漣水上游小流域暴雨洪水計算方法的探討

【摘要】在中小河流治理的規劃與設計中，大多數治理工程區域內一般無實測洪水資料，因此設計洪水的推求與確定，成為規劃設計中的主要任務與重點。本文針對漣水上游的地形地貌特點、水文特性，選擇漣水上游區域（集水面積小于200km2）作為典型流域，對推求小流域的暴雨洪水計算方法進行分析比較，從而選擇較為適合設計要求的洪水計算方法， 為工程設計提供可靠的技術支撐。

【關鍵詞】漣水上游小流域；設計暴雨；設計洪水；方法比較

1、流域及水系概況

漣水是湖南湘江左岸的一條一級支流，發源于湖南省新邵縣觀音山西南麓，流經青龍橋、漣源市區、婁底市區、水府廟、洋潭、湘鄉市區，于湘潭縣湘河口注入湘江。漣水地勢東低西南高，干流全長224km，平均坡降0.46‰，流域面積7155km2。流域內水系發達，支流眾多，河長5km以上的各級支流148條。

漣水從新邵縣觀音山發源，流經漣源市財溪、三甲后入漣源市藍田城區。漣水與支流新漣河在此交匯。交匯處以上集水面積156km2，河長27km，干流平均坡降3.3‰。漣水與新漣河交匯處的上游4km設有漣源水文站，控制流域面積為152km2。一般來說，我們把這以上河段稱為漣水上游。

漣水上游屬典型的丘陵地貌，位于湖南中部的衡邵丘陵干旱區之內。流域內植被較好，降水豐富，多年平均降水量在1350mm以上。

2、流域暴雨及洪水特性

漣水流域的洪水主要由流域內暴雨產生，流域內暴雨的時空分布不均勻，4-8月為雨季，常有大暴雨和連續暴雨發生。在統計年限內，最大一日暴雨發生在4-7月的占65%，尤以6月為主，占25%；大面積、長歷時的暴雨都發生在4-6月之間。同時時段降雨存在長包短規律，一日暴雨包在三日暴雨中占58%，暴雨歷時一般持續3-5天。漣水流域實測最大一日暴雨187.8mm（婁底1998年5月21日），3日暴雨225.8mm（婁底1998年5月21日-23日）。漣水流域洪水的時空變化特性與暴雨情況一致，洪水地區來源，大致可分為全流域、中上游和下游三種情況。

3、設計暴雨的確定

3.1 采用《湖南省暴雨洪水查處手冊》方法確定設計暴雨

根據《湖南省暴雨洪水查算手冊》（以下簡稱為手冊），對以下參數進行確定：

3.1.1 漣水上游區域屬湖南省暴雨分區的第七和第八區的交界處，即介于湘中北暴雨區和衡邵丘陵干旱區之間，一般采用暴雨第七區。

3.1.2 暴雨分區內相關參數確定

1）、最大24小時點雨量均值P均取105mm；

2）、Cv取0.40，Cs取3.5Cv，根據各設計頻率，分別求得各Kp值，求出各設計頻率（一般為50年、20年、10年一遇洪水標準）的24小時點暴雨；

3）、然后再根據面積～面降雨～α曲線，查圖得α，可求出各頻率的24小時面暴雨；

4）、按以下公式推求1～24小時各種歷時的設計暴雨：

1～6小時用：Ht=H24·24n3-1· 6n2-n3·t1-n2 （a）

6～24小時用：Ht=H24·24n3-1·t1-n3 （b）

5）、求設計暴雨24小時凈雨時程分配。

3.2 采用實測降雨資料推求的設計暴雨

3.2.1 分析流域內雨量站情況

漣水上游區域內有水文部門設立的漣源（二）、峽山橋、謝家、土硃、團家、長榮等6處雨量觀測站，資料系列長、成果精度高、完全滿足工程設計使用要求。

3.2.2 分析流域內的面雨量計算方法

單個雨量站觀測到的降雨量，只代表該站附近小范圍內的降水情況。在水文分析工作中，常需知道一個流域或地區在特定時段內的平均降水量。實用的計算方法主要有算術平均法、泰森多邊形法和等雨量線圖等方法。

經對以上雨量站的實測同步暴雨資料比較分析，發現漣源站單位時間的暴雨量比其他站點稍大，從偏安全考慮，直接選用漣源站的實測暴雨資料。因漣水上游流域內河流集雨面積小，用漣源站的點暴雨代替流域面暴雨是可行和安全的。

3.2.3 設計暴雨的頻率計算

為此，我們對漣源站的實測最大1、3、6、12、24小時暴雨資料進行統計整理，采用據P-Ⅲ型曲線進行頻率計算。

各時段暴雨頻率分布曲線的配線過程在計算機上實現。其中，時段雨量平均值按矩法估計，Cv和Cs的初值按經驗頻率點據與P-Ⅲ型理論曲線絕對離差和最小為準則得出，然后通過目估適當調整確定。漣源站最大1、3、6、12、24小時雨量頻率曲線見圖3-1，參數取值及暴雨設計值（一般工程設計設計取P=2%、P=5%）見表3-1、圖3-1。

3.3手冊與實測值的計算結果分析比較及結論

經過上述計算，我們對采用的不同方法推求的設計暴雨成果進行分析比較，詳見表3.2。

從上表中可以看出：短歷時（1～3h）暴雨設計值要大于實測計算值，但誤差范圍在10%以內，6小時以上的設計暴雨值，二種方法推算的設計成果接近。這與漣水上游小流域的地形地貌、植被條件相吻合，符合降雨客觀規律。

