基于小流域設(shè)計洪水計算方法的研究

郭成建 況衛(wèi)明

摘 要：對小型水庫除險加固工程無實測資料的小流域設(shè)計洪水計算問題進行探討，運用推理公式法計算了牛尾合潭流域涉及洪峰流量，并通過建立洪峰流量與流域特征值的復(fù)相關(guān)關(guān)系，對推理公式計算成果進行了復(fù)核。復(fù)相關(guān)關(guān)系法理論充分，成果可靠，可為小流域設(shè)計洪水計算成果合理性分析提供參考。

關(guān)鍵詞：特小流域;設(shè)計洪水;計算方法;合理性

中圖分類號：TV122文獻標識碼：A

1 研究背景

通過對江西省現(xiàn)狀小型水庫除險加固設(shè)計中設(shè)計洪水計算方法調(diào)研，小型病險水庫加固前，大部分水庫沒有水文基本資料和水文分析計算成果。從調(diào)查的四十多座水庫除險加固設(shè)計看，水文計算基本都是采用《江西省暴雨查算手冊》[1][2]來進行復(fù)核和計算的，少數(shù)用鄰近水文站點的歷年水文數(shù)據(jù)驗證成果的合理性。因設(shè)計洪水計算成果直接關(guān)系到工程除險加固設(shè)計質(zhì)量、投資大小和工程安全，設(shè)計洪水計算成果的合理性顯得尤為重要。

根據(jù)江西省實際特點，小型水庫尤其小二型水庫涉及流域往往為特小流域（流域面積小于10km2），特小流域與其他類型流域相比，除集水面積小之外，在暴雨洪水產(chǎn)流、匯流方面也具有獨特的特點。本文結(jié)合牛尾合潭流域運用手冊查算法計算設(shè)計洪水，同時運用其它不同計算方法對其成果進行橫

向比較分析其合理性，對指導(dǎo)小型水庫除險加固工程中特小流域設(shè)計洪水計算提供參考。

2 設(shè)計洪水計算方法

牛尾合潭水庫位于大余縣新城鎮(zhèn)樟樹下村境內(nèi)，壩址以上集雨面積為3.55km2，主河道長4.98km，主河道平均縱比降為0.029，坐落章江窯下河牛尾合潭水上，整個流域范圍內(nèi)山青水綠，上游兩岸植被良好，人類活動影響小，水土流失影響不明顯。牛尾合潭水庫壩址處無雨量站，流域上下游無水文測站，沒有實測的流量資料.

2.1 推理公式法

暴雨統(tǒng)計參數(shù)采用《江西省暴雨洪水查算手冊》[3]進行查算，成果見下表。

2.1.1 產(chǎn)流計算

依據(jù)《江西省暴雨洪水查算手冊》，采用推理公式法計算設(shè)計流量時，視流域面積大小采用1h或3h為時段的暴雨雨型進行分配計算。本次采用控制時段△t=1h，按《手冊》中提供的暴雨時段分配比例，求的各頻率下的時段暴雨分配?！督魇”┯旰樗樗闶謨浴钒旬a(chǎn)流分區(qū)共分為九個區(qū)域，本工程在第II區(qū)。該區(qū)流域最大蓄水量IM取值110mm，前期土壤含水量Pa取值70.0mm，設(shè)計頻率P=3.33%下的下滲率計算取用經(jīng)驗公式fc=0.196I求得?？鄢鯎p和穩(wěn)滲，從而計算出各頻率24h凈雨過程。

2.1.2 匯流計算

匯流計算推理公式法[4]如下：

Qm=0.278·h·F/τ（1）

τ=0.278L/（mJ1/3Q1/4）（2）

式中：θ= L/J1/3;m=0.492（L/J1/3）0.164;Qm為洪峰流量，m3/s;h 在全面匯流時段表示相應(yīng)于τ時段的最大凈雨，在部分匯流時段表示單一洪峰的凈雨，mm。

推理公式法匯流計算僅能估算洪峰流量。本例運用推理公式法推求得設(shè)計頻率P=33.3%設(shè)計洪峰流量為37.1m3/s。

2.2 設(shè)計洪水與流域特征值復(fù)相關(guān)關(guān)系法

在設(shè)計洪水計算中，流域特征基本不影響設(shè)計暴雨量計算及產(chǎn)流過程的分析，主要影響匯流過程分析。因此，根據(jù)李科國[5]等在特小流域設(shè)計洪水計算中的研究成果，依據(jù)產(chǎn)匯流計算分區(qū)，選擇大于10km2的多個流域分析設(shè)計洪水與流域特征值的相關(guān)關(guān)系，建立設(shè)計洪峰流量與流域面積F次方、河道比降J，與河道長L 的復(fù)相關(guān)關(guān)系，以此尋求計算特小流域設(shè)計洪峰流量的方法。[6][7]本文參照其理論建立了適用于江西省產(chǎn)匯流II區(qū)的特小流域設(shè)計洪峰流量與流域特征值復(fù)相關(guān)關(guān)系公式如下：

Qm（p=3.33%）=96.018×（FJ0.1550L0.90511.2682（3）

將本項目牛尾合潭流域特征值帶入上式，計算得設(shè)計頻率P=33.3%設(shè)計洪峰流量為37.8m3/s。

3 結(jié)語

本文牛尾合潭流域設(shè)計洪水計算采用了傳統(tǒng)的推理公式法和設(shè)計洪水與流域特征值復(fù)相關(guān)關(guān)系法兩種方法分別計算。從設(shè)計洪峰流量計算成果看，兩種方法計算成果相差不大，復(fù)相關(guān)法過程相對簡單，只要在同產(chǎn)匯流分區(qū)，建立復(fù)相關(guān)關(guān)系既能通過影響暴雨洪水特性的流域特征參數(shù)計算出設(shè)計洪峰流量，可方便用于小流域設(shè)計洪水計算成果的合理性分析。

參考文獻：

[1]郭生練.設(shè)計洪水計算方法研究進展與評價[J].水利學(xué)報，2016，47（3）：302-314.

[2]梁海宏.缺乏資料的小流域洪水細算方法分析[J].陜西水利，2018，4：196-198.

[3]江西省水文局.江西省暴雨洪水查算手冊[M].南昌：江西省水文局，2010.

[4]趙銀玲.基于產(chǎn)匯流理論的設(shè)計洪水推理公式法改進[J].人民長江，2018，49（20）：29-34.

[5]李國科.特小流域暴雨洪水分析[J].人民長江，2017，48（16）：6-9.

[6]水利部長江水利委員會水文局、水利部南京水文水資源研究所.水利水電工程設(shè)計洪水計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[7]袁慰平，張令敏，黃新芹，等.計算方法與實習(xí)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1991.

基金項目：江西省水利廳科技項目“小型水庫除險加固設(shè)計實用技術(shù)研究”（KT201536）

作者簡介：郭成建（1988-），男，碩士，主要從事水文與水資源相關(guān)工作。