黎 愷，張湘君

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

山洪災害治理中小流域暴雨洪水計算方法研究

黎 愷，張湘君

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

本文以綿遠河上游山區(qū)易發(fā)生山洪災害的三條支溝進行研究，淺析了小流域洪水的各種計算方法，對各種計算方法的優(yōu)缺點進行了初步探討。

水文分析計算 推理公式法 瞬時單位線法 水文模型 水文比擬法 綿遠河流域

做好山洪災害治理工作，其中最基礎也是最重要的就是做好水文分析計算工作。山洪災害治理中的水文計算，一個主要的內容就是對治理流域的設計洪水進行計算，為工程治理措施提供基礎數(shù)據(jù)。

然而，現(xiàn)有設計洪水的各種計算方法在計算過程中均采取了一定的假定與概化，在實際工程中用這些方法計算出來的成果差別均較大。在小流域地區(qū)，由于實測資料缺乏，對各種方法計算出來的成果合理性難以檢驗。因此，工程中選用哪種方法來計算設計洪水對工程最為有利一直是一個難題。

本文通過選取綿遠河上游山區(qū)易發(fā)生山洪災害的三條支溝進行研究，分別采用推理公式法、瞬時單位線法、水文模型和水文比擬法計算其設計洪水，對不同方法計算中的參數(shù)和成果進行了分析探討。

1 項目區(qū)域流域情況

本次研究流域為綿遠河流域，發(fā)源于龍門山脈九頂山地南麓，自西北向東南流。流域內設有漢旺場水文站，是綿遠河上游山區(qū)的控制性測站。漢旺場水文站基本情況見表1。

2 山洪災害中洪水計算方法適用性研究

2.1 計算斷面的選取

表1 漢旺場站水文資料情況

本次研究分別選取綿遠河下游控制性斷面漢旺場水文站斷面以及上游三條支溝作為計算斷面。各支溝流域特征值見表2。

表2 支溝流域特征值

2.2 漢旺場站設計洪水計算

根據(jù)漢旺場水文站插補后的1956～2009年共54年資料，加上1943年和1947年歷史調查洪水，組成不連續(xù)系列，采用P-Ⅲ型曲線適線，求得漢旺場水文站年設計洪水流量(成果見表3)。

表3 漢旺場站設計洪峰流量成果 單位：m3/s

2.3 上游支溝設計洪水計算

支溝設計洪水計算，本次研究分別采用了推理公式法、瞬時單位線法、水文模型和水文比擬法進行計算，分述如下。

2.3.1 推理公式法、瞬時單位線法計算成果

這兩種方法都為計算小流域暴雨洪水的常用方法，計算方法此處不再詳述，計算成果見表4。

表4 各支溝設計洪水成果

2.3.2 水文模型計算成果

2.3.2.1CREST模型原理簡述

CREST模型是一個基于網(wǎng)格的分布式水文模型，由俄克拉荷馬大學和NASA服務項目團隊開發(fā)。CREST模型采用存在空間變化的物理地表特征(如植被、土壤類型、和地形)，描述諸如下滲、匯流等主要的水流過程。模型耦合了產(chǎn)流要素和匯流機制，因而可以模擬低大氣邊界層、陸地表面、地下水之間的實際相互作用。以上特征使CREST模型可以應用于全球性、區(qū)域性的大尺度流域以及中小尺度流域。

2.3.2.2 模型計算成果

模型計算成果見表5。

表5 模型計算各支溝設計洪水成果

2.3.3 水文比擬法

根據(jù)漢旺場站設計洪水成果，采用水文比擬法按面積比的n次方移算至各支溝斷面。

2.3.3.1 面積比指數(shù)n的確定

根據(jù)水文模型模擬計算的各支溝洪水成果，可反算面積比指數(shù)n(統(tǒng)計成果見表6)。

表6 面積比指數(shù)n值成果

2.3.3.2 設計洪水計算

根據(jù)反算的n平均值，計算各支溝設計洪水成果見表7。

表7 各支溝設計洪水成果

2.4 計算方法適用性分析

采用各種方法計算的上游各支溝設計洪水成果見表8。

表8 各支溝設計洪水成果對比

從表8可以看出，推理公式法和瞬時單位線法計算的成果較為接近，瞬時單位線法計算的成果略大一點(R3支溝相反)，水文比擬法的計算成果最小。

綿遠河上游山區(qū)處于四川省著名的鹿頭山暴雨區(qū)中，推理公式法和瞬時單位線法均采用設計暴雨推求設計洪水，由于本區(qū)的暴雨強度大，因此其計算的設計洪水也較大。漢旺場站處于流域的中下游，遠離暴雨區(qū)，因此采用水文比擬法移算的設計洪水較小，這也符合本區(qū)的特點。

