基于小流域設計洪水計算方法的研究

郭成建 況衛明

摘 要：對小型水庫除險加固工程無實測資料的小流域設計洪水計算問題進行探討，運用推理公式法計算了牛尾合潭流域涉及洪峰流量，并通過建立洪峰流量與流域特征值的復相關關系，對推理公式計算成果進行了復核。復相關關系法理論充分，成果可靠，可為小流域設計洪水計算成果合理性分析提供參考。

關鍵詞：特小流域;設計洪水;計算方法;合理性

中圖分類號：TV122文獻標識碼：A

1 研究背景

通過對江西省現狀小型水庫除險加固設計中設計洪水計算方法調研，小型病險水庫加固前，大部分水庫沒有水文基本資料和水文分析計算成果。從調查的四十多座水庫除險加固設計看，水文計算基本都是采用《江西省暴雨查算手冊》[1][2]來進行復核和計算的，少數用鄰近水文站點的歷年水文數據驗證成果的合理性。因設計洪水計算成果直接關系到工程除險加固設計質量、投資大小和工程安全，設計洪水計算成果的合理性顯得尤為重要。

根據江西省實際特點，小型水庫尤其小二型水庫涉及流域往往為特小流域（流域面積小于10km2），特小流域與其他類型流域相比，除集水面積小之外，在暴雨洪水產流、匯流方面也具有獨特的特點。本文結合牛尾合潭流域運用手冊查算法計算設計洪水，同時運用其它不同計算方法對其成果進行橫

向比較分析其合理性，對指導小型水庫除險加固工程中特小流域設計洪水計算提供參考。

2 設計洪水計算方法

牛尾合潭水庫位于大余縣新城鎮樟樹下村境內，壩址以上集雨面積為3.55km2，主河道長4.98km，主河道平均縱比降為0.029，坐落章江窯下河牛尾合潭水上，整個流域范圍內山青水綠，上游兩岸植被良好，人類活動影響小，水土流失影響不明顯。牛尾合潭水庫壩址處無雨量站，流域上下游無水文測站，沒有實測的流量資料.

2.1 推理公式法

暴雨統計參數采用《江西省暴雨洪水查算手冊》[3]進行查算，成果見下表。

2.1.1 產流計算

依據《江西省暴雨洪水查算手冊》，采用推理公式法計算設計流量時，視流域面積大小采用1h或3h為時段的暴雨雨型進行分配計算。本次采用控制時段△t=1h，按《手冊》中提供的暴雨時段分配比例，求的各頻率下的時段暴雨分配。《江西省暴雨洪水查算手冊》把產流分區共分為九個區域，本工程在第II區。該區流域最大蓄水量IM取值110mm，前期土壤含水量Pa取值70.0mm，設計頻率P=3.33%下的下滲率計算取用經驗公式fc=0.196I求得。扣除初損和穩滲，從而計算出各頻率24h凈雨過程。

2.1.2 匯流計算

匯流計算推理公式法[4]如下：

Qm=0.278·h·F/τ（1）

τ=0.278L/（mJ1/3Q1/4）（2）

式中：θ= L/J1/3;m=0.492（L/J1/3）0.164;Qm為洪峰流量，m3/s;h 在全面匯流時段表示相應于τ時段的最大凈雨，在部分匯流時段表示單一洪峰的凈雨，mm。

推理公式法匯流計算僅能估算洪峰流量。本例運用推理公式法推求得設計頻率P=33.3%設計洪峰流量為37.1m3/s。

2.2 設計洪水與流域特征值復相關關系法

在設計洪水計算中，流域特征基本不影響設計暴雨量計算及產流過程的分析，主要影響匯流過程分析。因此，根據李科國[5]等在特小流域設計洪水計算中的研究成果，依據產匯流計算分區，選擇大于10km2的多個流域分析設計洪水與流域特征值的相關關系，建立設計洪峰流量與流域面積F次方、河道比降J，與河道長L 的復相關關系，以此尋求計算特小流域設計洪峰流量的方法。[6][7]本文參照其理論建立了適用于江西省產匯流II區的特小流域設計洪峰流量與流域特征值復相關關系公式如下：

Qm（p=3.33%）=96.018×（FJ0.1550L0.90511.2682（3）

將本項目牛尾合潭流域特征值帶入上式，計算得設計頻率P=33.3%設計洪峰流量為37.8m3/s。

3 結語

本文牛尾合潭流域設計洪水計算采用了傳統的推理公式法和設計洪水與流域特征值復相關關系法兩種方法分別計算。從設計洪峰流量計算成果看，兩種方法計算成果相差不大，復相關法過程相對簡單，只要在同產匯流分區，建立復相關關系既能通過影響暴雨洪水特性的流域特征參數計算出設計洪峰流量，可方便用于小流域設計洪水計算成果的合理性分析。

參考文獻：

[1]郭生練.設計洪水計算方法研究進展與評價[J].水利學報，2016，47（3）：302-314.

[2]梁海宏.缺乏資料的小流域洪水細算方法分析[J].陜西水利，2018，4：196-198.

[3]江西省水文局.江西省暴雨洪水查算手冊[M].南昌：江西省水文局，2010.

[4]趙銀玲.基于產匯流理論的設計洪水推理公式法改進[J].人民長江，2018，49（20）：29-34.

[5]李國科.特小流域暴雨洪水分析[J].人民長江，2017，48（16）：6-9.

[6]水利部長江水利委員會水文局、水利部南京水文水資源研究所.水利水電工程設計洪水計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[7]袁慰平，張令敏，黃新芹，等.計算方法與實習[M].南京：東南大學出版社，1991.

基金項目：江西省水利廳科技項目“小型水庫除險加固設計實用技術研究”（KT201536）

作者簡介：郭成建（1988-），男，碩士，主要從事水文與水資源相關工作。