海灣水庫洪峰流量經(jīng)驗公式的推求

康耀+　萬小剛　王存良　張福林

[摘要]小流域設(shè)計洪水在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)計參數(shù)，對本地區(qū)經(jīng)驗公式中的各系數(shù)進(jìn)行了復(fù)核。

[關(guān)鍵詞]小流域；設(shè)計洪水；統(tǒng)計參數(shù)；經(jīng)驗公式

海灣水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)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(qū)劃隸屬于準(zhǔn)格爾旗沙圪堵鎮(zhèn)長勝店村（原納林鄉(xiāng)任三窯村）。小楊凱溝（又名忽雞圖溝）是納林川的支溝，發(fā)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(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在小流域上修建水利工程時，必須進(jìn)行設(shè)計洪水的計算。因此，小流域設(shè)計洪水在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。小流域設(shè)計洪水的計算方法很多，可以由流量資料推求設(shè)計洪水，也可以由暴雨資料推求設(shè)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(jīng)驗公式法計算設(shè)計洪水。

經(jīng)驗公式是在缺乏和調(diào)查洪水資料時常用的一種簡易方法。在一定的流域內(nèi)，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(shù)也往往存在一定的變化規(guī)律。我區(qū)1977年發(fā)布的《內(nèi)蒙古水文手冊》按地區(qū)特點劃分若干分區(qū)，分別編制地區(qū)的洪水經(jīng)驗公式，自使用以來，為我區(qū)各部門的工程建設(shè)發(fā)揮了巨大作用。但考慮到該手冊發(fā)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(tài)環(huán)境尤其是下墊面的影響，故在本次計算時擬通過現(xiàn)有的資料對經(jīng)驗公式中的各參數(shù)進(jìn)行復(fù)核。

一、自然地理特征

納林川發(fā)源于準(zhǔn)格爾旗原布爾陶亥蘇木的壩梁村，由北向東南流經(jīng)原納林鄉(xiāng)、沙圪堵鎮(zhèn)至榆樹塔轉(zhuǎn)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(zhì)丘陵區(qū)，中、下游為土質(zhì)丘陵溝壑區(qū)。上游土壤植被稀疏，有流動、半流動的沙丘。

二、理論依據(jù)及計算途徑

1、公式模型的建立

2、洪水頻率分析

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計理論，選定頻率曲線分布線型，用統(tǒng)計參數(shù)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(tǒng)計特征推求洪水總體的統(tǒng)計參數(shù)，如矩法、概率權(quán)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(jīng)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(jīng)驗點據(jù)分布，選定總體（頻率分布曲線線型），并按一定的適線準(zhǔn)則，選擇經(jīng)驗分布于總體分布擬合良好的統(tǒng)計參數(shù)，從而推求洪水設(shè)計值。本次計算選用適線法。

2.1 經(jīng)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(xù)系列洪水經(jīng)驗頻率公式（數(shù)學(xué)期望公式）。

2.2 洪水頻率曲線線型

根據(jù)我國許多長期洪水系列分析結(jié)果和多年來設(shè)計工作的實際經(jīng)驗，認(rèn)為P-Ⅲ型適用于全國大多數(shù)河流的水文特征，因此水利水電部門規(guī)定頻率曲線線型采用P-Ⅲ型。

2.3 洪水統(tǒng)計參數(shù)的確定

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

三、洪峰流量地區(qū)經(jīng)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(qū)經(jīng)驗公式：

四、成果應(yīng)用及對比

1、與現(xiàn)有經(jīng)驗公式計算結(jié)果對比

《內(nèi)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(dāng)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(jìn)行水文計算時曾通過將沙圪堵站與窟野河的阿鎮(zhèn)站、新廟站、王道恒塔站、神木站的洪峰均值及其它參數(shù)進(jìn)行地區(qū)綜合法確定出本地區(qū)綜合公式如下：

經(jīng)驗系數(shù)與本次計算結(jié)果接近，但統(tǒng)計參數(shù)略有不同。現(xiàn)將各方法計算結(jié)果列表如下：

2、結(jié)果分析

通過以上結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)水文手冊法計算的洪峰流量均值比本次計算結(jié)果小很多，分析原因認(rèn)為是水文手冊發(fā)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(fā)生的洪峰大于均值的洪水有11次，尤其是最大洪水發(fā)生在1989年，將洪水的均值拉高。地區(qū)綜合法的均值與本次計算結(jié)果相近，但變差系數(shù)Cv遠(yuǎn)大于本次計算結(jié)果，變差系數(shù)的大小反應(yīng)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(qū)綜合法時采用的多為窟野河流域水文測站的數(shù)據(jù)，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(wěn)定導(dǎo)致的結(jié)果。

五、結(jié)論

計算洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗公式是根據(jù)一個地區(qū)各河流的實測洪水和調(diào)查洪水資料，找出洪峰流量與各影響因素之間的相互關(guān)系，建立起來的關(guān)系方程式。而影響洪峰流量的因素是多方面的，包括地質(zhì)地貌特征（植被、土壤、水文地質(zhì)等）、幾何形態(tài)特征（集水面積、河長、比降、河槽斷面形態(tài)等）以及降雨特性。因此，方程式都是根據(jù)當(dāng)?shù)貙崪y經(jīng)驗數(shù)據(jù)制定的，地區(qū)性很強(qiáng)。

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