小流域水文流量計算方法分析

蔡振華 葉永清

1.浙江省松陽縣水利局 浙江 麗水 323400；2.浙江天禹信息科技有限公司 浙江 杭州 310000

引言

對于水利工程設計而言,水文流量分析屬于基礎性工作,將會直接影響整個工程規模,與工程投資力度密切相關。因此,針對水利工程建設,要求相關企業應加強區域水文流量分析,通過查閱并合理利用相關資料,充分認識到區域間的差異,選擇正確的計算方法,確保計算準確率。

1 工程案例

某水利工程主要組成包括大壩、壩后電站等。壩頂長度、最大壩高分別為135m、447m,集雨面積98.90km2,洪水標準屬于50年一遇,有小型水庫位于大壩46km處,處于山區地帶,壩高、壩頂長分別為225m、136m,洪水標準屬于30年一遇。

2 水文流量計算

2.1 計算方法 參考推算原理,可區分推算設計流量,主要分為有、無流量觀測資料。其中,無觀測資料情況較為常見,在推算設計流量方法中,包括調查歷史洪水位、暴雨成因原理推算等。例如,暴雨推理法、徑流形成法。

在計算過程中,應充分考慮集雨面積,根據上游水庫設計標準,結合下泄流量設計值,獲取設計洪水。以上游水庫防洪標準作為參考,如果設計洪水存在超出情況,應判斷是否會出現上游水庫洪水潰壩現象,并將其考慮在水文流量計算中[1]。

具體而言,在上游水庫中,以潰壩水流作為重點,要做好相應的計算工作。在水利工程中,該類水壩多以均質土壩為主,如果出現潰壩情況,將會產生較強沖擊力,在短時間內,決口處就會出現斷面,并且穩定性較高。因此,在上游水庫中,應落實瞬時潰壩處理,確保壩穩定性。在該項工作中,觀察水流流態,主要呈現不連續波運動狀態,因此,要明確潰壩水流計算相關公式,對最大流量進行準確計算,并進一步完成壩址流量過程線的推導,使計算可靠性得以提升。無論是在潰壩洪水方面,還是在流量過程線方面,針對傳播時間而言,均具有特殊性,與最大流量時間等相關因素均具有一定的聯系。

2.2 計算要點 圍繞水文流量計算,經研究可發現,該項工作具有特殊性,與數學計算相比,水文計算同樣存在在方法、運算方面的誤差,并且自身還存在原始誤差,在三種誤差共同作用下,進一步形成了總誤差。因此,要求工程應切實提升對水文計算中誤差出現的關注度,做好總誤差控制,以工程實際情況出發,合理預估各類誤差情況,使水文計算能夠具有更高的精確度。

由于地處偏遠山區,小流域通常不具有完善的實測資料,因此,在水文計算中,應借助相關暴雨資料,推導出相應的設計洪水。在這一過程中,具體分為三個部分。首先,經頻率分析法,在制定頻率下,獲取不同時間設計雨量,并了解相關暴雨過程,這也被稱為推進設計暴雨。其次,將設計暴雨中存在的損失進行扣除,得到相應的設計凈雨,最后,針對設計凈雨,可借助多種方式,完成相應的匯流計算,進而確定整個設計洪水過程,主要使用方法為單位線法。

使用暴雨資料,完成相關推導工作,應做好以下方面控制。如果所處地區為山區,在計算匯流洪峰中,可使用原農科院公式,通過合理利用相關公式,提高計算水平。同時,在使用直線內插法時,要合理分析頻率內插法,并做好管控工作,以KP值作為參考,完成內插求解,確保暴雨資料推導的有效性。

3 收集審查水文資料

小流域主要指小型溝、谷,匯水面積多在100km以下。在應用不同推算原理的情況下,可對推算設計流量進行分類。其一為應用流量觀測資料,對推算設計流量進行確定,但是因為小流域河流面積有限,通常不配備水文站,難以實現對資料的有效收集,因此,該方法常見度較低。其二為在無觀測資料的情況下,完成推算設計流量,借助有效調查,獲取相關洪峰流量因素,并應用計算工作,實現對設計流量的有效推算,在小流域河流中,該方法較為多見。小流域組成為微流域,圍繞自然流域,落實邊界劃分,通過構建流域拓撲關系,能夠集中實現自然集水單元劃分。如果小流域處于多縣級行政區內,以此作為界限,小流域將會得到進一步分割,形成小流域亞單元。在這一過程中,應切實落實有效治理工作,合理調整水土資源開發與利用,做好水土保持工作。可將生物、農業技術有機應用到工程中,切實提升工程綜合效益。

水文基本資料與最終水文計算結果、工程經濟效益指標具有一定的關聯性。因此,針對基本資料收集工作,需要相關部門提高重視度,做好資料準確性把控,合理落實各項處理工作。在這一過程中,應明確區域基本水文、氣象資料,并收集氣溫、氣壓等資料,并將對資料的測驗、整編、復核過程體現在設計中,并標注相應的計算方法,做好資料準確度分析。

建立在有效水文資料審查基礎上,落實水文計算工作。如果發現水文資料存在問題,應及時進行改正,并予以插補延長。正常而言,插補延長主要應用在水文氣象相似區域資料中,檢驗論證方法包括集水面積比檢驗論證、徑流相關檢驗論證等。使用插補延長,應以設計標準作為參考,合理分析參證站參數相關性,經有效實測后,完成插補延長,并進一步測量年徑流量系列情況,對比行業規范,檢查流域面積比是否存在超出行業規定情況,觀察同一氣候區兩個流域存在情況[2]。

結論

綜上所述,通過深入研究水文流量計算方法,并將其合理應用在工程建設中,可獲取到更加準確的壩庫容情況,在保障區域抗旱、水量要求的同時,提升壩效益。企業應以區域發展視角出發,充分考慮區域水文條件,選擇相應的計算形式,加強計算人員培訓,有效提升流量計算準確性。