新舊手冊(cè)圖集推理公式法的應(yīng)用分析

楊 敏，李 妍

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001）

水文計(jì)算中,設(shè)計(jì)洪峰流量通常采用地區(qū)水文手冊(cè)中羅列的多種方法進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比和選用,因而水文手冊(cè)中計(jì)算參數(shù)的選用具有較為重要的意義。2021 年5 月,《陜西省水文手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《省手冊(cè)》）通過(guò)了水利廳組織的專家評(píng)審,于同年7 月正式進(jìn)入試用階段。以霸王河渡槽百年一遇設(shè)計(jì)洪水為例,分別選用《寶雞市實(shí)用水文手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《寶雞手冊(cè)》）、《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》（以下簡(jiǎn)稱《省圖集》）、《省手冊(cè)》三本圖集手冊(cè)進(jìn)行推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水,以此分析新舊圖集手冊(cè)關(guān)于推理公式法參數(shù)變化對(duì)計(jì)算成果的影響。

1 流域概況

霸王河為渭河一級(jí)支流,發(fā)源于秦嶺北麓,河流上游分為東、西兩岔,流向由南向北；兩溝交匯后,繼續(xù)北流,在響水石與李家河匯合之后稱為霸王河,霸王河流經(jīng)營(yíng)頭鎮(zhèn)、金渠鎮(zhèn)的河?xùn)|村、第二坡村、紅星村之后于教坊村北流入渭河。

霸王河流域面積156.8 km2,河長(zhǎng)34.8 km,河道平均比降40.9‰,峪口以上呈“V”型河谷,峪口以下呈帶狀。霸王河渡槽位于霸王河下游營(yíng)頭村附近,控制斷面以上流域面積143 km2,河長(zhǎng)25.5 km,平均比降59.7‰。

2 計(jì)算方法

根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨推求一般假定設(shè)計(jì)暴雨與相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水同頻率,從而由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水,分為產(chǎn)流計(jì)算和匯流計(jì)算兩部分。

產(chǎn)流計(jì)算主要為設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)、設(shè)計(jì)面暴雨量、設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配和凈雨計(jì)算,匯流計(jì)算主要為根據(jù)凈雨過(guò)程用推理公式計(jì)算匯流歷時(shí)和設(shè)計(jì)洪峰流量。

推理公式的基本關(guān)系式為《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》附錄B 所列基本形式,基本公式為：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；h 為全面匯流時(shí)相應(yīng)于τ時(shí)段的凈雨,部分匯流時(shí)代表單一洪峰的凈雨,mm；F 為流域面積,km2；τ為流域匯流歷時(shí),h；m 為匯流參數(shù)；L 為沿主河道從出口斷面至分水嶺的最長(zhǎng)距離,km；J 為沿流程L 的平均比降,以小數(shù)計(jì)；α、β為經(jīng)驗(yàn)性指數(shù)。

3 不同圖集手冊(cè)參數(shù)選用

霸王河流域位于寶雞市眉縣,分別查《寶雞手冊(cè)》《省圖集》《省手冊(cè)》相關(guān)參數(shù)及附圖,暴雨歷時(shí)采用24 h 進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

3.1 產(chǎn)流參數(shù)

查《寶雞手冊(cè)》暴雨分區(qū)圖（圖1）,霸王河流域處于秦嶺北麓、西部山區(qū)暴雨區(qū),屬濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū),地表植被較好,產(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主,參數(shù)選用見(jiàn)表1。

圖1 m 與的變化關(guān)系圖

查《省圖集》暴雨相似區(qū)分區(qū)圖和產(chǎn)匯流參數(shù)分區(qū)圖,霸王河流域處于暴雨分區(qū)Ⅱ南、產(chǎn)匯流分區(qū)Ⅱ南-西,屬濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū),產(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主,參數(shù)選用見(jiàn)表1。

查《省手冊(cè)》陜西省暴雨相似區(qū)分區(qū)圖（附圖45）和陜西省產(chǎn)匯流參數(shù)分區(qū)圖（附圖46）,霸王河流域處于暴雨相似分區(qū)Ⅱ2、產(chǎn)匯流分區(qū)Ⅱ2-1,產(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主,參數(shù)選用見(jiàn)表1。

表1 產(chǎn)流參數(shù)表 單位：mm

查圖集手冊(cè)的1 h、3 h、6 h、12 h、24 h 均值、CV等值線圖,設(shè)計(jì)雨量計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 暴雨參數(shù)表

3.2 匯流參數(shù)

