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        城區(qū)小流域治理規(guī)劃中的水文分析

        2015-08-09 02:29:50王光福
        河南科技 2015年12期
        關鍵詞:洪家徑流系數(shù)洪峰流量

        左 燕 王光福

        (襄陽市水文水資源勘測局,湖北 襄陽 441003)

        1 地理位置及自然地理條件

        大李溝流域范圍為東經(jīng)112°00′ ~112°10′,北 緯32°02′ ~32°10′。集水面積83.87km2,河長15.8km,其中從普陀堰水庫至普陀溝口為上段,在樊城區(qū)境內(nèi),主要以排泄大氣降水及農(nóng)田灌溉回歸水為主,從普陀溝至小清河為下段。

        2 大李溝河道出口斷面洪峰流量計算

        2.1 水文氣象

        大李溝流域內(nèi)設有樊城雨量站,東經(jīng)112°08′ 88″ ,北緯32°08′ 21″ ,收集了41年的降水資料,多年平均降水量884.0mm。從氣候劃分的范圍上看,處于亞熱帶的北緣,屬北亞熱帶季風氣候類型,具有南北過渡型的氣候特征。

        2.2 降水量計算

        大李溝流域河道內(nèi)無水文站,缺乏實測水文資料,故無法直接由流量資料推算大李溝河道河口的洪峰流量,大李溝流域洪水分析,采用排澇模數(shù)法和瞬時單位線模型,由暴雨資料推求大李溝河道河口的洪峰流量。采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行頻率分析計算,確定不同頻率降水量;同時由于小流域所在的區(qū)域面積較小,用設計點暴雨作為設計面平均暴雨量,分析計算樊城站的雨量資料。由于區(qū)域內(nèi)地表多為農(nóng)田,降水匯流速度快,匯流距離較短,故采用最大24 小時降水資料進行排澇水文計算。

        樊城站歷年降水量頻率分析成果

        2.3 徑流深計算

        采用公式R=α·P

        其中:α——徑流系數(shù);

        P——設計降雨量。地區(qū)的徑流系數(shù)與該地區(qū)的地面覆蓋情況有關,由于流域經(jīng)濟的發(fā)展,混凝土等不透水地面比例變化大,地面變化增加,地區(qū)的徑流系數(shù)變化較大,一般根據(jù)經(jīng)驗確定徑流系數(shù)。本流域經(jīng)驗徑流系數(shù)取0.50,計算得五十年一遇設計降雨量形成的徑流深為110mm,二十年一遇設計降雨量形成的徑流深為88.8mm。

        2.4 大李溝設計洪峰流量計算

        2.4.1 用排澇模數(shù)法計算大李溝洪家溝處設計洪峰流量。在計算中,先求出平均到每平方千米排水面積上的設計排澇模數(shù),然后按排水溝設計斷面所控制的排澇面積求出其排澇流量。本公式考慮了形成最大流量的主要因素,首先是反映了隨著排澇面積的增大及其自然調(diào)蓄作用的增加而排澇模數(shù)減少的情況;其次還考慮了一次徑流過程的峰量關系等。公式如下:

        排澇模數(shù)q=kRmFn

        通過仿真得到的導線芯棒應力云圖如圖6所示。由圖6可知,導線芯棒耐壓仿真最大應力為208.0 MPa,將它作為芯棒耐壓判據(jù),并將應力最大值的80%(即166.4 MPa)作為參考。

        排澇流量Q=Fq

        式中q——設計排澇模數(shù)(m3/s.km2);

        R——設計暴雨產(chǎn)生的徑流深(mm);

        K——綜合系數(shù);

        m——峰量指數(shù);

        n——遞減指數(shù);

        本流域K 取0.03、m 取1、n 取-0.25,大李溝排澇區(qū)面積為83.87km2。

        計算得五十年一遇的大李溝出口洪家溝處設計流量為103m3/s,二十年一遇設計降雨量形成的大李溝出口洪家溝處設計流量為82.8m3/s。

        2.4.2 用瞬時單位線模型計算大李溝出口洪家溝處設計洪峰流量。本方法是設想流域的匯流作用可由串聯(lián)的幾個相同的線性水庫的調(diào)蓄作用來代替,流域出口洪家溝的流量過程便是流域凈雨經(jīng)過這些水庫調(diào)蓄后的出流。瞬時單位線的數(shù)學方程為:

        式中n——線性水庫的個數(shù);

        Г(n)——n的嘎瑪函數(shù);

        K——線性水庫的調(diào)蓄次數(shù);

        求得瞬時單位線后將其轉化為時段單位線,公式如下:

        式中h——Δt時段內(nèi)流域降h(mm)的凈雨量。

        實用計算中瞬時單位線由S(t)曲線轉化得來,公式如下:

        在采用的雨型中扣除初損和穩(wěn)損后得到凈雨過程,與時段單位線相乘后得到地面徑流過程。加上地下徑流過程后,得到流域出口洪家溝的洪水流量過程,經(jīng)計算得二十年一遇大李溝河道洪家溝處為84.7m3/s,五十年一遇大李溝河道洪家溝處設計洪峰流量為107m3/s。

        3 結語

        設計洪水計算途徑很多,原則上都能適用于小流域,而排澇模數(shù)法和瞬時單位線法,在大李溝流域設計洪水計算中,充分考慮了影響流域匯流的各種因素,如流域的形狀、縱坡比降以及流域的植被覆蓋情況等,兩種計算結果較合理。其結果可滿足大李溝防洪綜合治理規(guī)劃的要求,符合國家規(guī)范對防洪的規(guī)定和大李溝防洪客觀的實際,并且與城市整體防洪規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。

        本文通過典型實例分析計算,充分驗證了排澇模數(shù)法和瞬時單位線模型的可靠性、實用性,對當前的小流域水文計算的分析與應用有一定的參考價值。

        [1]許大明,蔡文祥.水文計算[M].南京:河海大學,1994.

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