城區(qū)小流域治理規(guī)劃中的水文分析

左 燕 王光福

（襄陽市水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441003）

1 地理位置及自然地理條件

大李溝流域范圍為東經(jīng)112°00′ ～112°10′，北 緯32°02′ ～32°10′。集水面積83.87km2，河長15.8km，其中從普陀堰水庫至普陀溝口為上段，在樊城區(qū)境內(nèi)，主要以排泄大氣降水及農(nóng)田灌溉回歸水為主，從普陀溝至小清河為下段。

2 大李溝河道出口斷面洪峰流量計算

2.1 水文氣象

大李溝流域內(nèi)設(shè)有樊城雨量站,東經(jīng)112°08′ 88″ ，北緯32°08′ 21″ ，收集了41年的降水資料,多年平均降水量884.0mm。從氣候劃分的范圍上看，處于亞熱帶的北緣，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候類型，具有南北過渡型的氣候特征。

2.2 降水量計算

大李溝流域河道內(nèi)無水文站，缺乏實測水文資料，故無法直接由流量資料推算大李溝河道河口的洪峰流量，大李溝流域洪水分析，采用排澇模數(shù)法和瞬時單位線模型，由暴雨資料推求大李溝河道河口的洪峰流量。采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行頻率分析計算，確定不同頻率降水量;同時由于小流域所在的區(qū)域面積較小，用設(shè)計點暴雨作為設(shè)計面平均暴雨量，分析計算樊城站的雨量資料。由于區(qū)域內(nèi)地表多為農(nóng)田，降水匯流速度快，匯流距離較短，故采用最大24 小時降水資料進行排澇水文計算。

樊城站歷年降水量頻率分析成果

2.3 徑流深計算

采用公式R=α·P

其中：α——徑流系數(shù)；

P——設(shè)計降雨量。地區(qū)的徑流系數(shù)與該地區(qū)的地面覆蓋情況有關(guān)，由于流域經(jīng)濟的發(fā)展，混凝土等不透水地面比例變化大，地面變化增加，地區(qū)的徑流系數(shù)變化較大，一般根據(jù)經(jīng)驗確定徑流系數(shù)。本流域經(jīng)驗徑流系數(shù)取0.50，計算得五十年一遇設(shè)計降雨量形成的徑流深為110mm，二十年一遇設(shè)計降雨量形成的徑流深為88.8mm。

2.4 大李溝設(shè)計洪峰流量計算

2.4.1 用排澇模數(shù)法計算大李溝洪家溝處設(shè)計洪峰流量。在計算中，先求出平均到每平方千米排水面積上的設(shè)計排澇模數(shù)，然后按排水溝設(shè)計斷面所控制的排澇面積求出其排澇流量。本公式考慮了形成最大流量的主要因素，首先是反映了隨著排澇面積的增大及其自然調(diào)蓄作用的增加而排澇模數(shù)減少的情況；其次還考慮了一次徑流過程的峰量關(guān)系等。公式如下：

排澇模數(shù)q=kRmFn

通過仿真得到的導(dǎo)線芯棒應(yīng)力云圖如圖6所示。由圖6可知，導(dǎo)線芯棒耐壓仿真最大應(yīng)力為208.0 MPa，將它作為芯棒耐壓判據(jù)，并將應(yīng)力最大值的80%(即166.4 MPa)作為參考。

排澇流量Q=Fq

式中q——設(shè)計排澇模數(shù)（m3/s.km2）;

R——設(shè)計暴雨產(chǎn)生的徑流深（mm）；

K——綜合系數(shù)；

m——峰量指數(shù)；

n——遞減指數(shù)；

本流域K 取0.03、m 取1、n 取-0.25，大李溝排澇區(qū)面積為83.87km2。

計算得五十年一遇的大李溝出口洪家溝處設(shè)計流量為103m3/s，二十年一遇設(shè)計降雨量形成的大李溝出口洪家溝處設(shè)計流量為82.8m3/s。

2.4.2 用瞬時單位線模型計算大李溝出口洪家溝處設(shè)計洪峰流量。本方法是設(shè)想流域的匯流作用可由串聯(lián)的幾個相同的線性水庫的調(diào)蓄作用來代替，流域出口洪家溝的流量過程便是流域凈雨經(jīng)過這些水庫調(diào)蓄后的出流。瞬時單位線的數(shù)學(xué)方程為：

式中n——線性水庫的個數(shù)；

Г（n）——n的嘎瑪函數(shù)；

K——線性水庫的調(diào)蓄次數(shù)；

求得瞬時單位線后將其轉(zhuǎn)化為時段單位線，公式如下：

式中h——Δt時段內(nèi)流域降h（mm）的凈雨量。

實用計算中瞬時單位線由S（t）曲線轉(zhuǎn)化得來，公式如下：

在采用的雨型中扣除初損和穩(wěn)損后得到凈雨過程，與時段單位線相乘后得到地面徑流過程。加上地下徑流過程后，得到流域出口洪家溝的洪水流量過程，經(jīng)計算得二十年一遇大李溝河道洪家溝處為84.7m3/s，五十年一遇大李溝河道洪家溝處設(shè)計洪峰流量為107m3/s。

3 結(jié)語

設(shè)計洪水計算途徑很多，原則上都能適用于小流域，而排澇模數(shù)法和瞬時單位線法，在大李溝流域設(shè)計洪水計算中，充分考慮了影響流域匯流的各種因素，如流域的形狀、縱坡比降以及流域的植被覆蓋情況等，兩種計算結(jié)果較合理。其結(jié)果可滿足大李溝防洪綜合治理規(guī)劃的要求，符合國家規(guī)范對防洪的規(guī)定和大李溝防洪客觀的實際，并且與城市整體防洪規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。

本文通過典型實例分析計算，充分驗證了排澇模數(shù)法和瞬時單位線模型的可靠性、實用性，對當(dāng)前的小流域水文計算的分析與應(yīng)用有一定的參考價值。

［1］許大明，蔡文祥.水文計算［M］.南京：河海大學(xué)，1994.