表3 和m 計(jì)算參數(shù)表

表3 和m 計(jì)算參數(shù)表

4 產(chǎn)、匯流計(jì)算

4.1 產(chǎn)流計(jì)算

查圖集手冊(cè),其中《寶雞手冊(cè)》和《省圖集》關(guān)于渭河南24 h 分配雨型一致,根據(jù)雨型進(jìn)行24 h 的雨量分配見(jiàn)表4。

表4 雨量分配表 單位：mm

4.2 匯流計(jì)算

采用圖解法推求設(shè)計(jì)洪水,由產(chǎn)流計(jì)算得到的凈雨過(guò)程計(jì)算∑ht/t,帶入式（1）及假定不同Qm帶入式（2）得到兩條曲線,交點(diǎn)處即為所求匯流歷時(shí)及設(shè)計(jì)洪峰流量,計(jì)算成果見(jiàn)表5。

表5 設(shè)計(jì)洪峰計(jì)算成果表

5 成果對(duì)比分析

將圖集手冊(cè)計(jì)算過(guò)程中主要變化的產(chǎn)、匯流參數(shù),包括等值線暴雨均值、CV、及m 分別統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表6。

表6 產(chǎn)、匯流參數(shù)及設(shè)計(jì)洪水成果

續(xù)表6

從暴雨等值線圖來(lái)看,《寶雞手冊(cè)》與《省圖集》的設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)在短歷時(shí)（1h、3h）一致,在長(zhǎng)歷時(shí)（6h、24h）略有不同,而《省手冊(cè)》各歷時(shí)暴雨參數(shù)相比則均減小：1h、3h、6h、24h 暴雨均值分別為《寶雞手冊(cè)》的88%、86%、70%、86%,《省圖集》的88%、86%、70%、86%；1 h、3 h、6 h、24 h 的CV分別為《寶雞手冊(cè)》92%、92%、100%、77%,《省圖集》的92%、83%、100%、73%。

暴雨等值線圖發(fā)生較明顯的變化：《省手冊(cè)》24 h 設(shè)計(jì)面雨量為《寶雞手冊(cè)》的70%,為《省圖集》的67%,減小幅度分別為30%、23%。

產(chǎn)流分析中土壤最大含水量Im與扣潛百分比在《寶雞手冊(cè)》與《省圖集》中一致,《省手冊(cè)》重新率定了Im,相比其他圖集手冊(cè),Im增大,則前期初損I0 對(duì)應(yīng)增大；扣潛百分比減小,綜合計(jì)算后凈雨減小：《省手冊(cè)》24h 設(shè)計(jì)凈雨為《寶雞手冊(cè)》的81%,為《省圖集》的68%,減小幅度分別為19%、32%。

從計(jì)算成果來(lái)看,《省手冊(cè)》推求霸王河渡槽以上流域百年一遇洪水成果相比其他圖集手冊(cè)明顯變小,為《寶雞手冊(cè)》的70%,《省圖集》的65%,減小幅度為30%,35%。

不同圖集手冊(cè)各主要因素變動(dòng)幅度見(jiàn)表7,為初步確定對(duì)設(shè)計(jì)洪峰成果影響較大的因子,將上述不同變幅的產(chǎn)匯流過(guò)程做不同方案進(jìn)行計(jì)算成果的對(duì)比分析,計(jì)算分析結(jié)果見(jiàn)表8。

表7 省手冊(cè)與其他圖集手冊(cè)變化幅度對(duì)比 單位：%

表8 不同方案成果對(duì)比表

由上表可知：①采用《省手冊(cè)》產(chǎn)流過(guò)程,對(duì)比《寶雞手冊(cè)》和《省圖集》設(shè)計(jì)洪峰流量降幅為4.64%；②采用《省手冊(cè)》匯流過(guò)程,對(duì)比《寶雞手冊(cè)》和《省圖集》設(shè)計(jì)洪峰流量降幅在25%～32%。

分析可知：不同圖集手冊(cè)推理公式法計(jì)算洪峰流量的主要影響因子為暴雨等值線圖變化。

6 結(jié)語(yǔ)

在本文中,推理公式法《省手冊(cè)》計(jì)算成果相比于《寶雞手冊(cè)》和《省圖集》計(jì)算成果,《省手冊(cè)》計(jì)算成果有較大變化,且各歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨等值線圖的變化為設(shè)計(jì)洪水成果變化的主要影響因素。

在后續(xù)工作實(shí)踐中,還應(yīng)通過(guò)實(shí)際工作對(duì)《省手冊(cè)》應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。