水利工程施工設(shè)計(jì)洪水及汛期分期設(shè)計(jì)洪水的分析

劉嘉超

摘 要： 所謂的設(shè)計(jì)洪水，實(shí)際上是對(duì)每一年的洪水抽樣分析的最大值，但在樣品分析實(shí)際過程中并不對(duì)洪水發(fā)生時(shí)間和日期進(jìn)行任何考慮。如果所進(jìn)行分析的洪水在每年的每一個(gè)時(shí)期內(nèi)都會(huì)發(fā)生不同的變化，那就必須根據(jù)實(shí)際的情況以及從不同角度對(duì)不同時(shí)期內(nèi)的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行推求。除此之外，在進(jìn)行水利工程的具體施工建設(shè)階段，還必須對(duì)施工期范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行推求，并以此作為導(dǎo)流圍堰以及泄洪等一些臨時(shí)性工程的主要設(shè)計(jì)，以及對(duì)相應(yīng)的施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)制定。

關(guān)鍵詞：分期設(shè)計(jì)洪水； 施工設(shè)計(jì)洪水； 水利工程； 汛期施工； 水庫

1 概 述

在進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)施工階段，一般需要對(duì)實(shí)際施工時(shí)期內(nèi)的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行詳細(xì)推求計(jì)算，并以此作為施工階段圍堰、泄洪等臨時(shí)工程以及各項(xiàng)進(jìn)度計(jì)劃的主要研究依據(jù)。所以分期設(shè)計(jì)洪水以及施工設(shè)計(jì)洪水的成果直接影響著施工安全以及工程造價(jià)。

一般情況下，所謂的設(shè)計(jì)洪水是針對(duì)某個(gè)建筑建成完工后，對(duì)整個(gè)服務(wù)期所進(jìn)行的實(shí)際考慮，所以，在進(jìn)行施工的實(shí)際過程中，一般不會(huì)發(fā)生任何變化。而所謂的分期設(shè)計(jì)洪水及施工設(shè)計(jì)洪水則不同，它貫穿在整個(gè)施工設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)方面，必須根據(jù)實(shí)際要求的不同而進(jìn)行變化，有的只需要洪峰的實(shí)際流量，而有的還需要對(duì)洪量以及過程進(jìn)行一定程度的控制。

2 分期設(shè)計(jì)洪水一般方法與原則分析

2.1 分期的原則

對(duì)于劃分洪水分期的主要原則，既要滿足對(duì)不同季節(jié)洪水防范以及分期蓄水的相關(guān)要求，同時(shí)也要滿足暴雨及洪水本身的季節(jié)性變化等特點(diǎn)，為使分析便捷，一般情況下根據(jù)目標(biāo)流域的基本資料，并且將每一年每次洪水最大值發(fā)生的具體日期以及最大洪水量日期的中間值作為橫坐標(biāo)，將相應(yīng)的峰量值作為縱坐標(biāo)，再以此為基準(zhǔn)點(diǎn)繪洪水各項(xiàng)數(shù)據(jù)的年內(nèi)分布圖，同時(shí)必須結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髨?bào)告中的暴雨、降雨特征以及環(huán)流形勢的實(shí)際趨勢，進(jìn)行對(duì)照分析，對(duì)相應(yīng)的分期界限進(jìn)行劃定。

在分期后，同一分期時(shí)間段的暴雨洪水特征應(yīng)該基本相同，而對(duì)于不同分期的洪水而言，其在量級(jí)或者是頻率上可能有些微差。

而對(duì)于施工設(shè)計(jì)洪水而言，其具體的時(shí)段劃分主要的決定因素在于工程設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，但是，同時(shí)也要顧及相應(yīng)的水文季節(jié)性。為了選擇合適的施工時(shí)間，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行準(zhǔn)確安排，一般情況下需要對(duì)洪水期、平水期的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行區(qū)分，在特殊性較大時(shí)，還需要將時(shí)間劃分的更短。但是，如果時(shí)間劃分的過短，會(huì)導(dǎo)致相鄰的設(shè)計(jì)洪水之間的成因差距性不大，而處于統(tǒng)一使其洪水會(huì)因?yàn)槟觌H變差而變得更大，而相應(yīng)的頻率抽樣過程中也會(huì)加大誤差的存在 所以，一般情況下，分期時(shí)間段應(yīng)該保持在>30d。

2.2 選 樣

對(duì)于分期洪水的選樣，一般情況下是按照規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)的最大值進(jìn)行選擇。但是，洪水本身具有一定的偶然性，每年的洪水最大值并不是都出現(xiàn)在規(guī)定的分期時(shí)間段內(nèi)，所以，在進(jìn)行選樣時(shí)，一般有跨期以及不跨期兩種方法。

