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        小流域設計洪水計算方法探討

        2017-06-21 09:34:55郭濤
        東北水利水電 2017年6期
        關鍵詞:河槽洪峰衰減系數(shù)

        郭濤

        (遼寧省沈陽水文局,遼寧沈陽110043)

        小流域設計洪水計算方法探討

        郭濤

        (遼寧省沈陽水文局,遼寧沈陽110043)

        小流域洪峰流量形成與大流域不同,其特點是單項因素(雨強、地形、植被等)的變化作用比較突出。文中將小流域洪峰計算分解為河槽調蓄和山坡匯流二部分,充分考慮山坡水流過程對洪峰流量的影響,綜合考慮匯流面積、匯流時間、河槽糙率、斷面形狀等因子進行洪峰流量計算。

        裂小流域匯流:洪峰流量:設計洪水;凈雨強度;山坡匯流;河槽調蓄

        1 問題提出

        在小河流山洪災害調查評價工作中,經(jīng)常要進行小河流設計洪水計算,常用的方法有:推理公式法、經(jīng)驗公式法、綜合單位線法和水文模型等方法,遼寧省常用經(jīng)驗公式法計算公式:

        式中:QP——設計洪峰流量,m3/s;φP——徑流系數(shù);iP——降雨強度,mm/s;F——流域面積,km2。

        但該公式的適用條件為流域面積要大于200 km2以上。在實際工作應用中,當流域很小時(匯流時間小于1 h),計算出的設計洪峰流量合理與否無法驗證。介紹另一種算法,對同一流域進行計算,以驗證原計算成果的合理性,供參考。

        2 洪峰流量分析

        對于小流域的洪水過程,在暴雨不均勻的情況下,洪峰流量的形成應該是部分流域面積同時匯流造成的洪峰,而全流域面積同時匯流造成的洪峰,只有在暴雨均勻的情況下才有可能發(fā)生,屬于一種特例。

        洪峰流量發(fā)生的規(guī)律是:凈雨強度與最大同時匯水面積的乘積為最大時所形成。說明見圖1。

        圖1(a)表明:凈雨強度隨時間增加而減小,是減函數(shù);1(b)表明,匯流面積隨降雨時間增加而增加,是增函數(shù);1(c)表明,各對應時刻凈雨與匯流面積組合(相乘)形成流量的規(guī)律。各對應時刻凈雨與匯流面積相乘形成了流量,它隨時間由小到大,到某一時刻出現(xiàn)了流量的最大值,即洪峰流量。它的出現(xiàn)并不在f=F和t=τ的時候,而是在一個特定時刻,這個時間稱為形成洪峰時間,用tQ表示,其相應的匯水面積即是形成洪峰的同時匯水面積。

        小流域洪峰流量形成與大流域不同,其特點是單項因素(雨強、地形、植被等)的變化作用比較突出。而大流域各單項因素在流域內的不同區(qū)域里分布不均勻而相互補償,單項因素的計算值更具有綜合性。另外,小流域主河槽相對較短,河槽調蓄影響較小,而山坡水流過程對流量的形成影響較大,而大流域正好相反。因此,影響小流域洪峰流量的因素很多,其主要因子為水量大小和匯集運動。

        3 洪峰流量計算及檢驗

        計算公式:

        式中:QP——設計洪峰流量,m3/s;C——徑流系數(shù);S——降雨強度,mm/s;F——流域面積,km2;P——形成洪峰匯流面積系數(shù),P=f/F由暴雨衰減系數(shù)查表1而得;P1——形成洪峰匯流時間系數(shù),由暴雨衰減系數(shù)查表1而得;n——暴雨衰減系數(shù),短歷時為n1、長歷時為n2;

        其中:K1——河槽匯流因子;K2——山坡匯流因子;

        實際計算時,首先假定tQ<t0<1,采用短歷時暴雨衰減系數(shù)n1、根據(jù)計算公式算得洪峰流量QP。然后依據(jù)計算tQ,若滿足假定條件,則設計洪峰流量計算正確。

        4 計算實例

        以本溪市南芬區(qū)思山嶺街道黃柏峪村所在小流域為例,計算設計洪峰流量。小流域地處遼河三級支流—細河流域上。

        表1 暴雨衰減系數(shù)表

        再由tQ=1.00,可知tQ<t0<1,即原假定成立,洪峰流量計算正確。

        5 結語

        由以上計算可知,當采用后者公式計算時,由于充分考慮了河槽匯流和山坡匯流,計算出的設計流量略小。由計算過程可知,山坡匯流對計算流量的影響較大,所以實際應用時,對流域的長度和比降的量算要精確。兩種方法計算的設計洪水相差不大,滿足設計要求。

        P333

        A

        1002-0624(2017)06-0037-02

        2017-01-11

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