鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院 王永強(qiáng) 王晶晶
某工程位于河南省滎陽(yáng)市汜水河,汜水河流經(jīng)區(qū)域?yàn)樯角饏^(qū),且山丘區(qū)缺少實(shí)測(cè)徑流資料,洪水推算的暴雨參數(shù)采用2005年12月《河南省暴雨參數(shù)圖集》(05 圖集),徑流匯流參數(shù)采用河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院1984年出版的《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》(84 圖集)。河道流域面積、長(zhǎng)度、比降參照以往資料,并結(jié)合1∶10 000 地形圖進(jìn)行復(fù)核。
根據(jù)汜水河所在流域特征和工程要求,查05 圖集等值線圖得出各歷時(shí)點(diǎn)雨量及變差系數(shù),查84 圖集,得出汜水河流域水文分區(qū)為Ⅴ區(qū)。根據(jù)84圖集,設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量Htp計(jì)算公式如下。
式(1)中,Ht為t時(shí)段點(diǎn)雨量均值;Kp為模比系數(shù),按偏態(tài)系數(shù)Cs=3.5Cv計(jì)算,可由皮爾遜Ⅲ型曲線查得。依據(jù)84 圖集,根據(jù)設(shè)計(jì)流域所在的水文分區(qū),查短歷時(shí)暴雨時(shí)面深關(guān)系圖,求得不同歷時(shí)暴雨的點(diǎn)面折減系數(shù)α的值,乘以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量,即得設(shè)計(jì)面雨量,對(duì)于流域面積小于50 km2的區(qū)域,可用點(diǎn)雨量代替面雨量。
小流域設(shè)計(jì)洪水多由一日暴雨形成。采用24 h 凈雨計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過(guò)程時(shí),凈雨時(shí)程分配比例根據(jù)84 圖集中設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)n2p,n3p確定,并由此進(jìn)行逐時(shí)凈雨過(guò)程計(jì)算,單位時(shí)段為1 h。暴雨遞減指數(shù)n按照歷時(shí)關(guān)系可分為三段:6~24 h為n3p,1~6 h 為n2p,1 h 以下為n1p??紤]暴雨點(diǎn)面關(guān)系及不同時(shí)段雨量變差系數(shù)Cv的影響,采用如下公式計(jì)算。
式(2),(3)和(4)中,n1p,n2p和n3p為三種時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù),H10′p,H1p,H6p和H24p分別為同一設(shè)計(jì)頻率年最大10 min,1 h,6 h 和24 h 點(diǎn)雨量,α為暴雨點(diǎn)面折減系數(shù)。
依據(jù)84 圖集,查得汜水河平均入滲率μ=5~8 mm/h。該工程計(jì)算采用μ=8 mm/h。通過(guò)84 圖集中推理公式匯流參數(shù)地區(qū)綜合θ-m關(guān)系圖可得m值,θ計(jì)算公式如下。
式(5)中,L為干流長(zhǎng)度,J為河道的平均比降,F(xiàn)為流域面積。
1.設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算。24 h 凈雨量R可查84 圖集附圖25河南省山區(qū)丘陵地區(qū)降雨徑流關(guān)系曲線圖(P+Pa)-R(P為24 h設(shè)計(jì)雨量,Pa為設(shè)計(jì)前期影響雨量)求得。
2.設(shè)計(jì)洪量計(jì)算。24 h 設(shè)計(jì)洪量W24計(jì)算公式如下。
式(6)中,R24為設(shè)計(jì)凈雨量,F(xiàn)為流域面積。
1.設(shè)計(jì)洪峰流量。根據(jù)84 圖集可知,推理公式適用于集水面積在200 km2以下的流域,因本次山丘區(qū)流域面積均小于200 km2,故設(shè)計(jì)洪峰流量采用推理公式計(jì)算,計(jì)算公式如下。
式(7),(8)和(9)中,Qm為設(shè)計(jì)頻率洪峰流量,ψ為設(shè)計(jì)洪峰徑流系數(shù),τ為設(shè)計(jì)洪峰匯流時(shí)間,L為設(shè)計(jì)壩址斷面至分水嶺的干流長(zhǎng)度,J為干流長(zhǎng)度L的平均比降,S為設(shè)計(jì)最大1 h 雨強(qiáng),n為暴雨遞減指數(shù)(按相應(yīng)的匯流歷時(shí)取值,τ<1 h,取n1;τ<1~6 h,取n2;τ<6~24 h,取n3),μ為設(shè)計(jì)暴雨的平均入滲率,m為設(shè)計(jì)流域匯流參數(shù),由θ-m相關(guān)線查得。若θ小于5 或大于100 時(shí),可采用θ等于5 或等于100 時(shí)的值。將相關(guān)參數(shù)代入式(7),(8),(9)即可求得設(shè)計(jì)洪峰流量。
2.洪水過(guò)程線。采用概化過(guò)程線疊加方法計(jì)算,具體如下。
(1)由次降雨徑流關(guān)系查算出24 h 設(shè)計(jì)凈雨量R24,用公式(6)計(jì)算24 h 設(shè)計(jì)洪量W24。
(2)以設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)n2和n3為參數(shù),查84 圖集中24 h 凈雨概化時(shí)程分配表,將凈雨量R24按所列分配比例進(jìn)行逐時(shí)凈雨計(jì)算。
(3)由設(shè)計(jì)洪峰(主峰)的洪量Qm和匯流時(shí)間τ,計(jì)算τ時(shí)段的最大平均凈雨強(qiáng)度,以Qm為頂高,2τ為底寬,繪制出概化等腰三角形。
(4)列表計(jì)算出主峰匯流時(shí)間τ前后各個(gè)τ時(shí)段的凈雨量Rτ,當(dāng)匯流時(shí)間τ不夠整時(shí)段時(shí),凈雨量可按小時(shí)平均線性分配取值。以各個(gè)τ時(shí)段的平均凈雨強(qiáng)度計(jì)算各次峰的洪量,按凈雨過(guò)程對(duì)應(yīng)于等腰三角形,疊加繪出設(shè)計(jì)暴雨24 h 洪水過(guò)程線,由洪水過(guò)程線量算得出的洪量應(yīng)與由凈雨計(jì)算的W24結(jié)果相等。
暴雨參數(shù)法是各地區(qū)小流域暴雨洪水計(jì)算的常用方法,在實(shí)踐中經(jīng)過(guò)了許多小型水利水電工程的檢驗(yàn),該計(jì)算方法簡(jiǎn)潔,計(jì)算模型與流域?qū)嶋H情況較為接近,計(jì)算成果較為合理,可為相似小流域洪水計(jì)算提供參考。