改進的推理公式法在無資料地區山洪評價計算中的應用

辛 波

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

近年來，由于極端暴雨天氣的影響，山區性洪水呈現頻發的態勢，為對山區性洪水進行有效的防治，保障山區人民的生命財產安全，需要對山區性洪水進行洪水特征評估，從而制定有效的山洪防治規劃。山洪洪水特征評估需要對區域山洪進行設計暴雨洪水計算。對于山洪設計暴雨洪水計算，國內許多學者均展開研究，取得一定研究成果[1- 5]。山洪設計洪水計算面對的難題在于大多山洪位于無資料地區，許多學者針對無資料地區的設計暴雨洪水計算都進行過相關研究[6- 10]，推理公式在無資料區域的設計暴雨洪水計算中得到具體應用，為此本文引入推理公式法，以遼寧東部某無資料區域山洪為研究實例，對該區域山洪進行設計暴雨和設計洪水計算，并對該山洪的洪水特征進行評估，驗證推理公式法在遼寧無資料地區山洪評估中的適用性。

1 改進推理公式計算主要原理

傳統推理公式采用概化方法對流域產匯流過程進行均化，對流域坡面產匯流進行曲線組合，計算方程為:

(1)

經過大量實測數據對比分析后，有學者對式(1)進行概化，概化方程為：

(2)

其中當tc≥τ，表示為全面匯流，則洪峰流量為：

(3)

其中當tc<τ，表示為部分匯流，則洪峰流量為：

(4)

式中，hτ—匯流時間τ內的凈雨量，mm；hR—一次洪峰過程的凈雨量，mm。在全面匯流中，式(3)可以轉變為：

(5)

在式(5)中，μ—降雨損失量強度，mm/h。

其中匯流時間τ的計算表達式為：

(6)

式(6)中，X、Y—匯流參數；L—河長，km；J—比

綜上，種畜禽生產經營許可證審核發放制度，對于保證種畜禽質量，穩定農民增收，在當前畜牧業發展中還起著積極主動的作用，仍應予以保留。

表1 小流域設計暴雨kp系數表

降，‰。

改進的推理公式采用分段暴雨衰減指數對時段凈雨計算進行改進，改進方程為：

當τ<1h時，時段凈雨計算方程為：

Hτ=Sτ1-n0P

(7)

式中，S—不同頻率下的雨力值，mm/h；n0p—1h時段內的暴雨衰減指數，n0p的計算方程為：

(8)

式中，H10、H60—10min、60min的面暴雨量，mm。

當1h≤τ<6h時，時段凈雨計算方程為：

Hτ=Sτ1-n1P

(9)

式中，n1p的計算方程為：

(10)

式中，H1、H6—1h、6h的面暴雨量，mm。

當6h≤τ<24h時，時段凈雨計算方程為：

Hτ=Sτ1-n2P

(11)

式中，n2p的計算方程為：

(12)

式中，H6、H24—6h、24h的面暴雨量，mm。各時段暴雨均值可以從地方水文手冊中查的。

2 應用實例

2.1 研究區域概況

本文以遼寧東部區域某山區流域為研究實例，區域的防洪標準為20年一遇，區域集水面積為125.3km2，流域河長為30.3km，平均比降為8.9‰，流域邊界如圖1所示。結合區域流域重心點，確定流域所在分區，依遼寧生暴雨圖集，可以查到不同時段的設計暴雨均值。

圖1 設計區域流域邊界圖

2.2 設計暴雨計算

結合設計區域所在的水文分區，依遼寧省設計暴雨手冊，可對設計區域小流域設計暴雨進行計算，區域設計暴雨計算結果見表1、2。

表2 小流域設計暴雨成果表

表1給出了設計區域不同時段的設計暴雨均值，并計算了不同時段的衰減指數，從表中可以看出，隨著時段的增加，衰減指數也逐漸增加，這也符合于暴雨變化規律，隨著暴雨時段的增加，其暴雨衰減量也逐漸增加。從表2中可以看出，隨著設計暴雨頻率的增加，其設計暴雨量也逐步增加。

2.3 設計洪水計算

在設計暴雨計算的基礎上，結合改進的推理公式，對區域不同頻率下的設計洪水進行了計算，計算結果見表3、4，并對流域不同頻率的計算洪水過程進行了計算，計算結果如圖2所示。

表3 小流域設計洪水計算參數表

表4 小流域設計洪水計算成果表

圖2 不同頻率設計洪水過程

從表3、4對設計洪峰和洪量進行計算，可以得到不同頻率下的設計洪峰和洪量，從而對山洪的洪水特征進行有效評價。從表3中可以看出，區域20年一遇的設計洪水達到445m3/s，結合曼寧公式進行水位反推，當前區域山洪治理設計的堤防高度可以滿足區域的山洪防洪安全。表4和圖2為研究區域不同頻率的洪水過程圖，從表4和圖2中可以看出，不同頻率下的設計洪水過程具有一定的相似性，這主要和區域設定的洪水形狀系數有關，各頻率下的設計洪峰出現時間較為一致。

2.4 成果驗證及精度對比

結合研究區域附近水文站實測數據，按照水文相似類比法，對改進前后推理公式計算的設計洪峰和洪量進行驗證，并對比不同算法的計算精度，計算結果見表5、6。

表5 各算法下設計區域不同頻率洪峰計算精度對比

表6 各算法下設計區域不同頻率洪量計算精度對比

從表5設計洪峰計算精度對比結果可以看出，改進推理公式下的設計洪峰計算誤差均在±10%以內，滿足設計洪水精度要求，相比于傳統推理公式方法，設計洪峰的計算誤差平均減少13.5%，這主要是因為改進的推理公式方法采用分段衰減指數對不同頻率的設計暴雨進行雨量衰減，減少了傳統方法雨量衰減均化的影響。提高了設計洪峰的計算精度。從表6中還可看出，改進的推理公式方法不僅對設計洪峰有所影響，對區域設計洪量也有所影響，主要是因為分短衰減指數提高了設計暴雨的精度，使得設計暴雨計算更加精細化。從表6中可以看出，設計洪量驗證誤差也均在±10%以內，相比于傳統推理公式，各頻率下洪量計算誤差平均減少14.3%。

3 結論

本文結合改進的推理公式對無資料地區山洪進行洪水特征的評價，計算分析取得以下結論：

(1)改進推理公式采用分段衰減指數進行設計暴雨計算，可解決無資料地區短歷時山洪洪水特征的評價問題，經驗證，該方法計算精度可滿足設計洪水規范要求；

(2)結合改進推理公式計算的設計洪峰，可應用曼寧公式對山洪不同頻率下的水位進行反推，從而對山洪防洪特征進行有效評估。

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