海灣水庫洪峰流量經驗公式的推求

康耀+　萬小剛　王存良　張福林

[摘要]小流域設計洪水在工農業生產中具有重要的意義。文章通過同流域的洪水系列資料計算洪水各統計參數，對本地區經驗公式中的各系數進行了復核。

[關鍵詞]小流域；設計洪水；統計參數；經驗公式

海灣水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養殖的小（一）水庫，位于皇甫川支流納林川支溝小楊凱溝上，行政區劃隸屬于準格爾旗沙圪堵鎮長勝店村（原納林鄉任三窯村）。小楊凱溝（又名忽雞圖溝）是納林川的支溝，發源于廟梁山脊處，河道全長8.41km，河道平均比降8.479‰，壩址位于溝口上游1.47km處，壩址以上流域面積10.65km2。

根據相關規范要求，在小流域上修建水利工程時，必須進行設計洪水的計算。因此，小流域設計洪水在工農業生產中具有重要意義。小流域設計洪水的計算方法很多，可以由流量資料推求設計洪水，也可以由暴雨資料推求設計洪水，但在小楊凱溝流域中沒有水文觀測站，缺乏實測的流量資料或暴雨洪水系列資料，因此擬采用經驗公式法計算設計洪水。

經驗公式是在缺乏和調查洪水資料時常用的一種簡易方法。在一定的流域內，水文、氣象和地理條件具有一定的共性，影響洪峰流量的因素和水文參數也往往存在一定的變化規律。我區1977年發布的《內蒙古水文手冊》按地區特點劃分若干分區，分別編制地區的洪水經驗公式，自使用以來，為我區各部門的工程建設發揮了巨大作用。但考慮到該手冊發布時間較早，水文系列也較短，且未能考慮到近年來各種人類活動對生態環境尤其是下墊面的影響，故在本次計算時擬通過現有的資料對經驗公式中的各參數進行復核。

一、自然地理特征

納林川發源于準格爾旗原布爾陶亥蘇木的壩梁村，由北向東南流經原納林鄉、沙圪堵鎮至榆樹塔轉向東南至陜西省府谷縣郝家圪旦與十里長川匯合，匯合后下游稱皇甫川，流入黃河。納林川主河道長91.2km，流域面積2142 km2，河道平均比降3.21‰。納林川上游為沙質丘陵區，中、下游為土質丘陵溝壑區。上游土壤植被稀疏，有流動、半流動的沙丘。

二、理論依據及計算途徑

1、公式模型的建立

2、洪水頻率分析

根據數理統計理論，選定頻率曲線分布線型，用統計參數估計法由洪水樣本推求洪水總體分布的方法，一種是由洪水系列的統計特征推求洪水總體的統計參數，如矩法、概率權重矩法和線性矩法；一種是適線法，將系列中的每項洪水由大到小依次排列，采用經驗頻率公式求得每項洪水樣本的繪點位置（超過頻率），得到洪水的經驗點據分布，選定總體（頻率分布曲線線型），并按一定的適線準則，選擇經驗分布于總體分布擬合良好的統計參數，從而推求洪水設計值。本次計算選用適線法。

2.1 經驗頻率公式

由于洪水系列中未包含歷史洪水資料，故采用連續系列洪水經驗頻率公式（數學期望公式）。

2.2 洪水頻率曲線線型

根據我國許多長期洪水系列分析結果和多年來設計工作的實際經驗，認為P-Ⅲ型適用于全國大多數河流的水文特征，因此水利水電部門規定頻率曲線線型采用P-Ⅲ型。

2.3 洪水統計參數的確定

在對系列資料一致性、合理性、代表性審查的基礎上，利用適線（見圖1），確定納林川流域洪峰系列統計參數如下：

三、洪峰流量地區經驗公式

按照式（1）的模式，求得納林川流域多年平均洪峰流量的地區經驗公式：

四、成果應用及對比

1、與現有經驗公式計算結果對比

《內蒙古水文手冊》中，C值為14.1，Cv為1.4（查等值線圖為1.1，當流域面積小于100km2時加0.1～0.3，流域面積越小加的越大），Cs/Cv為3。此外，某科研院所在本水庫臨近流域進行水文計算時曾通過將沙圪堵站與窟野河的阿鎮站、新廟站、王道恒塔站、神木站的洪峰均值及其它參數進行地區綜合法確定出本地區綜合公式如下：

經驗系數與本次計算結果接近，但統計參數略有不同。現將各方法計算結果列表如下：

2、結果分析

通過以上結果比較，發現水文手冊法計算的洪峰流量均值比本次計算結果小很多，分析原因認為是水文手冊發布于1977年，采用的水文系列只有11年左右，而通過56年的洪水系列來看，本流域1977年以后發生的洪峰大于均值的洪水有11次，尤其是最大洪水發生在1989年，將洪水的均值拉高。地區綜合法的均值與本次計算結果相近，但變差系數Cv遠大于本次計算結果，變差系數的大小反應了洪水在多年中的變化情況，故分析其原因是由于使用地區綜合法時采用的多為窟野河流域水文測站的數據，窟野河流域洪峰變化相對較大，而納林川流域洪峰變化相對穩定導致的結果。

五、結論

計算洪峰流量的地區經驗公式是根據一個地區各河流的實測洪水和調查洪水資料，找出洪峰流量與各影響因素之間的相互關系，建立起來的關系方程式。而影響洪峰流量的因素是多方面的，包括地質地貌特征（植被、土壤、水文地質等）、幾何形態特征（集水面積、河長、比降、河槽斷面形態等）以及降雨特性。因此，方程式都是根據當地實測經驗數據制定的，地區性很強。

參考文獻：

[1] 葉守澤主編.水文水利計算. 水利電力出版社.1992

[2]劉光文.水文分析與計算.水利水電出版社.1989

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[4]水利電力出版社.周之豪，沈曾源水利水能規劃中國水利水電出版社2008

[5]內蒙古水文手冊.1977