山丘區小流域設計洪水不同計算方法對比分析

潘倩婧+李陽

摘要：該文主要研究利用不同的方法：推理公式法、單位線法以及用流量資料法推求裴河的洪峰以及洪水過程線，并對計算結果進行對比分析

關鍵字：推理公式法；單位線法；流量資料

流域概況

裴河小流域位于河南省信陽市新縣境內，屬淮河流域潢河水系。新縣地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，屬大陸性濕潤季風氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，年平均降水量1313.8。裴河小流域控制流域面積為21.32km2，河長為9.3km，比降為0.03，該流域內有裴河水文站及裴河和楊灣2個雨量站。其中設計頻率分別取1%2%5%10%20%

基本資料

1、《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》簡稱《84圖集》

2、裴河小流域單位線

3、裴河水文站實測洪水資料

計算流程

由上述小流域概況得知流域面積F=21.32km2年平均降水量P=1313.8mm河長L=9.3km比降J=0.03

一利用推理公式法計算裴河小流域設計洪峰

1.計算雨力Sp

①查圖集得該流域集水面積中心點24小時平均雨量為130mm

Cv=0.55 n2=0.65 n3=0.7

②查《水文水利計算第二版》得，山區與平原的CS/CV在3.0～3.5之間，一般山區的均值略大于平原地區所以比值取3.5

③查P-Ⅲ型曲線的模比系數Kp值表不同設計頻率下的模比系數

④公式P24，P=Kp*P24，p和Sp=P24，p/t1-n3計算得設計雨量P24，p和雨力Sp

2.計算匯流參數m

①流域特征因素

②查圖集m=0.9

3.計算產流歷時tc

①查圖集得Ⅰ區的μ值為2-3mm/h之間，這里取中間值μ=2.5mm/h

②則產流歷時由 計算得

4.試算洪峰流量Qm

①假定一個Qm，根據公式τ=0.278*L/mJ1/3Qm1/4計算匯流時間τ，由于計算出來τ均在1～6h之間，因此在試算過程中暴雨遞減指數取n2=0.65

②計算洪峰徑流系數ψ

③算Qm，根據公式 計算

④算/Qm-Qm'/當/Qm-Qm'/<0.5時，所得Qm即為所求

試算過程均用excel計算得，最終求得Qm

二由單位線推求洪水過程線

1.設計暴雨的推求

前邊已經求得設計雨量

2.設計凈雨的推求

設計凈雨深一般用24小時降雨量查山丘次降雨徑流關系P + Pa～R曲線求得

①Pa為前期影響雨量，50年一遇以上暴雨Pa=Imax，10～20年一遇Pa=2/3Imax，5年一遇為1/2 Imax（Imax為最大初損值）

②查圖集得它的Imax=50

③查圖集得出24小時徑流深R24

④由公式 計算得 H6p Htp為t時段設計頻率為P的點雨量

⑤由公式R6=R24*H6p/H24p計算得6小時凈雨深R6，H6p為同頻率設計年最大6小時雨量

⑥根據84圖集中《24小時凈雨概化時程分配表》將不同頻率下的P24進行分配得設計凈雨

3.推求洪水過程線

根據給定單位線和求出的設計凈雨應用VB程序求得洪水過程線

三由流量資料推求洪水過程線

1.洪水資料的分析與處理

①洪水資料的審查

②洪水資料的選樣

2.洪水頻率計算

將各年洪峰流量進行從大到小排列，應用經驗頻率計算公式：Pm=m/n+1進行頻率計算

3.洪水頻率曲線參數計算

①在這里選用P-Ⅲ型曲線作為洪水特征的頻率曲線線型

②根據公式 ，算出各流量的均值Ex和變差系數Cv

③Cs初值根據Cv的大小確定

若Cv<0.5，Cs=3～4 Cv若Cv>0.5，Cs=2～3Cv

④將排頻后的數據導入“P-Ⅲ頻率曲線適線軟件”，根據其配線擬合度和Cs與Cv比值進行配線，選出最優曲線。在曲線中讀出要求設計頻率的設計流量值

4.設計洪水過程線的推求

①典型洪水過程線的選擇

從給定的裴河小流域流量資料中，根據“峰高量大、主峰偏后”的原則進行選擇，最終選取82年的流量資料作為典型洪水過程線

根據前邊插值的結果，讀出1982年典型洪水的洪峰流量，最大一天的流量，最大三天的流量，最大五天的流量

②同頻率放大法推求洪水過程線

根據公式

求出放大倍比

根據求得的放大倍比對典型洪水過程線進行放大，最后根據水量平衡原理進行修勻

計算結果對比分析

一對比分析3種方法設計洪峰計算結果

將三種方法計算的洪峰流量綜合到一起，用三種方法求得的洪峰流量都有很大差距，并由推理公式算得的各頻率的洪峰流量最大，單位線法求得的次之，由流量資料求得的最小

有以下幾方面導致不同方法計算結果不同

1.推理公式是根據歷史統計的該流域的綜合情況求得的，相對于實際情況就會偏大

2.推理公式法假定雨洪同頻，并且假定降雨強度不隨時間變化，但實際情況并非如此，會受到各種氣候因素和下墊面以及人為因素的影響

3.單位線法在進行凈雨時程分配的時候也是根據多年經驗進行分配，可能與當時實際情況有些不符

4.流量資料推求的資料不夠完整，在插補延長過程中會有偏差

二對比分析2種方法的洪水過程線

將兩種方法的洪水過程線在同一個圖上進行比較

由單位線法和流量資料在同頻率下的對比可以看出，單位線法推求的洪水過程線稍“胖”，呈單峰，由流量資料推求的洪水過程線偏“瘦”，存在復峰，且單位線法的洪水過程線均高于由流量資料求得的

分析其原因主要是，單位線法是根據24小時凈雨概化時程分配計算得到的，而流量資料是根據實測的典型洪水由同頻率放大法得到的，不同時段放大倍比不同會使洪水過程線有多個峰

參考文獻：

[1]劉家宏，王浩，高學睿，陳似藍，王建華，邵薇薇.城市水文學研究綜述[J].科學通報，2014，59（36）：3581-3590

[2]芮孝芳，劉方貴，邢貞相.水文學的發展及其所面臨的若干前沿科學問題[J].水利水電科技進展，2007（01）：75-79

作者簡介

潘倩婧（1996.9-）女，漢族，河南省靈寶市，身份證號411282199609102642， 本科生，研究方向：水文與水資源工程

李陽（1996.3-）男，漢族，青海省西寧市，身份證號632223199603050572，本科生，研究方向：水文與水資源工程