一般情況下，洪水的過程主要分為兩個(gè)分期內(nèi)進(jìn)行，確定其洪峰的主要部分處在哪個(gè)分期內(nèi)，就將所處分期作為該期的樣本進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于另一個(gè)分期而言，一般不進(jìn)行重復(fù)選樣，這就是不跨期的選樣原則。而所謂的跨期選樣，指的是臨期中較為靠近本期的洪峰也有一定可能在本期內(nèi)發(fā)生，所以在進(jìn)行選樣過程中，一般也可以適當(dāng)選擇跨期選樣，將其選擇作為目標(biāo)分期的樣本系列。

3 施工設(shè)計(jì)洪水及分期設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方式

3.1 有相關(guān)數(shù)據(jù)的地區(qū)進(jìn)行計(jì)算

當(dāng)所處水利工程附近有水文站，并且對(duì)流域的控制面積之間的差保持在3%之內(nèi)，可以通過相關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，一般情況下，采取矩法公式對(duì)分期洪水進(jìn)行實(shí)際計(jì)算。

3.2 沒有相關(guān)數(shù)據(jù)的地區(qū)進(jìn)行計(jì)算

如果所在水利工程并沒有相關(guān)的水文資料進(jìn)行參考計(jì)算式，可通過附近的水文站設(shè)置為參證站，先對(duì)這些參證站進(jìn)行分期洪水計(jì)算其次再對(duì)水利工程所在區(qū)域進(jìn)行分期洪水計(jì)算。

以某水庫A為計(jì)算設(shè)計(jì)實(shí)例，以參證站B為輔助計(jì)算。

3.2.1 面積比擬法

計(jì)算公式為：

（ 1）式中： 為水庫A的春秋汛期的設(shè)計(jì)洪水洪峰流量值， ； 為參證站的春秋汛期內(nèi)設(shè)計(jì)洪水的洪峰值， ； 為水庫A的流域面積， ； 為參證站的流域面積， ； 為大汛洪水的綜合線坡度（ =0.82） ； （ 此公式在遼寧省彰武縣地區(qū)適用條件： 2/3）。計(jì)算成果，見表1。

3.2.2 洪峰流量值比擬法

計(jì)算公式為：

=[ （ 大汛） ]×

（ 2）

式中： 為A大壩設(shè)計(jì)洪峰的主要流量值， ； 而 為參證站B的計(jì)洪水的峰流值， ； 而 為參證站B的流域面積， 。計(jì)算結(jié)果，見表2。

根據(jù)表3可得施工期對(duì)應(yīng)月份來水量，從而進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

4.施工分期洪水實(shí)際統(tǒng)計(jì)參數(shù)的合理性應(yīng)用及分析

1） 將每個(gè)施工分期洪水的平均值以及每個(gè)頻率的設(shè)計(jì)值點(diǎn)繪在相應(yīng)的洪水年內(nèi)實(shí)際分布圖上，并且對(duì)其季節(jié)性變化進(jìn)行合理性分析，如果在分析過程中發(fā)現(xiàn)有任何不合理的地方，必須究其原因，并且按照相應(yīng)的變化趨勢對(duì)相應(yīng)的光滑曲線進(jìn)行勾繪。

2） 將每個(gè)施工分期洪水的洪水峰量實(shí)際頻率曲線與目標(biāo)年1a中最大的洪水峰量實(shí)際頻率曲線在同一張紙（ 幾率格紙） 上進(jìn)行描繪，并且對(duì)相互間的關(guān)系進(jìn)行合理性檢查。如果發(fā)現(xiàn)兩者在實(shí)際頻率的范圍內(nèi)出現(xiàn)了交叉現(xiàn)象，必須根據(jù)相關(guān)的資料情況以及洪水的季節(jié)性變化對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

一般情況下，調(diào)整的原則是： 一般以分期歷時(shí)較長的洪水頻率曲線為準(zhǔn)，如以年控制、月控制等，進(jìn)行合理性分析，最后確定施工分期洪水成果，供施工組織設(shè)計(jì)中使用。

5 結(jié) 語

綜上所述，對(duì)于分期設(shè)計(jì)洪水及施工設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算，雖然在國內(nèi)通常情況下的這幾種方式，是筆者根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)規(guī)范要求，并且集合工程的設(shè)計(jì)總結(jié)出來的，希望相關(guān)設(shè)計(jì)人員以作參考，如果發(fā)現(xiàn)什么不當(dāng)之處，希望大家提出寶貴意見，分期設(shè)計(jì)洪水，和施工設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法在中國更完整。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳思淳，顏亦琪. 考慮上游中小水庫影響的長潭水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)度研究[C]//第十四屆全國海事技術(shù)研討會(huì)論文集，2009.

[2]董四方，董增川，馬軍建. COSPSO算法在設(shè)計(jì)洪水過程線推求中的應(yīng)用[J]. 人民黃河，2010，32（ 6） ：35-37.

[3]陳秀煌. 病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算存在問題的探析[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2012（ 07） ：132-134.