新舊手冊圖集推理公式法的應(yīng)用分析

楊 敏，李 妍

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院,陜西 西安 710001）

水文計算中,設(shè)計洪峰流量通常采用地區(qū)水文手冊中羅列的多種方法進行計算、對比和選用,因而水文手冊中計算參數(shù)的選用具有較為重要的意義。2021 年5 月,《陜西省水文手冊》（以下簡稱《省手冊》）通過了水利廳組織的專家評審,于同年7 月正式進入試用階段。以霸王河渡槽百年一遇設(shè)計洪水為例,分別選用《寶雞市實用水文手冊》（以下簡稱《寶雞手冊》）、《陜西省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》（以下簡稱《省圖集》）、《省手冊》三本圖集手冊進行推理公式法推求設(shè)計洪水,以此分析新舊圖集手冊關(guān)于推理公式法參數(shù)變化對計算成果的影響。

1 流域概況

霸王河為渭河一級支流,發(fā)源于秦嶺北麓,河流上游分為東、西兩岔,流向由南向北；兩溝交匯后,繼續(xù)北流,在響水石與李家河匯合之后稱為霸王河,霸王河流經(jīng)營頭鎮(zhèn)、金渠鎮(zhèn)的河東村、第二坡村、紅星村之后于教坊村北流入渭河。

霸王河流域面積156.8 km2,河長34.8 km,河道平均比降40.9‰,峪口以上呈“V”型河谷,峪口以下呈帶狀。霸王河渡槽位于霸王河下游營頭村附近,控制斷面以上流域面積143 km2,河長25.5 km,平均比降59.7‰。

2 計算方法

根據(jù)設(shè)計暴雨推求一般假定設(shè)計暴雨與相應(yīng)的設(shè)計洪水同頻率,從而由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水,分為產(chǎn)流計算和匯流計算兩部分。

產(chǎn)流計算主要為設(shè)計暴雨歷時、設(shè)計面暴雨量、設(shè)計暴雨的時程分配和凈雨計算,匯流計算主要為根據(jù)凈雨過程用推理公式計算匯流歷時和設(shè)計洪峰流量。

推理公式的基本關(guān)系式為《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》附錄B 所列基本形式,基本公式為：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；h 為全面匯流時相應(yīng)于τ時段的凈雨,部分匯流時代表單一洪峰的凈雨,mm；F 為流域面積,km2；τ為流域匯流歷時,h；m 為匯流參數(shù)；L 為沿主河道從出口斷面至分水嶺的最長距離,km；J 為沿流程L 的平均比降,以小數(shù)計；α、β為經(jīng)驗性指數(shù)。

3 不同圖集手冊參數(shù)選用

霸王河流域位于寶雞市眉縣,分別查《寶雞手冊》《省圖集》《省手冊》相關(guān)參數(shù)及附圖,暴雨歷時采用24 h 進行設(shè)計洪水計算。

3.1 產(chǎn)流參數(shù)

查《寶雞手冊》暴雨分區(qū)圖（圖1）,霸王河流域處于秦嶺北麓、西部山區(qū)暴雨區(qū),屬濕潤半濕潤地區(qū),地表植被較好,產(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主,參數(shù)選用見表1。

圖1 m 與的變化關(guān)系圖

查《省圖集》暴雨相似區(qū)分區(qū)圖和產(chǎn)匯流參數(shù)分區(qū)圖,霸王河流域處于暴雨分區(qū)Ⅱ南、產(chǎn)匯流分區(qū)Ⅱ南-西,屬濕潤半濕潤地區(qū),產(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主,參數(shù)選用見表1。

查《省手冊》陜西省暴雨相似區(qū)分區(qū)圖（附圖45）和陜西省產(chǎn)匯流參數(shù)分區(qū)圖（附圖46）,霸王河流域處于暴雨相似分區(qū)Ⅱ2、產(chǎn)匯流分區(qū)Ⅱ2-1,產(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主,參數(shù)選用見表1。

