等雨量線法在中小流域設計洪水面暴雨計算中的工程應用探討

謝 勇，王巧霞，曹立志

(1.四川電力設計咨詢有限責任公司，成都，610065；

2.四川水利職業技術學院，四川 崇州，611231)

1 引言

面雨量是指一定時段內一定面積上的平均降水量，能夠客觀反映整個區域降水情況，是中小流域暴雨洪水計算的重要參數。

設計流域面雨量計算公式為：

利用常規雨量資料估算面雨量主要有等雨量線法、泰森多邊形法、算術平均法、反距離加權法和逐步格點訂正法等多種方法，每種方法有其優點和適用范圍，同時也存在各自的局限性[1-2]。

表1 面雨量計算方法優缺點

2 工程應用探討

2.1 流域概況

某工程位于四川省涼山州東部三灣河流域，三灣河是昭覺河一級支流，金沙江二級支流，發源于力比少哈山脈東麓，在昭覺縣城南3km處匯入昭覺河。工程地點以上流域面積565.9km2，河長47.1km，比降14.5‰。區域內地形起伏大，地貌復雜多樣，高山區荒無人煙，水文氣象長期觀測站點稀疏，且分布于工程流域之外。

2.2 面暴雨計算方法討論

根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》(簡稱《手冊》)，無實測流量資料時，可采用暴雨洪水計算成果，流域面積一般在1000km2以內。《手冊》中推薦的設計面暴雨計算有三種方法。

2.2.1 繪制概化雨圖

根據設計流域所在的分區和地形條件，選定某一典型暴雨雨圖的軸向，求出不同面積概化雨圖的長短半徑以及相應的等雨深值，繪制設計歷時的概化雨圖，按面積加權計算流域平均雨量。應注意所選的典型雨圖與設計流域之間不應有高大山體阻擋且不宜相距太遠。

2.2.2 查算分區綜合暴雨時面深關系

設計流域不超出“使用上限面積”，且流域的形狀和方位與所在分區內綜合雨圖的形狀方位一致或相差甚微；或者設計流域的面積很小而形狀接近圓形或等邊形時，所計算的面平均雨量有一定代表性，否則將會產生比實際雨量偏大的情況，應使用概化雨圖的方法計算面雨量。

2.2.3 修正系數法推求

繪制雨圖操作繁瑣，可以用面折減系數修正分區綜合暴雨時面深關系，概化處理推求面暴雨。由于不同流域面積形狀和選用典型暴雨雨圖軸向的不同，概化雨圖計算的面平均雨量會有較大差異，流域面積在500km2以內為宜。如計算中選用的典型暴雨雨圖軸向與統計分析中已選用的典型暴雨差別較大時，即使在500km2以內也宜繪制概化雨圖計算[3]。

選定工程流域附近最優暴雨雨圖軸向，分別繪制100km2、300km2、500km2、700km2、1000km2概化橢圓雨圖，典型雨圖與設計流域之間有高大山體阻擋、相距太遠，重合部分極少；在綜合分區圖中，工程流域屬于Ⅴ1(金沙江下段)，6h面深關系的使用上限面積為60km2，24h面深關系的使用上限面積為70km2，工程流域超出“使用上限面積”；修正系數法推求面暴雨時，流域面積在500km2以內為宜，而設計流域565.9km2。綜上，《手冊》中推薦的三種設計面暴雨計算方法均超出使用條件，工程應用受限。

2.3 等雨量線法面暴雨計算

2010年審定出版的《四川省暴雨統計參數圖集》提供暴雨洪水計算需要的10min、1h、6h、24h等短歷時點雨量等值線成果。由于工程流域內無雨量測站，工程流域外雨量測站稀疏且分布不均勻，利用常規雨量資料估算面雨量常用方法中，考慮工程流域特點、各方法的優缺點和適用范圍，以及暴雨洪水計算資料情況，本文采用等雨量線法計算面暴雨。

等雨量線法計算公式為：

圖1 工程流域24h暴雨等值線分布

表2 流域面暴雨計算成果

2.4 成果驗證

目前國內外的面雨量檢驗比較方法主要有兩個方向。比較常見的是利用觀測降水建立雨量插值模型，然后將未參與建模的觀測值與該點的插值結果進行比較來檢驗。另外一種常用的驗證面雨量準確性的方法是將計算結果提供給水文模型，并將模型計算流量結果與實況觀測比較[4]。

昭覺河干流上有昭覺水文站，控制流域面積650km2，工程流域占比87%，可以采用水文比擬法計算洪水。故本文采用面暴雨成果提供給推理公式進行暴雨洪水計算，將洪水計算成果與水文比擬法比較，間接檢驗面暴雨計算的合理性。推理公式法計算時，其他流域參數均不變，僅輸入不同方法計算的面暴雨，計算成果主要受面暴雨影響。

表3 三灣河流域洪水計算成果

對比發現，采用等雨量線法面暴雨推求洪水和水文比擬法成果量級相當，低頻率洪水略大，高頻率洪水略小；而分區綜合暴雨時面深關系和修正系數法面暴雨推求洪水成果特別小，各頻率洪水均比水文比擬法成果小30%以上。綜合分析工程流域地理特征和各種方法的使用范圍，等雨量線法應用較好，洪水成果與水文比擬法接近，應用于工程實踐可行。

2.5 推廣運用

為了進一步驗證等雨量線法面暴雨推求洪水成果的可靠性，應用于湖南省長沙市麻林河流域。某工程地點以上集雨面積166.4km2，河長24.7km，比降1.0‰。將等雨量線法面暴雨推求設計洪水結果與水文比擬法設計洪水結果同列于表5。

表5 麻林河流域洪水計算成果

計算成果表明，等雨量線法面暴雨推求洪水成果可達到工程應用精度。綜上，中小流域設計洪水面暴雨計算作如下應用推廣：

(1)工程流域面積較小時，四川地區不大于25km2，直接采用點雨量代替面雨量。

(2)工程流域面積較大時，建議增加等雨量線法計算面暴雨。

3 結論

中小流域暴雨洪水計算，當流域內可用的雨量站點稀少、分布不均勻時，可采用暴雨參數圖集研究成果查算短歷時點暴雨，運用等雨量線法推算設計流域面暴雨。隨著計算機技術的發展，等雨量線法計算工作效率大幅提高，精度滿足工程應用要求。

流域降雨是一個十分復雜的過程，且由于流域面雨量是推導量，缺乏來自真實值的直接驗證，關于流域面雨量計算的檢驗以及各種計算方法的比較一直是個難題。工程實踐中，應采用多種方法、多種手段對比分析綜合取值。