基于暴雨參數(shù)法的山丘區(qū)設(shè)計洪水計算

鄭州市水利建筑勘測設(shè)計院 王永強(qiáng) 王晶晶

某工程位于河南省滎陽市汜水河，汜水河流經(jīng)區(qū)域為山丘區(qū)，且山丘區(qū)缺少實測徑流資料，洪水推算的暴雨參數(shù)采用2005年12月《河南省暴雨參數(shù)圖集》（05 圖集），徑流匯流參數(shù)采用河南省水利勘測設(shè)計院1984年出版的《河南省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》（84 圖集）。河道流域面積、長度、比降參照以往資料，并結(jié)合1∶10 000 地形圖進(jìn)行復(fù)核。

一、設(shè)計面雨量計算

根據(jù)汜水河所在流域特征和工程要求，查05 圖集等值線圖得出各歷時點雨量及變差系數(shù)，查84 圖集，得出汜水河流域水文分區(qū)為Ⅴ區(qū)。根據(jù)84圖集，設(shè)計點雨量Htp計算公式如下。

式（1）中，Ht為t時段點雨量均值；Kp為模比系數(shù)，按偏態(tài)系數(shù)Cs＝3.5Cv計算，可由皮爾遜Ⅲ型曲線查得。依據(jù)84 圖集，根據(jù)設(shè)計流域所在的水文分區(qū)，查短歷時暴雨時面深關(guān)系圖，求得不同歷時暴雨的點面折減系數(shù)α的值，乘以設(shè)計點雨量，即得設(shè)計面雨量，對于流域面積小于50 km2的區(qū)域，可用點雨量代替面雨量。

二、設(shè)計暴雨時空分配

小流域設(shè)計洪水多由一日暴雨形成。采用24 h 凈雨計算設(shè)計洪水過程時，凈雨時程分配比例根據(jù)84 圖集中設(shè)計暴雨遞減指數(shù)n2p，n3p確定，并由此進(jìn)行逐時凈雨過程計算，單位時段為1 h。暴雨遞減指數(shù)n按照歷時關(guān)系可分為三段：6～24 h為n3p，1～6 h 為n2p，1 h 以下為n1p。考慮暴雨點面關(guān)系及不同時段雨量變差系數(shù)Cv的影響，采用如下公式計算。

式（2），（3）和（4）中，n1p，n2p和n3p為三種時段設(shè)計暴雨遞減指數(shù)，H10′p，H1p，H6p和H24p分別為同一設(shè)計頻率年最大10 min，1 h，6 h 和24 h 點雨量，α為暴雨點面折減系數(shù)。

三、產(chǎn)流和匯流系數(shù)計算

依據(jù)84 圖集，查得汜水河平均入滲率μ＝5～8 mm/h。該工程計算采用μ＝8 mm/h。通過84 圖集中推理公式匯流參數(shù)地區(qū)綜合θ-m關(guān)系圖可得m值，θ計算公式如下。

式（5）中，L為干流長度，J為河道的平均比降，F(xiàn)為流域面積。

四、設(shè)計凈雨與洪量計算

1.設(shè)計凈雨計算。24 h 凈雨量R可查84 圖集附圖25河南省山區(qū)丘陵地區(qū)降雨徑流關(guān)系曲線圖（P＋Pa）-R（P為24 h設(shè)計雨量，Pa為設(shè)計前期影響雨量）求得。

2.設(shè)計洪量計算。24 h 設(shè)計洪量W24計算公式如下。

式（6）中，R24為設(shè)計凈雨量，F(xiàn)為流域面積。

五、設(shè)計洪水計算

1.設(shè)計洪峰流量。根據(jù)84 圖集可知，推理公式適用于集水面積在200 km2以下的流域，因本次山丘區(qū)流域面積均小于200 km2，故設(shè)計洪峰流量采用推理公式計算，計算公式如下。

式（7），（8）和（9）中，Qm為設(shè)計頻率洪峰流量，ψ為設(shè)計洪峰徑流系數(shù)，τ為設(shè)計洪峰匯流時間，L為設(shè)計壩址斷面至分水嶺的干流長度，J為干流長度L的平均比降，S為設(shè)計最大1 h 雨強(qiáng)，n為暴雨遞減指數(shù)（按相應(yīng)的匯流歷時取值，τ＜1 h，取n1；τ＜1～6 h，取n2；τ＜6～24 h，取n3），μ為設(shè)計暴雨的平均入滲率，m為設(shè)計流域匯流參數(shù)，由θ-m相關(guān)線查得。若θ小于5 或大于100 時，可采用θ等于5 或等于100 時的值。將相關(guān)參數(shù)代入式（7），（8），（9）即可求得設(shè)計洪峰流量。

2.洪水過程線。采用概化過程線疊加方法計算，具體如下。

（1）由次降雨徑流關(guān)系查算出24 h 設(shè)計凈雨量R24，用公式（6）計算24 h 設(shè)計洪量W24。

（2）以設(shè)計暴雨遞減指數(shù)n2和n3為參數(shù)，查84 圖集中24 h 凈雨概化時程分配表，將凈雨量R24按所列分配比例進(jìn)行逐時凈雨計算。

（3）由設(shè)計洪峰（主峰）的洪量Qm和匯流時間τ，計算τ時段的最大平均凈雨強(qiáng)度，以Qm為頂高，2τ為底寬，繪制出概化等腰三角形。

（4）列表計算出主峰匯流時間τ前后各個τ時段的凈雨量Rτ，當(dāng)匯流時間τ不夠整時段時，凈雨量可按小時平均線性分配取值。以各個τ時段的平均凈雨強(qiáng)度計算各次峰的洪量，按凈雨過程對應(yīng)于等腰三角形，疊加繪出設(shè)計暴雨24 h 洪水過程線，由洪水過程線量算得出的洪量應(yīng)與由凈雨計算的W24結(jié)果相等。

六、結(jié)論

暴雨參數(shù)法是各地區(qū)小流域暴雨洪水計算的常用方法，在實踐中經(jīng)過了許多小型水利水電工程的檢驗，該計算方法簡潔，計算模型與流域?qū)嶋H情況較為接近，計算成果較為合理，可為相似小流域洪水計算提供參考。