何向東

(新疆阿克蘇水文勘測(cè)局，新疆 阿克蘇 843000)

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無(wú)資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法

何向東

(新疆阿克蘇水文勘測(cè)局，新疆 阿克蘇 843000)

降雨是水文循環(huán)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是形成徑流的重要因素，在水文分析計(jì)算、水資源評(píng)價(jià)、防洪影響評(píng)價(jià)等方面經(jīng)常要用到設(shè)計(jì)暴雨，規(guī)范和教科書(shū)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、原假設(shè)條件不符、計(jì)算成果無(wú)法與實(shí)際相符等各種因素的影響，書(shū)本上介紹的方法往往不能直接完全使用，在實(shí)際工作各地都摸索出適合本地區(qū)的一些方法，本文介紹了新疆阿克蘇在無(wú)觀測(cè)資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算方法，并計(jì)算了一個(gè)無(wú)資料地區(qū)小流域的設(shè)計(jì)暴雨成果，并對(duì)計(jì)算成果簡(jiǎn)要分析評(píng)價(jià)，為當(dāng)?shù)氐姆篮榘踩峁﹨⒖家罁?jù)。

無(wú)資料地區(qū)；設(shè)計(jì)暴雨；計(jì)算方法

1 小流域概況

奧特貝希鄉(xiāng)托斯馬村2組，所屬小流域位于新疆烏什縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)為經(jīng)度79.05°, 緯度41.14°，位于托什干河右岸?？h內(nèi)總體地勢(shì)輪廓南、北高，中間低，高處山巒，低處為谷地，谷地地勢(shì)西南高東北低(見(jiàn)圖1和圖2)。烏什縣位于歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬暖溫帶干旱型氣候，具有大陸性氣候特點(diǎn)。小流域內(nèi)無(wú)水文站和降雨觀測(cè)資料。通過(guò)國(guó)家下發(fā)的基礎(chǔ)圖層提出的小流域基本信息見(jiàn)下表，該基本信息是各種計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 奧特貝希鄉(xiāng)托斯馬村2組所屬小流域基本信息表

圖1 托斯馬村在烏什縣位置 圖2 分析評(píng)價(jià)小流域圖

2 設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)計(jì)算方法

設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算包括確定和分析小流域時(shí)段雨量、暴雨頻率和暴雨時(shí)程分配3項(xiàng)內(nèi)容。暴雨歷時(shí)分析分為流域匯流時(shí)間、常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)2類(lèi)，本文分析了這兩種歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨。流域匯流時(shí)間因流域具體情形而異，常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算分為設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)確定、設(shè)計(jì)暴雨雨量計(jì)算以及設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配計(jì)算3步。

圖3 烏什縣最大1小時(shí)點(diǎn)雨量均值等值線圖 圖4 烏什縣最大1小時(shí)點(diǎn)雨量變差系數(shù)等值線

圖5 烏什縣最大6小時(shí)點(diǎn)雨量均值等值線 圖6 烏什縣最大6小時(shí)點(diǎn)雨量變差系數(shù)等值線

圖7 烏什縣最大24小時(shí)點(diǎn)雨量均值等值線 圖8 烏什縣最大24小時(shí)點(diǎn)雨量變差系數(shù)等值線

設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)計(jì)算涉及到不同時(shí)段、不同頻率暴雨量及變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs與變差系數(shù)Cv比值(Cs/Cv)、點(diǎn)面折減系數(shù)、時(shí)段雨量折減系數(shù)n2、n3的確定?；凇缎陆S吾爾地區(qū)可能最大暴雨圖集》，可得到烏什縣不同時(shí)段、不同頻率暴雨變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs與變差系數(shù)Cv比值(Cs/Cv)查找的相關(guān)圖件，對(duì)暴雨圖集進(jìn)行數(shù)字化并與烏什縣小流域疊加，可得圖3～圖8的常規(guī)時(shí)段暴雨等值線圖和變差系數(shù)等值線圖。

根據(jù)分析對(duì)象小流域的面積查手冊(cè)中的“新疆省短歷時(shí)暴雨時(shí)面深α～Ht～F關(guān)系圖”，可得各小流域1、6、24小時(shí)點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)α，乘以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量得到設(shè)計(jì)面雨量。其中烏什位于阿克蘇區(qū)，圖9給出了阿克蘇地區(qū)α～Ht～F線關(guān)系圖。其他時(shí)段的設(shè)計(jì)面雨量可乘以相應(yīng)的暴雨遞減指數(shù)獲得，暴雨遞減指數(shù)計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

