何向東

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

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新疆無資料地區(qū)小流域設(shè)計洪水計算方法探討

何向東

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

設(shè)計洪水計算是水文分析計算、水資源分析評價、防洪影響評價等工作中非常重要的步驟和評價參數(shù)，雖然規(guī)范和教科書上都從理論上進(jìn)行了大量的分析和論證，但在實(shí)際工作應(yīng)用中受到資料不全、假設(shè)條件不符、計算成果無法與實(shí)際相符等各種因素的影響，書本上介紹的方法往往不能直接使用，在實(shí)際工作各地都摸索出一套適合本地區(qū)的一些方法，本文通過介紹新疆阿克蘇地區(qū)常用的兩種計算方法，計算了一個無資料地區(qū)小流域的設(shè)計洪水成果，對比分析了了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。

無資料地區(qū)；設(shè)計洪水；方法對比

1 小流域概況

亞滿蘇鄉(xiāng)6村2組所屬小流域位于新疆烏什縣亞滿蘇鄉(xiāng)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為經(jīng)度78.97°, 緯度41.14°。小流域內(nèi)無水文站和降雨觀測資料，托什干河從其山腳下流過，縣內(nèi)總體地勢輪廓南、北高，中間低，高處山巒，低處為谷地，谷地地勢西南高東北低。烏什縣附近的庫瑪拉克河、臺蘭河、托什干河三大水系受上游冰川融雪及土壤植被變化的影響，洪峰模數(shù)具有一定的差異，但受人類活動和氣候的影響各大水系又相互影響。

2 方法選擇與確定

在設(shè)計洪水計算時，采用的方法取決于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平和區(qū)域特征，還受可獲取數(shù)據(jù)的影響。小流域設(shè)計洪水計算是小范圍山洪災(zāi)害評價的一個非常重要的環(huán)節(jié)，因區(qū)域性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)，新疆計算設(shè)計暴雨根據(jù)《新疆維吾爾地區(qū)可能最大暴雨圖集》獲取暴雨參數(shù)，然后計算標(biāo)準(zhǔn)歷時(1 h、6 h、24 h)下的點(diǎn)暴雨量，查算點(diǎn)面折減系數(shù)，其中，地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法是規(guī)范允許的資料短缺地區(qū)使用的方法,能夠反映地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)的綜合規(guī)律。該方法能充分利用水庫壩址處的歷史洪水調(diào)查結(jié)果,計算成果相對合理，針對降雨分區(qū)、小流域特性等，可選擇以下兩種設(shè)計洪水計算方法。

2.1 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法

計算各站洪峰流量系列模比系數(shù)，將各站洪峰流量模比系數(shù)經(jīng)驗(yàn)分布點(diǎn)繪在同一張概率格紙上，對經(jīng)驗(yàn)分布點(diǎn)進(jìn)行適線求得該區(qū)域的頻率曲線，理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線，分別得到不同頻率的設(shè)計洪峰流量模比系數(shù)。

采用地區(qū)洪峰流量頻率曲線法推求計算斷面設(shè)計洪峰流量，計算公式如下：

(1)

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量(m3/s)；Kp為頻率為P的洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù)。

2.2 地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式

利用新疆水文局由希堯、章曙明等高級工程師選用南疆巴州至克州八處有實(shí)測洪水的中小河流水文站建立的小流域暴雨洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行分析計算，其公式為：

Qm=0.424·A0.5·J0.1·f0.09·Pm0.6

(2)

Cv=0.47·A0.03

(3)

Cs=2.5·Cv

(4)

圖1 分析評價小流域示例空間范圍

圖2 亞滿蘇鄉(xiāng)6村小流域工作底圖

3 典型實(shí)例分析

以烏什縣亞滿蘇鄉(xiāng)6村2組小流域?yàn)榈湫蛯?shí)例，介紹設(shè)計洪水計算的基本方法與流程，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)底圖，提取亞滿蘇鄉(xiāng)6村2組的位置見圖1和圖2。

通過圖中可以看出，此處選取的分析評價對象河道比降較大，控制斷面以上流域內(nèi)多為山地。

根據(jù)全國統(tǒng)一下發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以獲得小流域的基本信息見表1。

表1 典型流域基本信息

4 設(shè)計洪水計算成果分析

設(shè)計洪水計算是典型頻率洪水計算，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查成果及現(xiàn)行設(shè)計洪水規(guī)范方法，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法。根據(jù)第二節(jié)所確定的方法分別計算出的成果見表2。

表2 亞滿蘇鄉(xiāng)6村2組計算設(shè)計洪水對比分析表

根據(jù)表2可以看出，百年一遇的洪水洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法推求出的結(jié)果一般都比地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法推求出的結(jié)果大50.0%左右，該流域設(shè)計洪峰流量值較小，但經(jīng)過經(jīng)過數(shù)據(jù)的審核，發(fā)現(xiàn)該村流域面積偏小；斷面比較粗糙，左岸、主河槽、右岸的曼寧系數(shù)分別為0.45、0.35、0.48，曼寧系數(shù)偏大，因此該村設(shè)計洪水洪峰流量值較小。

5 不同洪水計算方法優(yōu)缺點(diǎn)分析

5.1 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法

將同一水文分區(qū)內(nèi)水文站點(diǎn)實(shí)測洪峰流量樣本編制洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線推求設(shè)計洪峰流量，選用氣候條件、地形條件基本相似的水文測站資料作地區(qū)綜合分析，從而降低計算成果的抽樣誤差，也可消除個別站因受特大值的影響而帶來的偶然誤差和分區(qū)內(nèi)各站水文特性的差別，將相鄰測站資料綜合在一起作地區(qū)綜合分析，可綜合出方法中參數(shù)的地區(qū)規(guī)律性，以解決無資料流域的設(shè)計洪水。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，選用的水文氣象資料系列長、歷史洪水調(diào)查成果可靠，其特點(diǎn)是簡便易行、適用于無資料流域的洪峰流量計算。缺點(diǎn)是，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，所依據(jù)歷史洪水發(fā)生年代久遠(yuǎn)，歷史洪水考證期及洪峰流量調(diào)查計算存在著不確定因素。

5.2 地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法成果

在本地區(qū)(天山南坡地區(qū))大中流域較長系列的實(shí)測洪峰流量基礎(chǔ)上經(jīng)過分析，綜合而成的。資料具有可靠性、計算的可操作性(不用設(shè)定任何參數(shù))，缺點(diǎn)是地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法相對繁鎖、工作量大、對于小流域精度難于保證。

6 結(jié)語

基于上述分析，為保證山洪溝沿河村民安全，最大限度考慮大洪水可能對沿河村民產(chǎn)生的影響，本文建議采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法計算結(jié)果。經(jīng)以上兩種方法計算，相互對照分析認(rèn)為：二種方法各有千秋，都有理論或者經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，但由于其他條件對其限制，其結(jié)果各不相同。

2017-03-09

何向東(1982-)，男，寧夏固原人，工程師，主要從事水文水資源調(diào)查與評價工作。

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