杜偉
(黑龍江省農(nóng)墾紅興隆管理局水務(wù)局,黑龍江友誼155811)
水文資料是水利工程設(shè)計最基礎(chǔ)、最前沿的必備資料,水文賬錯了,所有設(shè)計便無需再作論證評審了。因此,作為水利工程規(guī)劃設(shè)計人員,首先要把水文基本資料以及分析計算資料做的牢靠,經(jīng)得起歷史推敲。
工程水文計算的任務(wù)主要是分析預(yù)算工程施工及運(yùn)行期在可能發(fā)生的水文特征值,為水工設(shè)計提供依據(jù)。其主要內(nèi)容有:
1)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求的全年和要求時段的經(jīng)流量的設(shè)計值及其時程分配。
2)各種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水的洪峰流量,不同時段洪量及其洪水過程線,設(shè)計洪水的地區(qū)組成及分期洪水。
3)設(shè)計暴雨和可能最大暴雨的各種歷時降水量及其時空分布,以及由暴雨推求的相應(yīng)洪水。
4)冰情、水面蒸發(fā)等水文特征值。
5)電站廠區(qū),壩址原水位流量關(guān)系。
6)各類典型區(qū)(山區(qū)、半山區(qū)、平原區(qū)、干旱區(qū)、半干旱區(qū)、濕地等)排水模素的設(shè)計推求及區(qū)域水文圖集的制定。
本文主要闡述歷史洪水調(diào)查推求設(shè)計洪峰流量。
計算歷史洪峰流量應(yīng)根據(jù)洪水痕跡分布、觀測資料情況及河段水力特性等選用適當(dāng)?shù)姆椒?。由洪痕推估洪峰流量,一般?yīng)通過兩種以上的方法進(jìn)行計算。遇河段彎曲或有分流等情況,則應(yīng)選取參證站,通過對近期大洪水進(jìn)行計算,予以比較。
當(dāng)水文站斷面處調(diào)查有洪水痕跡;或在水文站上、下游不遠(yuǎn)處有洪水痕跡時,其區(qū)間面積很小,能較可靠地將洪痕移到水文站斷面處,這時應(yīng)盡量利用水文站實測資料,采取延長水位流量關(guān)系曲線的方法推算歷史洪峰流量。
若河段較均勻整直,斷面較穩(wěn)定,下游不受變動回水影響,水位流量關(guān)系呈單一關(guān)系,可根據(jù)具體情況按下述方法處延。
當(dāng)短、缺實測水文資料時,可利用調(diào)查河段縱橫斷面測量資料及洪水水面線,求出計算斷面的水力要素ω洪、x洪、R洪及i洪等,按(1)式計算,確定調(diào)查洪水位所對應(yīng)的洪峰流量。
計算流量的水力學(xué)公式為:
如上所述,利用調(diào)查洪水痕跡可以推算出相應(yīng)的洪峰流量。而調(diào)查洪水是多少年一遇(即頻率是多少),可按以下途徑加以評定。
1)根據(jù)調(diào)查對象的年齡估計歷史洪水頻率,如:六、七十歲以上老人所述最大洪水,可認(rèn)為≥50 a一遇(即頻率為2%)。如調(diào)查到1942年洪水是65歲左右的老人們所見最大洪水,雖距今僅32 a,可大致估定為50 a一遇。
2)根據(jù)洪水調(diào)查和歷史文獻(xiàn)檔案材料,分析估定歷史洪水的頻率。這個方法是常用的基本方法。
①如根據(jù)調(diào)查或在歷史文獻(xiàn)記載的N1年內(nèi)(自己字記載最遠(yuǎn)年份迄今),能斷定沒有比調(diào)查洪水更大的歷史洪水,則重現(xiàn)期可作為N1年;②如能斷定在N1年內(nèi)有a次歷史洪水>調(diào)查洪水,則其重現(xiàn)期為年;③如在N1年內(nèi)有a次歷史洪水與調(diào)查洪水不差上下,而無法判斷誰大誰小時,則其重視期為年。
總之,歷史洪水與實測洪水一樣,其地區(qū)分布有一定的規(guī)律性。因此,無論用什么方法估定調(diào)查洪水的頻率時,應(yīng)該注意分析全流域的特性。利用上述估定頻率的方法,結(jié)合調(diào)查水情、雨情及鄰近流域歷史洪水情況等進(jìn)行綜合分析,力求較合理地確定調(diào)查洪水的重現(xiàn)期。
3.2.1 經(jīng)驗頻率曲線法
經(jīng)過調(diào)查考證到a個歷史大洪水,最遠(yuǎn)的調(diào)查考證年份迄今為N年,除此之外,尚有n項實測系列。在N年中已考證清楚,按大小順位后的為首M項大洪水中(包括由實測系列中移入的大洪水)并未遺漏>第M項的洪水時,則第M項大洪水的經(jīng)驗頻率可按下式計算:
當(dāng)考慮使用歷史洪水資料時,對幾項實測系列中排位第m項洪水的經(jīng)驗頻率,可根據(jù)對資料情況的判斷,采用下列方式之一進(jìn)行估算:
1)當(dāng)實測系列較長,代表性較好,而對歷史洪水的精度(定量、排位)又不夠滿意時,可按歷史洪水與實測洪水分別獨立排位處理,對n項實測系列中第m項洪水的經(jīng)驗頻率仍按計算。
2)當(dāng)實測系列代表性較差,而歷史洪水調(diào)查考證精度較高,則實測系列可認(rèn)為是N年系列的組成部分,對n項實測系列中第m項洪水的經(jīng)驗頻率可按下工計算:
式中:Pa為N年中排位第a項大洪水的經(jīng)驗頻率。當(dāng)N年中最大a次洪水均已查清且無遺漏時為由實測系列移入特大洪水M序列的項數(shù)。
在N年內(nèi)所調(diào)查到的歷史洪水因可能有遺漏而按大小排位不連續(xù)時,對不能排列為N年中有首幾位的大洪水,可另選歷時短于N年的一個或多個,使其也能排列為首幾位。此時,經(jīng)驗頻率計算方法可按上述原則處理。
不連序系列參數(shù)估算式為:
QV·N估算值大多偏小,可稍加大進(jìn)行適線。適線時,當(dāng)QV·N≤0.5,試用CS·N/QV·N=4;1.0≥QV·N>0.5,QS·N/QV·N= QV·N>1.0,QS·N/QV·N=2~3
3.2.2 試算法
在短、缺實測洪水資料的情況下,調(diào)查到兩次(或稍多)歷史洪水并能估出其頻率時,可用試定Cν洪、CS洪值的方法,求出設(shè)計洪峰流量。
[1]華東水利學(xué)院(現(xiàn)河海大學(xué)).水工設(shè)計手冊(第二卷)[M].北京:水利電力出版社,1987.
[2]天津大學(xué).小型水電站(上冊)[M].北京:水利電力出版社,1975