城區小流域治理規劃中的水文分析

左 燕 王光福

（襄陽市水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441003）

1 地理位置及自然地理條件

大李溝流域范圍為東經112°00′ ～112°10′，北 緯32°02′ ～32°10′。集水面積83.87km2，河長15.8km，其中從普陀堰水庫至普陀溝口為上段，在樊城區境內，主要以排泄大氣降水及農田灌溉回歸水為主，從普陀溝至小清河為下段。

2 大李溝河道出口斷面洪峰流量計算

2.1 水文氣象

大李溝流域內設有樊城雨量站,東經112°08′ 88″ ，北緯32°08′ 21″ ，收集了41年的降水資料,多年平均降水量884.0mm。從氣候劃分的范圍上看，處于亞熱帶的北緣，屬北亞熱帶季風氣候類型，具有南北過渡型的氣候特征。

2.2 降水量計算

大李溝流域河道內無水文站，缺乏實測水文資料，故無法直接由流量資料推算大李溝河道河口的洪峰流量，大李溝流域洪水分析，采用排澇模數法和瞬時單位線模型，由暴雨資料推求大李溝河道河口的洪峰流量。采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行頻率分析計算，確定不同頻率降水量;同時由于小流域所在的區域面積較小，用設計點暴雨作為設計面平均暴雨量，分析計算樊城站的雨量資料。由于區域內地表多為農田，降水匯流速度快，匯流距離較短，故采用最大24 小時降水資料進行排澇水文計算。

樊城站歷年降水量頻率分析成果

2.3 徑流深計算

采用公式R=α·P

其中：α——徑流系數；

P——設計降雨量。地區的徑流系數與該地區的地面覆蓋情況有關，由于流域經濟的發展，混凝土等不透水地面比例變化大，地面變化增加，地區的徑流系數變化較大，一般根據經驗確定徑流系數。本流域經驗徑流系數取0.50，計算得五十年一遇設計降雨量形成的徑流深為110mm，二十年一遇設計降雨量形成的徑流深為88.8mm。

2.4 大李溝設計洪峰流量計算

2.4.1 用排澇模數法計算大李溝洪家溝處設計洪峰流量。在計算中，先求出平均到每平方千米排水面積上的設計排澇模數，然后按排水溝設計斷面所控制的排澇面積求出其排澇流量。本公式考慮了形成最大流量的主要因素，首先是反映了隨著排澇面積的增大及其自然調蓄作用的增加而排澇模數減少的情況；其次還考慮了一次徑流過程的峰量關系等。公式如下：

排澇模數q=kRmFn

通過仿真得到的導線芯棒應力云圖如圖6所示。由圖6可知，導線芯棒耐壓仿真最大應力為208.0 MPa，將它作為芯棒耐壓判據，并將應力最大值的80%(即166.4 MPa)作為參考。

排澇流量Q=Fq

式中q——設計排澇模數（m3/s.km2）;

R——設計暴雨產生的徑流深（mm）；

K——綜合系數；

m——峰量指數；

n——遞減指數；

本流域K 取0.03、m 取1、n 取-0.25，大李溝排澇區面積為83.87km2。

計算得五十年一遇的大李溝出口洪家溝處設計流量為103m3/s，二十年一遇設計降雨量形成的大李溝出口洪家溝處設計流量為82.8m3/s。

2.4.2 用瞬時單位線模型計算大李溝出口洪家溝處設計洪峰流量。本方法是設想流域的匯流作用可由串聯的幾個相同的線性水庫的調蓄作用來代替，流域出口洪家溝的流量過程便是流域凈雨經過這些水庫調蓄后的出流。瞬時單位線的數學方程為：

式中n——線性水庫的個數；

Г（n）——n的嘎瑪函數；

K——線性水庫的調蓄次數；

求得瞬時單位線后將其轉化為時段單位線，公式如下：

式中h——Δt時段內流域降h（mm）的凈雨量。

實用計算中瞬時單位線由S（t）曲線轉化得來，公式如下：

在采用的雨型中扣除初損和穩損后得到凈雨過程，與時段單位線相乘后得到地面徑流過程。加上地下徑流過程后，得到流域出口洪家溝的洪水流量過程，經計算得二十年一遇大李溝河道洪家溝處為84.7m3/s，五十年一遇大李溝河道洪家溝處設計洪峰流量為107m3/s。

3 結語

設計洪水計算途徑很多，原則上都能適用于小流域，而排澇模數法和瞬時單位線法，在大李溝流域設計洪水計算中，充分考慮了影響流域匯流的各種因素，如流域的形狀、縱坡比降以及流域的植被覆蓋情況等，兩種計算結果較合理。其結果可滿足大李溝防洪綜合治理規劃的要求，符合國家規范對防洪的規定和大李溝防洪客觀的實際，并且與城市整體防洪規劃協調一致。

本文通過典型實例分析計算，充分驗證了排澇模數法和瞬時單位線模型的可靠性、實用性，對當前的小流域水文計算的分析與應用有一定的參考價值。

［1］許大明，蔡文祥.水文計算［M］.南京：河海大學，1994.