小流域水文流量計(jì)算方法分析

蔡振華 葉永清

1.浙江省松陽縣水利局 浙江 麗水 323400；2.浙江天禹信息科技有限公司 浙江 杭州 310000

引言

對(duì)于水利工程設(shè)計(jì)而言,水文流量分析屬于基礎(chǔ)性工作,將會(huì)直接影響整個(gè)工程規(guī)模,與工程投資力度密切相關(guān)。因此,針對(duì)水利工程建設(shè),要求相關(guān)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域水文流量分析,通過查閱并合理利用相關(guān)資料,充分認(rèn)識(shí)到區(qū)域間的差異,選擇正確的計(jì)算方法,確保計(jì)算準(zhǔn)確率。

1 工程案例

某水利工程主要組成包括大壩、壩后電站等。壩頂長度、最大壩高分別為135m、447m,集雨面積98.90km2,洪水標(biāo)準(zhǔn)屬于50年一遇,有小型水庫位于大壩46km處,處于山區(qū)地帶,壩高、壩頂長分別為225m、136m,洪水標(biāo)準(zhǔn)屬于30年一遇。

2 水文流量計(jì)算

2.1 計(jì)算方法 參考推算原理,可區(qū)分推算設(shè)計(jì)流量,主要分為有、無流量觀測(cè)資料。其中,無觀測(cè)資料情況較為常見,在推算設(shè)計(jì)流量方法中,包括調(diào)查歷史洪水位、暴雨成因原理推算等。例如,暴雨推理法、徑流形成法。

在計(jì)算過程中,應(yīng)充分考慮集雨面積,根據(jù)上游水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合下泄流量設(shè)計(jì)值,獲取設(shè)計(jì)洪水。以上游水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)作為參考,如果設(shè)計(jì)洪水存在超出情況,應(yīng)判斷是否會(huì)出現(xiàn)上游水庫洪水潰壩現(xiàn)象,并將其考慮在水文流量計(jì)算中[1]。

具體而言,在上游水庫中,以潰壩水流作為重點(diǎn),要做好相應(yīng)的計(jì)算工作。在水利工程中,該類水壩多以均質(zhì)土壩為主,如果出現(xiàn)潰壩情況,將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)沖擊力,在短時(shí)間內(nèi),決口處就會(huì)出現(xiàn)斷面,并且穩(wěn)定性較高。因此,在上游水庫中,應(yīng)落實(shí)瞬時(shí)潰壩處理,確保壩穩(wěn)定性。在該項(xiàng)工作中,觀察水流流態(tài),主要呈現(xiàn)不連續(xù)波運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此,要明確潰壩水流計(jì)算相關(guān)公式,對(duì)最大流量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算,并進(jìn)一步完成壩址流量過程線的推導(dǎo),使計(jì)算可靠性得以提升。無論是在潰壩洪水方面,還是在流量過程線方面,針對(duì)傳播時(shí)間而言,均具有特殊性,與最大流量時(shí)間等相關(guān)因素均具有一定的聯(lián)系。

2.2 計(jì)算要點(diǎn) 圍繞水文流量計(jì)算,經(jīng)研究可發(fā)現(xiàn),該項(xiàng)工作具有特殊性,與數(shù)學(xué)計(jì)算相比,水文計(jì)算同樣存在在方法、運(yùn)算方面的誤差,并且自身還存在原始誤差,在三種誤差共同作用下,進(jìn)一步形成了總誤差。因此,要求工程應(yīng)切實(shí)提升對(duì)水文計(jì)算中誤差出現(xiàn)的關(guān)注度,做好總誤差控制,以工程實(shí)際情況出發(fā),合理預(yù)估各類誤差情況,使水文計(jì)算能夠具有更高的精確度。

由于地處偏遠(yuǎn)山區(qū),小流域通常不具有完善的實(shí)測(cè)資料,因此,在水文計(jì)算中,應(yīng)借助相關(guān)暴雨資料,推導(dǎo)出相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水。在這一過程中,具體分為三個(gè)部分。首先,經(jīng)頻率分析法,在制定頻率下,獲取不同時(shí)間設(shè)計(jì)雨量,并了解相關(guān)暴雨過程,這也被稱為推進(jìn)設(shè)計(jì)暴雨。其次,將設(shè)計(jì)暴雨中存在的損失進(jìn)行扣除,得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)凈雨,最后,針對(duì)設(shè)計(jì)凈雨,可借助多種方式,完成相應(yīng)的匯流計(jì)算,進(jìn)而確定整個(gè)設(shè)計(jì)洪水過程,主要使用方法為單位線法。