設計暴雨的手冊查算值大于實測值的設計暴雨值，主要是CV取值不同造成的。

3.4 凈雨過程的確定

計算流域產流量的方法常有降雨徑流相關圖法、初損后損法、流域產流模型法等。 通過用上述方式求得不同頻率下的各時段設計值后，本應進行產匯流分析，求得不同情況下降雨～徑流關系，以便推求流域設計洪水。鑒于資料有限，本次設計中予以省略，直接采用《湖南省暴雨洪水計算手冊》中的初損法來推求設計凈雨過程。

漣水上游流域位于湖南中部，屬于湖南省暴雨區劃的第七區。最大24小時概化時程分配表直接查《湖南省暴雨洪水計算手冊》得出。又設計流域屬湖南省產流分區的第二區，其降雨扣損I0=27.0mm，Ψ值為地表徑流占總產流量的比例系數，查《湖南省暴雨洪水查算手冊》表十一求得，選用0.75。

為了驗證該流域的凈雨過程，我們對漣源市藍田區洪澇災害較嚴重的歷史暴雨進行分析，發現1995年6月的主雨期降雨有如下特點：降雨總量大，強度高，雨型惡劣，且降雨中心位于漣源市藍田區周邊地區和漣水上游區域，在現狀及規劃的流域工程條件下，降雨特性應最為接近設計暴雨的條件。因此，選擇了漣源水文站1995年6月30日的降雨作為典型暴雨過程，按50年、20年一遇最大1、3、6、24小時雨量采用同頻率法縮放至設計暴雨，計算過程及結果見表3-4。

3.5 兩種方法的凈雨過程比較

本次分析計算凈雨過程用二種設計暴雨進行比較分析，以尋找更適合該區域小流域的凈雨計算結果。

在計算凈雨過程時，采用了同頻率法和暴雨手冊查讀法兩種方式進行試算，發現設計暴雨過程與典型暴雨的時程有錯開現象，但降水峰頂相差不大。

4、設計洪水推求方法

小流域一般缺乏實測的水文資料，因此各省水利部門根據徑流試驗站（區）資料分析，推求出一套適合于本省小流域設計洪水的計算方法。目前國內使用最廣的主要是：1、推理公式法；2、經驗公式法；3、經驗單位線法；4、瞬時單位線法等。

本次研究主要是通過以下方法------1、推理公式法；2、經驗單位線法；3、瞬時單位線法分別計算各設計洪水，并做相應的比較分析，尋求最適合該區域的計算方法。

5、實例分析與比較

5.1 選取驗證站的基本情況介紹

本次分析驗證站為漣源水文站，屬小河水文站，集水面積為152km2，從上至下有沫溪、沿田江、良溪注入，其集水面積分別為21.9km2、20.0km2、43.5km2。本文將用該站的實測資料對分析成果進行檢驗分析。

漣源水文站屬城鎮區域內小河，90年代時期沿河建筑物密布，河道內低矮河壩較多，洪水時期阻水現象嚴重。

漣源水文站上游流域內有水文部門建立的多處降水觀測站，觀測時間較長，大多在50年以上。各站資料每年都通過整編，資料精度高，數據可靠。本次分析采用的降水資料來源于此。

5.2 用不同方法計算的設計洪水成果統計

根據第4章介紹的計算方法，采用不同方法進行設計暴雨計算，然后擬用經驗公式法、納希單位線法與經驗單位線法推求各頻率設計洪水。具體成果見表5.1。

6、結論

6.1 從上表中可以看出：推理公式與經驗單位線法結果較為接近，瞬時單位線法明顯偏小。究其原因，可能是在推求設計洪水的集水面積上超過100km2，所以在m（流域匯流參數）、n（瞬時單位線的參數）的取值上容易產生偏差，而經驗單位線法中的無因次單位線相對于該設計區域情況較為吻合。

6.2 1995年6月30日，漣源水文站發生了該站建站以來的最大洪水，其洪水水位為142.36m，實測洪峰流量為423m3/s。經省、市水文部門計算分析，該站這場洪水的頻率計算約為P=3.3%左右，洪水重現期約為30年一遇。

從漣源水文站950630的實測洪水數據來看：實際洪水發生值小于推理公式法與經驗單位線法計算的結果，大于瞬時單位線法結果。而后對發生洪水的河段的情況進行調查了解，發現該站下游4.5km處當時設有攔河壩，加之沿河建筑物密布，從而洪水受頂托影響，造成實測洪峰流量偏小。

6.3 經過分析，根據工程安全可靠的原則，在小流域（小于50km2）無資料河段設計工程洪水時，應采用多種方法計算比較，選擇偏安全的洪峰流量作為設計依據，確保工程安全。在大于100km2的工程河段時，可選取當地參證水文站的實測資料，采用水文比擬法與暴雨洪水查算手冊相結合的方法進行，從而降低設計風險，保證工程安全，最大限度地節約工程投資費用，達到較高的經濟效益和社會效益。

6.4 由于資料收集原因，本次分析難免有不周之處，有待今后分析完善。

第一作者簡介：彭麗，女，（1986，09），湖南婁底人，畢業河海大學，本科，助理工程師，主要從事水文監測工作。