表2 新疆分區(qū)時(shí)面深關(guān)系表

圖9 新疆短歷時(shí)暴雨時(shí)面深α～Ht～F關(guān)系圖表

暴雨時(shí)程分配根據(jù)暴雨圖集中的24 h典型雨序進(jìn)行分析，如圖10所示。其他時(shí)段的時(shí)程分配采用同頻率相包的形式，根據(jù)匯流時(shí)間內(nèi)的雨序與典型雨序相同的原則進(jìn)行降雨分配計(jì)算。

圖10 新疆24 h典型暴雨雨型圖

基于以上方法，計(jì)算小流域相應(yīng)集水區(qū)設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)成果見(jiàn)表3。

3 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

表3 計(jì)算小流流域暴雨參數(shù)表

(3)根據(jù)分析對(duì)象小流域的面積查手冊(cè)中的“新疆省短歷時(shí)暴雨時(shí)面深α～Ht～F關(guān)系圖”，可得各小流域1、6、24小時(shí)點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)α，乘以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量得到1，6，24小時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量；

(4)根據(jù)面暴雨遞減指數(shù)n的求解公式，求得n1p，n2p，n3p三種時(shí)段的面暴雨遞減指數(shù)。

(4)

(5)

(5)根據(jù)第三步求得的1、6、24小時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量，按以下公式就可以求得不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量：

1-6小時(shí)用：

HtP=H1p·t1-n2

(6)

6-24小時(shí)用：

Ht=H24p·24n3-1·t1-n3

(7)

依據(jù)以上的步驟，計(jì)算整理出計(jì)算結(jié)果如表4所示：

表4 防災(zāi)對(duì)象設(shè)計(jì)暴雨成果表 mm

4 設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配計(jì)算

暴雨時(shí)程分配根據(jù)暴雨圖集中的24小時(shí)典型雨序進(jìn)行分析如圖 11所示。其他時(shí)段的時(shí)程分配采用同頻率相包的形式，根據(jù)匯流時(shí)間內(nèi)的雨序與典型雨序相同的原則進(jìn)行降雨分配計(jì)算。

首先根據(jù)公式計(jì)算出集水區(qū)(小流域)1～24 h的設(shè)計(jì)面暴雨量，然后按圖10新疆24 h典型暴雨雨型圖得到24 h暴雨時(shí)程分配。以?shī)W特貝希鄉(xiāng)托斯馬村2組100 a一遇的設(shè)計(jì)暴雨為例，可得到24 h設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配圖，其他時(shí)段例如小流域匯流時(shí)間2 h100 a一遇的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配見(jiàn)表5，同理可得到5 a一遇、10 a一遇、20 a一遇、50 a一遇的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配。

圖11 托斯馬村100 a一遇24 h設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配圖

表5 匯流時(shí)間設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配表 mm

5 結(jié)語(yǔ)

烏什縣地處山區(qū)，多年來(lái)經(jīng)常受局地暴雨影響形成山洪，給當(dāng)?shù)厝嗣裆罴柏?cái)產(chǎn)安全造成很大影響，由于降水范圍小，地形陡峻、地質(zhì)為表面風(fēng)化的巖石、植被較差等多種因素的影響，形成山洪的速度非?？?，有時(shí)當(dāng)?shù)厝藛T未發(fā)現(xiàn)降雨山洪就來(lái)了，有時(shí)發(fā)現(xiàn)有降雨，但受到人員防范意識(shí)不強(qiáng)，預(yù)警體系不完善等影響，人員來(lái)不及撤離也造成一定的損失。

該計(jì)算小流域的山洪由降雨直接形成，但降雨量的大小、降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度、降雨頻率等都對(duì)山洪的形成影響，對(duì)下游的預(yù)警體系也造成一定的困難，只有通過(guò)分析降雨和徑流間的關(guān)系，才能更好的為防洪減災(zāi)服務(wù)，上文通過(guò)查算暴雨圖集，分析計(jì)算了烏什縣奧特貝希鄉(xiāng)托斯馬村所屬小流域的暴雨參數(shù)、設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分布等成果，對(duì)當(dāng)?shù)氐姆篮闇p災(zāi)、預(yù)警體系的建立提供一定參考依據(jù)。

2017-03-14

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(píng)價(jià)工作。

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