汪建武，薛曉鵬，楊讓瑕

(1.甘肅省水利廳，甘肅 蘭州730000;2.陜西省咸陽市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 咸陽712100;3.陜西省楊凌區(qū)住建局，陜西 楊凌712100)

在小流域上修建小型的水利工程，必須進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算[3，6]。因此，小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算在小型水利工程中具有重要的意義。小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法很多，可以由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水、也可以由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水，但在小流域很少設(shè)有水文觀測(cè)站，往往缺乏實(shí)測(cè)的流量資料或暴雨洪水系列資料，因此常常采用經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法、地區(qū)綜合法、綜合單位線法以及水文模型計(jì)算小流域設(shè)計(jì)洪水。本文以陜南蒲蘭溝小流域?yàn)槔?，采用推理公式法進(jìn)行暴雨洪水計(jì)算，可較充分地反應(yīng)小流域特點(diǎn)，符合客觀實(shí)際且實(shí)用方便。

1 流域概況

蒲蘭溝位于安康漢陰縣雙乳鎮(zhèn)，發(fā)源于以北丘陵地帶，由北向南流向，于雙乳鎮(zhèn)處匯入月河，屬漢江的二級(jí)支流、月河的一級(jí)支流。蒲蘭溝流域北高南低。工程位于漢陰縣雙乳鎮(zhèn)江河村，地處于月河北岸一級(jí)支流蒲蘭溝(卜浪溝)上游，控制流域面積8.6 km2，河道長(zhǎng)度3.65 km，河道平均比降39‰。

2 水文氣象

本區(qū)屬于亞熱帶邊緣濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量較多，無霜期長(zhǎng)，熱量充足，光照適中。據(jù)安康氣象站資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫15.1℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最低氣溫-10.1℃，最大凍土深度0.15 m，多年平均降水量913.8 mm，年最大降水量1 168.9 mm，降水分配不均勻，多集中在7、8、9三個(gè)月，占全年降水量的52%，多年平均水面蒸發(fā)量905.5 mm，干旱指數(shù)0.98，屬濕潤(rùn)區(qū);年日照小時(shí)數(shù)1 769.1 h，全年無霜期258 d左右，早霜始于11月下旬，晚霜終于3月上旬。本區(qū)多南偏東風(fēng)，多年平均風(fēng)速1.7 m/s，定時(shí)最大風(fēng)速24.3 m/s。

3 暴雨洪水計(jì)算

采用《陜西省中小河流暴雨洪水圖集》中介紹的推理公式法計(jì)算陜南某小流域的設(shè)計(jì)洪水。該流域水文分區(qū)為江北區(qū)，根據(jù)項(xiàng)目工程的要求，需要求出20年一遇(P=5%)設(shè)計(jì)洪水和200年一遇(P=0.5%)校核洪水。

3.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

依據(jù)《安康地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》水文分區(qū)圖，本流域?qū)儆诮眳^(qū)，由《手冊(cè)》查得工程區(qū)暴雨均值及Cv值等暴雨統(tǒng)計(jì)特征。根據(jù)《手冊(cè)》可知，當(dāng)流域面積小于20 km2時(shí)，暴雨設(shè)計(jì)歷時(shí)取3小時(shí)，暴雨計(jì)算時(shí)段取1/3小時(shí)。從《手冊(cè)》查得1、6小時(shí)點(diǎn)雨量及變差系數(shù)統(tǒng)計(jì)值，再通過下式計(jì)算不同頻率各歷時(shí)點(diǎn)暴雨量，并通過點(diǎn)面折減系數(shù)求得設(shè)計(jì)面暴雨。其中:3小時(shí)點(diǎn)暴雨量計(jì)算公式為:

設(shè)計(jì)面雨量流域平均值見表1。

表1 各頻率設(shè)計(jì)面暴雨量計(jì)算成果表 mm

3.2 設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配

本流域設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算時(shí)段取1/3小時(shí)，根據(jù)《手冊(cè)》提供的3小時(shí)暴雨概化雨型進(jìn)行不同頻率的暴雨時(shí)程分配，各時(shí)段面雨量見表2。

表2 各頻率設(shè)計(jì)面暴雨時(shí)程分配表 mm

3.3 流域產(chǎn)流計(jì)算

1)凈雨量計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)前期影響雨量和設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配疊加，然后扣損得設(shè)計(jì)凈雨，經(jīng)查《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》中陜南的降雨徑流關(guān)系曲線，計(jì)算其產(chǎn)流過程，在產(chǎn)流過程中扣除該區(qū)的占產(chǎn)流量20%的潛流量，得出地面凈雨過程，計(jì)算結(jié)果見表3和表4。

表3 設(shè)計(jì)凈雨量計(jì)算表(p=5) mm

表4 設(shè)計(jì)凈雨量計(jì)算表(p=0.5) mm

2)匯流計(jì)算

匯流計(jì)算采用“推理公式法”，推理公式的基本形式如下:

式中:Qm為洪峰流量(m3/s)，h為單一洪峰的凈雨量，hτ為相應(yīng)于τ時(shí)段的最大凈雨量(mm)，F(xiàn)為流域面積和，F(xiàn)tc為相應(yīng)于tc時(shí)段的流域面積(km2);tc流域產(chǎn)流歷時(shí)，τ為一流域匯流歷時(shí)(t);

式中:L為沿河道從出口斷面至分水嶺的最大距離(km)，J為河道平均比降，α、β為經(jīng)驗(yàn)性指數(shù);m為經(jīng)驗(yàn)性匯流參數(shù)。

根據(jù)產(chǎn)流計(jì)算累積的凈雨量成果計(jì)算相應(yīng)的洪峰流量Qt:

Qt=0.278F∑ht/t

推理公式法計(jì)算洪峰流量成果為P=5%洪峰流量為115 m3/s，P=0.5%洪峰流量為186 m3/s。

圖1 20年一遇洪水圖解試算曲線

圖2 200年一遇洪水圖解試算曲線

3 結(jié)語

無資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水的推求一直是中、小型水利工程設(shè)計(jì)當(dāng)中的一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)行的推求設(shè)計(jì)洪水的頻率計(jì)算方法難于應(yīng)用于無資料地區(qū)，因此，必須為無資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算探尋一個(gè)可行的途徑，以免洪水計(jì)算成果與實(shí)際偏差太大，影響工程的防洪安全和投資規(guī)模。本文以陜西省南部一水利工程為例，采用由雨量資料推求設(shè)計(jì)洪水的思路，并結(jié)合當(dāng)?shù)厮氖謨?cè)推求得到了設(shè)計(jì)洪水成果，為無資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水的推求提供了一個(gè)可行的操作思路。

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