關于前期徑流對洪峰流量影響問題的探討

張錦霞李秋子王予蜀（.鶴壁水文水資源勘測局，河南鶴壁 458000；.鄭州水文水資源勘測局，河南鄭州 450000；.鄭州市水利工程監理中心，河南鄭州450000）

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關于前期徑流對洪峰流量影響問題的探討

張錦霞1李秋子2王予蜀3
（1.鶴壁水文水資源勘測局，河南鶴壁 458000；2.鄭州水文水資源勘測局，河南鄭州 450000；3.鄭州市水利工程監理中心，河南鄭州450000）

【摘要】設計洪水是指水利水電工程規劃、設計中所指定的各種設計標準的洪水。在計算洪峰流量時，一般都考慮了前期徑流對后一時段集流速度的影響。本文以F.F斯奈德的經驗公式論證，并以南灣水庫壩址雨洪匯流數據為例，說明，對大型水利水電工程而言，考慮前期徑流影響與否，對水庫的工程規模無大影響。

【關鍵詞】水利水電工程 地面徑流 洪峰

徑流是指降雨及冰雪融水或者在澆地的時候在重力作用下沿地表或地下流動的水流。徑流有不同的類型，按水流來源可有降雨徑流和融水徑流以及澆水徑流；按流動方式可分地表徑流和地下徑流，地表徑流又分坡面流和河槽流。

洪峰是當發生暴雨或融雪時，在流域各處所形成的徑流，都依其遠近先后匯入河槽，這時河水流量開始增加，水位相應上漲。隨著匯入河網的徑流從上游向下游匯集，河水流量繼續增大。當流域大部分高強度的徑流匯入時，河水流量增至最大值，稱此時流量為洪峰流量，單位為立方米/秒。用坐標紙繪出流量過程，可見洪水過程中間高、兩頭低，形似山峰，故稱為洪峰。洪峰對應的流量為洪峰流量。洪水成因不同，洪水漲落過程相應不同。相似的降雨過程，在濕潤地區和干旱地區流量過程卻不大相同。干旱地區峰形尖瘦，濕潤地區峰形平緩，主要原因是這兩類流域的洪量中地面徑流和地下徑流比例不同。濕潤地區洪水地下徑流比重大，而干旱地區洪水幾乎全部是地面徑流；流域下墊面不同，洪水過程也不同。

設計洪水是指水利水電工程規劃、設計中所指定的各種設計標準的洪水。合理分析計算設計洪水，是水利水電工程規劃設計中首先要解決的問題。水利水電工程的設計洪水計算，一般采用兩種途徑，一是根據實測流量資料直接推求，二是根據雨量資料間接推求。根據雨量資料推求設計洪水包括設計暴雨、產流、匯流計算。

雨洪的匯流過程，包括地面徑流和地下徑流兩種很復雜的匯流過程。地面徑流不僅量大，分配集中，而且匯流速度快，對雨洪過程起著決定性的作用。而地下徑流的影響相對很小，所以，在雨洪匯流計算中，往往只分析計算地面徑流的匯流過程，不考慮地下徑流的影響。

地面徑流的匯流過程，又包括坡面匯流和河網匯流兩個階段，由于坡面流程短，調節作用小，對出流斷面雨洪過程的影響遠遠小于河網匯流，所以在計算時，往往略去坡面匯流階段，而直接用凈雨代表坡面出流，經過河網匯流計算出斷面的流量過程。

河網計算比較復雜，水體運動受河網水力條件所支配，沿程的匯流速度不同，又有兩側入流不均勻和干支流洪水干擾等問題，很難準確計算出其匯流過程。目前多采用水文學方法近似求解，主要方法有經驗間位線，河網匯流曲線，等流時線及推理公式等。

在匯流計算中，如果單位線的峰值或反映流域特征的參數有隨凈雨強度不同而變化的趨勢，則應考慮非線性校正，至于是否需要考慮前期徑流對后一時段的集流速度的影響，則值得進一步探討。

1 問題的提出

在計算洪峰流量時，一般都考慮了前期徑流對后一時段集流速度的影響，即：當在規定選用的范圍內，第二時段單位線的洪峰流量，一般可采用前一時段凈雨與第二時段凈雨深之和相應的單位過程線。

以F.F斯奈德的經驗公式論證上述關系

斯氏不同rt的經驗公式如下：

代表單位時段為 tr的單位線要素。

設Tr=12小時，Ri=40毫米。

斯氏經驗公式推算結果表明：

（1）單位線洪峰滯時隨單位時段增長而增大，洪峰流量則隨單位時段增長而減少。

（2）單位時段內，洪峰流量隨凈雨強度增加而增大，這正是單位線要進行非線性校正之故（但不能無限制外延，當rt=ι時，指數為0）。

若按時段凈雨套相應的單位線，然后徑流過程疊加，其結果將是）如何？為此通過實例進行初步探討。

表1

············

2 前期徑流影響問題的探討

以南灣水庫壩址雨洪匯流為例，一是按上述方法考慮前期徑流的影響，二是不考慮前期

徑流的影響，計算結果如下表1。

由表1可見，考慮前期徑流影響與不考慮前期徑流影響，除20年一遇的洪峰流量兩者一致外，其余幾種頻率的洪峰流量，考慮前期徑流影響的反比不考慮前期徑流影響的小1%，這是因為：

一次雨洪在出口斷面形成的流量過程，是由各單位時段凈雨形成的徑流過程疊加而成的，考慮前期徑流的影響，單位線的洪峰流量雖增大了，但過程線變的尖瘦了，兩者對形成出口斷面的洪峰流量有相互抵消的作用，故從南灣水庫的洪峰流量計算實例來看，考慮與不考慮前期徑流影響差別不大，因此，對大型水利水電工程而言，考慮前期徑流影響與否，對水庫的工程規模無大影響。

洪峰流量和徑流量等水文要素的變化，都遵循一定的統計規律，其出現可能性的大小或出現的頻繁程度，在數理統計學上稱為概率，在水文學上則習慣稱為頻率，屬于洪水要素方面的，稱作洪水頻率。在水文實際應用中，關注的是由降雨所形成的流域出口斷面的流量過程。流域出口斷面的流量過程取決于流域內的產流過程和匯流曲線，當已知流域內降雨形成的凈雨過程，則匯流計算的關鍵就是確定流域的匯流曲線。因此，只要確定出流域的匯流曲線，就可以推求流域出口斷面的流量過程。

水庫防洪設計一般是以壩址設計洪水為依據。但水庫建成后，洪水是從水庫周邊匯入水庫，而不是壩址斷面的洪水，這些從水庫周邊匯入水庫（包括入庫斷面）的洪水稱為入庫洪水，它與壩址洪水有一定的差別，差異程度與水庫特性及典型洪水的時空分布有關。用人庫洪水作為設計依據更符合建庫后的實際情況，特別是對壩址洪水與人庫洪水差別較大的湖泊型水庫更為必要。

以上觀點僅為在工作中總結出的一點淺見，是否合理，還待進一步探討。

參考文獻：

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［2］張玨.基于非線性理論的石泉和安康水文站徑流及洪水規律挖掘.西安理工大學，2009年碩士論文.

［3］曹玲，董安祥，竇永祥，牛金龍.黑河洪峰變化及其對全球氣候變暖的響應，中國氣象學會2006年年會.