(jù)商洛地區(qū)水文手冊，按地區(qū)綜合概化成典型雨型（用百分比表示）來推求暴雨的時程分配。流域面積大于100 km2的流域選用24小時的設(shè)計暴雨時程分配雨型求其時段降雨量。

3.3.3 時段凈雨推求

由暴雨推求設(shè)計洪水，首先假定設(shè)計暴雨與設(shè)計洪水是同頻率的。根據(jù)我區(qū)水文氣象、地質(zhì)地貌、下墊面等因素確定產(chǎn)流方式為蓄滿產(chǎn)流。①清油河安置點處于長江流域前期影響雨量Pa=2/3Im=53.3 mm,土壤最大蓄水量Im=80.0 mm；②初損量的計算：P初損=Im/3=26.7 mm，根據(jù)商洛地區(qū)實際，在推流中采用一次扣除的方法，即蓄滿產(chǎn)流的概念，當本降雨加上設(shè)計情況下Pa達到Im時，全部為損失，然后所有雨量則全面產(chǎn)生徑流；的因此按蓄滿產(chǎn)流方式計算設(shè)計過程的凈雨過程。③扣除潛流量，商洛地區(qū)潛流量占產(chǎn)流總量的20%，潛流量的計算右產(chǎn)流總量乘以潛流所占的百分比除以產(chǎn)流時段所得。④地面凈雨過程：從各時段的地面凈雨量中，分別扣除初損和潛流量逐時段扣除得到地面凈雨過程。

3.3.4 推求設(shè)計洪水

（1）根據(jù)《商洛地區(qū)水文手冊》，結(jié)合清油河安置點流域面積、比降和地區(qū)綜合參數(shù)確定m1,m2。

①造峰雨歷時tp確定，公式如下：

式中：F為流域面積（km2）;為主河道平均比降（‰），取整后求得tp是5小時。

②造峰平均雨強確定，公式如下：ip=htp/tp=17.1 mm/小時

③m1和m2的確定，公式如下：

（2）計算n、k值,公式如下：n=1/m2=1.74，

（3）用S（t）曲線將瞬時單位線轉(zhuǎn)化成1毫米的1小時的時段單位線

由n值在商洛地區(qū)水文手冊S（t）曲線表中查出不同t/k所相應(yīng)的S（t）值，并按t=t/k×k，求出t值，以0為起始時間，S（t）為縱坐標，t為橫坐標做出S（t）曲線，見圖1。根據(jù)S（t）曲線，每隔1小時讀取一個S（t）值，生成一列S（t）值；將S（t）值錯后一個△t值得出另一列S（t）值；同一時間t的S（t）值相減即為1小時無因此單位線。按Q=1×F/3.6△t,求出總量為1毫米的1小時單位線。

（4）設(shè)計洪水過程

圖1 清油河村安置點20年一遇時段單位線S(t)曲線圖

時段單位線分別乘以各時段的凈雨量，按錯開一個時段相疊加，得地面徑流過程，計算出各時段的潛流量，基流量與地面徑流過程相加，即為設(shè)計洪水過程，見圖2。經(jīng)計算，本工程區(qū)20年一遇設(shè)計洪峰流量為970 m3/s。洪水總量約2029萬m3，洪水持續(xù)時間約15小時。

4 設(shè)計洪水分析評價

圖2 清油河村安置點20年一遇設(shè)計洪水過程線圖

采用瞬時單位線不僅能計算出洪峰流量，而且能得到洪水總量和洪水持續(xù)時間，對分析工程安全有重要指導(dǎo)作用。

4.1 洪峰流量

洪峰流量反映出本工程設(shè)計洪水位高度。依據(jù)洪水演算推求設(shè)計水面線，確定工程安全標高。分析工程安全性。根據(jù)本工程的設(shè)計洪峰流量，經(jīng)演算得到了設(shè)計洪水位，考慮設(shè)計標高，與設(shè)計地面高程比較（見表1），可以看出商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點所采用的設(shè)計標高合理、可靠考慮、是安全的。

4.2 洪水總量

洪水總量反映河槽蓄水量，洪量大小也威脅堤防及護岸的安全，護岸工程受洪水長時間侵泡易造成垮塌，需要根據(jù)洪水侵泡情況采取護岸加固方法。本工程20年一遇設(shè)計洪量達到2029萬m3，為確保護岸不垮塌，不影響第三方和河道現(xiàn)有堤防安全提出對護岸加固選材提出建議，需采用耐浸泡不易造成坍塌的M7.5漿砌石護坡。

4.3 洪水持續(xù)時間

洪水持續(xù)時間決定防洪的物資準備、人員調(diào)遣等。本工程20年一遇設(shè)計洪水持續(xù)時間為15小時，在防汛方面需要做好防汛物資準備和人員調(diào)遣方面的工作，防汛應(yīng)急照明需要滿足15小時，防汛人員按每班8小時需要2班人員參與防汛搶險工作。

表1 商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點設(shè)計高程復(fù)核表

5 結(jié)語

移民安置點設(shè)計洪水分析的重點是設(shè)計洪水的推求，本次用瞬時單位線法推求洪水，既得到了洪峰流量，又得到了洪量、洪水持續(xù)時間，確定的設(shè)計洪水、洪水位、洪水時間等，為評價行洪安全、第三方安全以及自身防洪安全提供科學(xué)依據(jù)。經(jīng)綜合分析評價，可以看出商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點所采用的設(shè)計標高合理、可靠、是安全的；護岸加固需采用耐浸泡不易造成坍塌的M7.5漿砌石護坡；防汛搶險時應(yīng)備足防汛物資，防汛人員應(yīng)安排2班人員等。用瞬時單位線法計算結(jié)果可作為確定商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點設(shè)計洪水分析參考成果。隨著中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，雨量站站點密度增加很多，為該方法的使用提供了必要的硬件支撐，該方法建立水文模型，具有較高的技術(shù)含量，值得在今后無水文資料地區(qū)洪水分析中應(yīng)用。

Application of Instantaneous Unit Line Method in Resettlement Flood Analysis

Yang Bibo
（Shaanxi Province ShangluoHydrologyand Water Resources SurveyBureau Shangluo726000,Shaanxi）

Resettlement is an important measure to solve the poverty alleviation of poverty-stricken people.The analysis and evaluation of the resettlement sites is an important guarantee toensure the safety of evacuation and resettlement.According tothe characteristics of the flood in Shangluo,Using the rainwater data near Wu Guan hydrological data,the instantaneous unit line method is used to calculate the corresponding design flood,flood volume,flood duration,then analyzes and evaluates the safety ofthe settlements,river floods,third parties and get the conclution.The design standard of Qingyouhe Village,Qingyouhe Village,Qingnanhe Town,Shangnan County is reasonable,reliable and safe.The result of calculation method with instantaneous unit line method can be used as the result of the design of flood analysis of Qingyouhe Village,Qingyouhe Town, Shangnan County.

The instantaneous unit line method,the rainstorm,the design flood and toanalyze

TV122

B

1673-9000（2017）04-0006-02

2017-06-01

楊碧波（1982-），女，陜西藍田人，工程師，主要從事水文水利計算，水資源評價等工作。