從地形地貌和地理位置來看，本次研究流域位于四川盆地西北部邊緣的龍門山中段，處于盆地與山區(qū)的交界地帶。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，推理公式法主要適用在山丘區(qū)的效果較好，而瞬時單位線法不僅適用于山丘區(qū)，對平原區(qū)小流域也同樣適用。因此，對于本次研究的平原與山區(qū)交接地帶，瞬時單位線法更為適用。

從流域面積來看，本次研究的各支溝面積介于40km2～60km2之間。推理公式法一般適用于面積較小的流域(50km2以下)，例如安岳掛石溝水庫，控制集雨面積10.5km2；又例如各灌區(qū)的渠系設計洪水，一般面積都是10km2以下，均采用推理公式法計算其設計洪水。因此本次研究流域采用瞬時單位線法更為適宜。

從流域的暴雨特性來看，本次研究流域位于暴雨區(qū)中。推理公式法注重洪峰而不注重洪水過程，洪水過程是利用三點法或五點法概化模型得出，其計算參數(shù)也只需要提供設計暴雨成果，而不需要暴雨過程。瞬時單位線法更注重過程，其由設計暴雨過程推求設計凈雨過程，進而求得設計洪水過程，對于處于暴雨區(qū)中的小流域，本文認為由暴雨過程求得的洪水過程而統(tǒng)計出來設計洪峰流量應該更為符合實際。

從水文模型模擬的情況來看，根據(jù)統(tǒng)計的不同n值(表6)采用水文比擬法計算的各支溝設計洪水成果見表9。

表9 按不同面積比指數(shù)n值移算成果

從表9中可以看出，當按照最小n值移算時，其成果與采用瞬時單位線法的成果已基本相同。因此，對于地理位置位于平原與山區(qū)交接地帶、又處于暴雨區(qū)的小流域地區(qū)，水文比擬法面積比指數(shù)宜采用0.35～0.45。

3 結語

本文針對山洪災害防治中水文分析計算常用的推理公式法、瞬時單位線法和水文比擬法計算結果往往相差較大的實際工程問題，以四川省“5.12”汶川大地震影響較大、山洪災害較為突出的綿遠河漢旺場水文站以上控制流域為研究對象，通過對以上三種主要方法的計算成果進行分析、討論，可以得出以下主要結論：

(1)以漢旺場水文站為控制，建立的綿遠河上游包括三條支溝的分布式水文模型(CREST)基本能夠揭示三條無水文觀測資料支溝的洪水特征以及洪峰流量的大小；

(2)對于本文研究的綿遠河流域，從其地形地貌、地理位置、流域特征值以及暴雨特性來看，平原與山區(qū)交接地帶，集雨面積在50km2以上流域宜采用瞬時單位線法計算其設計洪水；

(3)推理公式法主要適用于流域面積在50km2以下流域，尤其是10km2以下的小流域；

(4)水文比擬法按通常采用的面積比的2/3次方計算，會在三種方法的計算結果中偏小。為了探討水文比擬法的適用性，利用分布式水文模型(CREST)的模擬成果進行了反演分析，對于與本次研究流域類似的流域，水文比擬法中的面積比指數(shù)宜采用0.35～0.45。

〔1〕陳家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計算.北京：水利電力出版社，1983.

〔2〕林平一.小匯水面積暴雨徑流計算法.北京：水利出版社，1956.

〔3〕陳家琦等.小流域暴雨洪水計算問題.北京：中國工業(yè)出版社，1966.

〔4〕王克平，許清香，馮民權.無資料地區(qū)小流域設計洪水計算方法研究.電網(wǎng)與清潔能源，2008.

黎 愷(1982.1-)，男，漢，工程碩士，工程師，從事水文分析計算工作。

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2095-1809(2016)01-0061-03