使用暴雨資料,完成相關(guān)推導(dǎo)工作,應(yīng)做好以下方面控制。如果所處地區(qū)為山區(qū),在計(jì)算匯流洪峰中,可使用原農(nóng)科院公式,通過合理利用相關(guān)公式,提高計(jì)算水平。同時(shí),在使用直線內(nèi)插法時(shí),要合理分析頻率內(nèi)插法,并做好管控工作,以KP值作為參考,完成內(nèi)插求解,確保暴雨資料推導(dǎo)的有效性。

3 收集審查水文資料

小流域主要指小型溝、谷,匯水面積多在100km以下。在應(yīng)用不同推算原理的情況下,可對(duì)推算設(shè)計(jì)流量進(jìn)行分類。其一為應(yīng)用流量觀測(cè)資料,對(duì)推算設(shè)計(jì)流量進(jìn)行確定,但是因?yàn)樾×饔蚝恿髅娣e有限,通常不配備水文站,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)資料的有效收集,因此,該方法常見度較低。其二為在無觀測(cè)資料的情況下,完成推算設(shè)計(jì)流量,借助有效調(diào)查,獲取相關(guān)洪峰流量因素,并應(yīng)用計(jì)算工作,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)流量的有效推算,在小流域河流中,該方法較為多見。小流域組成為微流域,圍繞自然流域,落實(shí)邊界劃分,通過構(gòu)建流域拓?fù)潢P(guān)系,能夠集中實(shí)現(xiàn)自然集水單元?jiǎng)澐帧Ｈ绻×饔蛱幱诙嗫h級(jí)行政區(qū)內(nèi),以此作為界限,小流域?qū)?huì)得到進(jìn)一步分割,形成小流域亞單元。在這一過程中,應(yīng)切實(shí)落實(shí)有效治理工作,合理調(diào)整水土資源開發(fā)與利用,做好水土保持工作。可將生物、農(nóng)業(yè)技術(shù)有機(jī)應(yīng)用到工程中,切實(shí)提升工程綜合效益。

水文基本資料與最終水文計(jì)算結(jié)果、工程經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)具有一定的關(guān)聯(lián)性。因此,針對(duì)基本資料收集工作,需要相關(guān)部門提高重視度,做好資料準(zhǔn)確性把控,合理落實(shí)各項(xiàng)處理工作。在這一過程中,應(yīng)明確區(qū)域基本水文、氣象資料,并收集氣溫、氣壓等資料,并將對(duì)資料的測(cè)驗(yàn)、整編、復(fù)核過程體現(xiàn)在設(shè)計(jì)中,并標(biāo)注相應(yīng)的計(jì)算方法,做好資料準(zhǔn)確度分析。

建立在有效水文資料審查基礎(chǔ)上,落實(shí)水文計(jì)算工作。如果發(fā)現(xiàn)水文資料存在問題,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行改正,并予以插補(bǔ)延長。正常而言,插補(bǔ)延長主要應(yīng)用在水文氣象相似區(qū)域資料中,檢驗(yàn)論證方法包括集水面積比檢驗(yàn)論證、徑流相關(guān)檢驗(yàn)論證等。使用插補(bǔ)延長,應(yīng)以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為參考,合理分析參證站參數(shù)相關(guān)性,經(jīng)有效實(shí)測(cè)后,完成插補(bǔ)延長,并進(jìn)一步測(cè)量年徑流量系列情況,對(duì)比行業(yè)規(guī)范,檢查流域面積比是否存在超出行業(yè)規(guī)定情況,觀察同一氣候區(qū)兩個(gè)流域存在情況[2]。

結(jié)論

綜上所述,通過深入研究水文流量計(jì)算方法,并將其合理應(yīng)用在工程建設(shè)中,可獲取到更加準(zhǔn)確的壩庫容情況,在保障區(qū)域抗旱、水量要求的同時(shí),提升壩效益。企業(yè)應(yīng)以區(qū)域發(fā)展視角出發(fā),充分考慮區(qū)域水文條件,選擇相應(yīng)的計(jì)算形式,加強(qiáng)計(jì)算人員培訓(xùn),有效提升流量計(jì)算準(zhǔn)確性。