無資料地區設計洪水過程線的推求
——以陂下水庫為例

王光焰 喻 佳* 劉永孝 徐生武 謝志勇 趙 星

（1、新疆塔里木河管理局，新疆 庫爾勒 841000 2、西安理工大學 教育部西北水資源與環境生態重點實驗室，陜西 西安 710048 3、陜西灃西新城投資發展有限公司，陜西 咸陽 712000 4、新疆阿勒泰地區水利水電勘測設計院，新疆 阿勒泰 836500）

在現有的站網密度條件下，我國絕大多數小流域屬于缺乏雨洪資料的情況。當前，小流域設計洪水主要采用經驗概化法處理[1]，即從洪水資料中選出實測洪水即從洪水資料中選出實測洪水過程線，分析峰量關系、漲洪時間、峰現時間洪水歷時，概化出洪水流量時程分配過程不同頻率下的設計洪水過程線可為小流域的防洪規劃和當地人民群眾的防洪搶險提供重要的技術依據[2-3]。因此，推求小流域的設計洪水具有重要的實際意義和應用價值[4]。

有關設計洪水的基本概念目前有幾種不同的解釋：

一是指水利水電工程設計所依據的設計標準的洪水，包括洪峰流量、洪水總量和洪水過程線三個組成部分[5]；

二是用正常標準運用的洪水來確定水利工程樞紐的設計洪水位、設計泄洪流量等水工建筑物設計參數，這個標準的洪水就稱為設計洪水。

此外，設計洪水還可以理解是具有規定功能的一場特定的洪水其風險率恰好等于設計標準[6]。

常用的推求設計洪水的方法有兩種：

一是由暴雨資料推求設計洪水；

二是由流量資料推求設計洪水，前提是要有足夠數量和足夠觀測時間的水文測站。

對小流域來說，往往缺乏實測暴雨資料和流量資料，所以一般用經驗公式法、推理公式法、綜合單位線法以及水文模型法來推求小流域的設計洪水過程線。

本文以福建長汀濯田河支流上的陂下水庫為例，在缺乏實測徑流資料的情況下，推求無資料地區的設計洪水過程線。在推理公式推求出洪峰流量的前提下，推求無資料地區設計洪水過程線，本文小流域是用設計洪峰流量Qmp、不同時刻(ti)流量與洪峰流量比例系數(Qi/Qm) 推算對應時刻的設計流量，使設計后洪水過程線的洪峰流量、洪量與已計算的洪峰流量Qmp、洪量W三天p相等[1]，在設計中引入了形狀系數γ ，估算出不同γ 下對應的λi=Qi/Qm時間序列，ti一般取整點，單位時段長度?t 是ti與ti+1 間隔時間，為了準確反映洪水過程線變化，?t 取定值。具體步驟包括洪水形狀系數推求和洪水過程線推求。

1 推求洪水形狀系數

推求洪水過程線時需引入洪水形狀系數γ 。按照式（1）求解洪水過程線的形狀系數。

式中：WP為設計洪水總量；T 為整個洪水歷時，本文取80h。QP為代表洪水歷史內的平均洪水流量，m3/s；γ 為洪水過程線的形狀系數。

設計洪水總量W三天P是根據三天設計暴雨量扣除三天損失總量求得，計算結果見表1。

式中：H三天P為某一頻率設計三天暴雨量；f 為三天降水過程平均損失率，采用1.2mm/h；tR為降水歷時，本文取為72h。（表1）

表1 設計洪量W 成果表

2 設計洪水過程線的推求

Step1：將各站百年一遇設計洪水過程線的縱坐標Qi換以Qi/Qm，橫坐標用時間ti/T 百分比表示，并將各過程線峰頂重合，點繪在方格紙上；

Step2：經修勻調整后，求得各站概化過程線，根據漲水陡，退水緩的特點進行綜合，分別建立漲水部分與落水部分的Qi/Qm～γ ～ti/T 關系以供查找；

Step3：通過計算γ 查表得到一組Qi/Qm～γ ～ti/T 值，T 值乘以ti/T 得ti，Qm值乘以Qi/Qm得Qi，即得ti時刻的Qi，將（ti，Qi）點繪在方格紙上，繪制一條光滑曲線（曲線需經過洪峰Qm點），即為設計洪水過程線。

Step4：由于調洪演算需要等時段，所以在上面求出的洪水過程線上讀出?t=2h 的流量，也可進行線性插值，求出所需的過程線，為簡化計算，峰現時間=12h。

圖1 修正后的陂下水庫設計洪水過程線

本文利用推理公式法推求陂下水庫六種頻率下的設計洪水，嚴格按照《水利水電工程設計洪水計算規范SDJ22- 79》（試行）和《福建省中小流域設計暴雨洪水圖集》）所列基本公式及具體規定進行計算，參數選擇合理，且由實測資料可知，p=0.5%下四都河的天然洪峰流量為1820m3/s, 與推理公式計算的結果相差223m3/s，結果為工程規劃設計提供重要的參考意義。

3 結論與建議

3.1 綜合得到該區域小流域設計洪水過程的形狀系數γ大致在0.13～0.16 之間，經過修正后得到陂下水庫設計頻率為0.01%、0.2%、0.5%、2%、5%、20%共六種情況下的設計洪水過程線，為之后的設計施工提供了參考。

3.2 在推求小流域設計洪水過程線的問題上，今后可以采用多種方法進行對比分析，如可以采用經驗公式法和推理公式法同時進行驗證，優選出更合適的方法對該流域進行應用，從而使得推理的結果更具可靠性。

3.3 建議加快該區域水文站網的建設，推進氣象資料的整理分析，豐富無資料地區設計洪水計算手段，為工程設計提供更加科學可靠的依據。