中小流域由調查洪水計算設計洪水的方法淺析

鄭 琨

（陜西水環境工程勘測設計研究院 陜西 西安 710018）

本文提出的調查洪水計算設計洪水，主要適用于流域內調查洪水資料相對豐富的陜北無實測水文資料的中小流域。在傳統的幾種方法計算成果相差較大時，采用本流域調查洪水計算設計洪水成果是本流域最直接的洪水成果，有利于合理確定設計洪水成果，是對同類計算方法很好的一種補充。

1 問題的提出

現狀陜北地區中小流域設計洪水計算主要采用地區水文手冊介紹的經驗公式法、推理公式法，以及根據鄰近水文站頻率分析計算成果比擬的水文比擬法。由于水文手冊資料系列僅到1980年，采用資料系列為豐水期，且榆林市地區水文手冊未審查，導致計算成果偏大，幾種方法計算成果均不一致，難以確定合理的計算成果。

2 現有方法計算設計洪水

本文以綏德縣義合鎮處防洪工程設計洪水計算為例。義合河流域面積427km2，河道比降為7.1‰，全流域均屬黃土丘陵溝壑區，義合鎮防洪工程處以上控制流域面積為196km2。義合河流域無水文測站，流域附近水系及水文站布設情況詳見圖1、表1。

表1 義合河流域附近水文站觀測資料系列一覽表

由于設計流域內無水文測站，故義合鎮防洪工程處設計洪水采用洪峰流量匯水面積相關法、綜合參數法、推理公式法和水文比擬法計算。

2.1 洪峰流量匯水面積相關法

洪峰流量匯水面積相關法，計算公式如下：

式中，QN——重現期為N的洪峰流量；

CN、n——重現期為N的地理參數、指數；

F——匯水面積，km2。

根據《榆林地區實用水文手冊》，選取參數。計算的設計洪水的參數及成果見表2。

表2 洪峰流量匯水面積相關法計算洪峰流量成果表

2.2 綜合參數法

依據《榆林地區實用水文手冊》中綜合參數法公式計算洪峰流量。計算公式：

式中，QN——設計頻率為N的洪峰流量，m3/s；

表3 綜合參數法計算洪峰流量成果表

表4 義合鎮段設計流域點雨量成果表 單位：mm

表5 推理公式法設計洪水計算成果表

表6 水文站洪峰流量頻率計算成果表 單位：m3/s

h6——設計頻率為N的設計流域6小時面雨量，mm；

f——流域形狀系數，f＝F/L2；

C、α、β、n——經驗參數，其中10年一遇C值采用已有值外延求得。

計算設計洪水的參數及成果見表3。

2.3 推理公式法推求設計洪水

義合鎮工程末端以上流域面積均為100km2～300km2，根據《榆林地區實用水文手冊》規定，設計點暴雨歷時取12小時，時段取1小時。按照《榆林地區實用水文手冊》中介紹的方法，采用榆林地區實測暴雨洪水資料分析總結的產、匯流規律，分析、確定計算參數，進行產流、匯流計算，推求工程處的設計洪峰流量。計算成果見表4、表5。

2.4 水文比擬法

義合河與岔巴溝同屬無定河流域，流域的氣候、地形及下墊面情況基本相同，屬相似流域，故以岔巴溝曹坪水文站作為參證站，采用水文比擬法計算義合鎮段防洪工程處設計洪水。根據曹坪站1959年～2009年共51年洪峰流量系列，按照《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL44—2006）推薦的方法，以年最大值法選樣，曹坪站洪水系列無調查洪水，按連序系列進行頻率分析。用矩法計算統計參數作為初試值，采用皮爾遜—Ⅲ型曲線目估適線，在適線時著重考慮曲線中、上部較大洪水點據。其頻率曲線詳見圖2，統計參數及不同頻率洪峰流量計算成果見表6。

根據《榆林地區實用水文手冊》，工程處設計洪水按下式計算：

式中，Q設——工程處設計洪峰流量；

Q參——水文站設計洪峰流量；

F設——工程處以上控制流域面積；

F參——水文站控制流域面積，曹坪站控制流域面積為187km2。

工程處設計洪峰流量計算結果如表7。

表7 水文比擬法計算工程處洪峰流量成果表 單位：m3/s

表8為常用的四種方法計算設計洪水成果，從成果中可以看出，幾種方法計算相差較大，推理公式法相較水文比擬法成果偏大近一倍。

3 本流域調查洪水資料

義合河流域歷史洪水以陜西省水利廳1984年12月整編刊印的《陜西省洪水調查資料》和《榆林地區實用水文手冊》為依據，考慮到以上調查洪水資料僅到1980年，本次對近期設計河段大洪水進行了調查，1994年義合鎮段發生大洪水。由于調查洪痕點較多，采用水面線推求法計算1994年設計洪水洪峰流量為1850m3/s。義合河流域歷史洪水情況見表9。

表8 義合鎮段設計洪水計算成果對比表 單位：m3/s

表9 義合河流域歷史洪水調查表

3.1 根據本流域調查洪水計算設計洪水

表10 調查洪水計算均值表

表11 義合河工程處設計洪水頻率計算成果表

圖1 義合河流域及其附近水系及水文站網圖

圖2 岔巴溝曹坪站洪水頻率曲線圖

由表3中可知，將1994年、1914年、1926年三場調查洪水重現期進行排位，分別擬定為100年、50年、33年，借用臨近曹坪站頻率參數（Cv=1.2、Cs=3.0Cv），反推三次大洪水均值分別為303m3/s、307m3/s、326m3/s，三種頻率計算求得的洪峰流量均值接近，說明適線效果良好，采用三者平均值作為設計均值，即312m3/s。計算過程見表10。以此均值，結合上述頻率參數（Cv=1.2、Cs=3.0Cv），計算設計20年一遇設計洪水洪峰流量為1050m3/s，10年一遇設計洪水洪峰流量為718m3/s。義合河工程處設計洪水計算成果見表10。

3.2 成果對比

采用調查洪水計算的設計洪水成果較推理公式法偏小，略大于水文比擬法計算成果。由于本流域調查洪水資料較為齊全，本次采用調查洪水計算工程處設計洪水，由各已知頻率洪水計算均值，采用臨近的小流域曹坪站參數計算求得的設計洪水成果合理可靠，是反映了本流域洪水最直接的計算成果，與水文比擬法成果接近。在多種方法計算設計洪水成果相差較大，采用調查洪水計算成果能夠合理的確定設計洪水成果。

4 總結

在陜北中小流域無實測資料，收集歷史調查洪水成果，并對流域近期大洪水進行詳細調查，計算洪峰流量值。對大洪水進行排序，分析確定其重現期，采用臨近水文站的頻率參數（Cv、Cs/Cv），計算均值，判斷擬合情況，最終合理確定流域洪峰流量均值，計算所需重現期設計洪水。該種方法能直觀的反映本流域洪水特征，是設計洪水計算方法的很好的一種補充，經本次對綏德縣義合鎮的計算可以看出，使用效果良好，可以在中小流域推廣適用。

[1]王國安,李文家.水文設計成果合理性評價[M].鄭州：黃河水利出版社，2002.

[2]葉守澤,詹道江.工程水文學 [M].北京：水利水電出版社，2000.

[3]水利部長江水利委員會水文局等.水利水電工程設計洪水計算手冊[M].北京：水利水電出版社，1995.

[4]水利部.能源部.水利水電工程設計洪水計算規范(SL 44-2006)[S].北京：水利水電出版社，2006.