表1 產(chǎn)流參數(shù)表 單位：mm

查圖集手冊的1 h、3 h、6 h、12 h、24 h 均值、CV等值線圖,設(shè)計雨量計算見表2。

表2 暴雨參數(shù)表

3.2 匯流參數(shù)

表3 和m 計算參數(shù)表

表3 和m 計算參數(shù)表

4 產(chǎn)、匯流計算

4.1 產(chǎn)流計算

查圖集手冊,其中《寶雞手冊》和《省圖集》關(guān)于渭河南24 h 分配雨型一致,根據(jù)雨型進行24 h 的雨量分配見表4。

表4 雨量分配表 單位：mm

4.2 匯流計算

采用圖解法推求設(shè)計洪水,由產(chǎn)流計算得到的凈雨過程計算∑ht/t,帶入式（1）及假定不同Qm帶入式（2）得到兩條曲線,交點處即為所求匯流歷時及設(shè)計洪峰流量,計算成果見表5。

表5 設(shè)計洪峰計算成果表

5 成果對比分析

將圖集手冊計算過程中主要變化的產(chǎn)、匯流參數(shù),包括等值線暴雨均值、CV、及m 分別統(tǒng)計,見表6。

表6 產(chǎn)、匯流參數(shù)及設(shè)計洪水成果

續(xù)表6

從暴雨等值線圖來看,《寶雞手冊》與《省圖集》的設(shè)計暴雨參數(shù)在短歷時（1h、3h）一致,在長歷時（6h、24h）略有不同,而《省手冊》各歷時暴雨參數(shù)相比則均減?。?h、3h、6h、24h 暴雨均值分別為《寶雞手冊》的88%、86%、70%、86%,《省圖集》的88%、86%、70%、86%；1 h、3 h、6 h、24 h 的CV分別為《寶雞手冊》92%、92%、100%、77%,《省圖集》的92%、83%、100%、73%。

暴雨等值線圖發(fā)生較明顯的變化：《省手冊》24 h 設(shè)計面雨量為《寶雞手冊》的70%,為《省圖集》的67%,減小幅度分別為30%、23%。

產(chǎn)流分析中土壤最大含水量Im與扣潛百分比在《寶雞手冊》與《省圖集》中一致,《省手冊》重新率定了Im,相比其他圖集手冊,Im增大,則前期初損I0 對應(yīng)增大；扣潛百分比減小,綜合計算后凈雨減?。骸妒∈謨浴?4h 設(shè)計凈雨為《寶雞手冊》的81%,為《省圖集》的68%,減小幅度分別為19%、32%。

從計算成果來看,《省手冊》推求霸王河渡槽以上流域百年一遇洪水成果相比其他圖集手冊明顯變小,為《寶雞手冊》的70%,《省圖集》的65%,減小幅度為30%,35%。

不同圖集手冊各主要因素變動幅度見表7,為初步確定對設(shè)計洪峰成果影響較大的因子,將上述不同變幅的產(chǎn)匯流過程做不同方案進行計算成果的對比分析,計算分析結(jié)果見表8。

表7 省手冊與其他圖集手冊變化幅度對比 單位：%

表8 不同方案成果對比表

由上表可知：①采用《省手冊》產(chǎn)流過程,對比《寶雞手冊》和《省圖集》設(shè)計洪峰流量降幅為4.64%；②采用《省手冊》匯流過程,對比《寶雞手冊》和《省圖集》設(shè)計洪峰流量降幅在25%～32%。

分析可知：不同圖集手冊推理公式法計算洪峰流量的主要影響因子為暴雨等值線圖變化。

6 結(jié)語

在本文中,推理公式法《省手冊》計算成果相比于《寶雞手冊》和《省圖集》計算成果,《省手冊》計算成果有較大變化,且各歷時設(shè)計暴雨等值線圖的變化為設(shè)計洪水成果變化的主要影響因素。

在后續(xù)工作實踐中,還應(yīng)通過實際工作對《省手冊》應(yīng)用進行進一步的驗證。