趙宏濤

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

烏魯木齊河位于東天山支脈天格爾山北坡，其低山丘陵區(qū)降水豐富，植被條件較好，常被喻為“烏魯木齊市的后花園”，是旅游、休閑開發(fā)的重點區(qū)域。隨著建設(shè)的開展，山洪防治問題逐漸突顯。

烏魯木齊河低山丘陵區(qū)洪溝以暴雨洪水為主，均無水文站觀測，工程設(shè)計時一般采用推理公式由暴雨資料推求設(shè)計洪水。推算過程中流域幾何特性可依據(jù)地形圖量算得到，流域下墊面特性可查表取值，僅暴雨遞減指數(shù)參數(shù)多年來一直按全區(qū)規(guī)律統(tǒng)一取值，造成計算成果常與實際情況不相符，急需依據(jù)實測暴雨資料分析率定，并總結(jié)其對計算成果的影響。

1 暴雨特性及觀測站點

烏魯木齊河地處中緯度地區(qū)，屬典型溫帶干旱大陸性氣候，受山體抬升影響低山丘陵區(qū)降水相對豐富，形成天格爾暴雨高值區(qū)。該區(qū)域一般為小尺度天氣系統(tǒng)形成的局地暴雨，主要發(fā)生在7月中下旬，場次暴雨多在1日內(nèi)完成，具有籠罩面積小、降雨歷時短但雨強大等特點。

英雄橋水文站為國家基本水文站，位于烏魯木齊河出山口附近的低山丘陵區(qū)，于1956年10月設(shè)立，海拔高程約1950 m。該水文站于1958年開始采用20 cm雨量器進行降水觀測，汛期降水量摘錄資料經(jīng)整理后逐年刊布于水文年鑒內(nèi)。

筆者依據(jù)英雄橋水文站1958～1989共32年連續(xù)汛期降水量摘錄資料，分析率定烏魯木齊河低山丘陵區(qū)暴雨遞減指數(shù)。

2 暴雨遞減指數(shù)率定

2.1 樣本選樣

在水文統(tǒng)計學(xué)上選樣方法歷來有年最大值法與非年最大值法[1]，本次依據(jù)英雄橋水文站暴雨資料，按工程水文中常用的年最大值法進行選樣?？紤]烏魯木齊河低山丘陵區(qū)暴雨歷時較短，因此選樣的最大時段定為24 h。為準確率定各時段暴雨遞減指數(shù)，筆者逐年統(tǒng)計年最大10 m、20 m、30 m、40 m、50 m，1 h、3 h、6 h、9 h、12 h、24 h 的時段降雨量，并據(jù)此組成各時段1958～1989共32年年最大降雨量系列。

2.2 設(shè)計降雨量計算

依據(jù)英雄橋水文站1958～1989年各時段年最大降雨量系列，采用水利行業(yè)常用的皮爾遜III型曲線進行適線，依據(jù)點群趨勢目估定線，成果如圖1、表1所示。本文重點分析率定防洪工程常用頻率0.5%、1%、2%、3.33%、5%、10%。

圖1 英雄橋水文站各時段降雨量頻率曲線圖

表1 英雄橋水文站各時段雨量頻率適線成果表

2.3 設(shè)計雨強計算

單位時段內(nèi)的平均降水量即為雨強，公式如下：

式中：at,p為歷時為t、頻率為p的設(shè)計雨強，mm/h；xt,p為歷時為t、頻率為 p 的設(shè)計降雨量，mm；t為降雨歷時，h[2]。

英雄橋水文站各時段設(shè)計雨強，可依據(jù)英雄橋水文站各時段設(shè)計降雨量進行計算，成果如表2所示。

表2 英雄橋水文站各時段設(shè)計平均雨強成果表

2.4 暴雨遞減指數(shù)率定

暴雨遞減指數(shù)又稱為暴雨衰減指數(shù)，用來反映暴雨在時空分布上的集中（或分散）程度[3]。采用推理公式進行設(shè)計洪水計算時，需通過暴雨遞減指數(shù)轉(zhuǎn)換各時段設(shè)計雨強，水利行業(yè)一般采用的指數(shù)型暴雨公式如下：

式中：Sp為頻率為p的設(shè)計雨力，mm/h；n為暴雨遞減指數(shù)。

將指數(shù)型暴雨公式兩邊取對數(shù)，即為lg at,p=lg sp-nlg t，可知理論上lg at,p與lg t呈直線關(guān)系，暴雨遞減指數(shù)n即為此直線的斜率。

將英雄橋水文站常用頻率設(shè)計雨強按歷時點繪在雙對數(shù)紙上，按點據(jù)分布規(guī)律以1 h為界，分兩段率定各頻率暴雨遞減指數(shù)，如圖2所示。其中當(dāng)時段＜1 h時，暴雨遞減指數(shù)以n1表示；當(dāng)時段＞1 h時，暴雨遞減指數(shù)以n2表示。分段率定的英雄橋水文站各頻率暴雨遞減指數(shù)成果如表3所示。

圖2 英雄橋水文站常用頻率雨強-歷時圖

表3 英雄橋水文站暴雨遞減指數(shù)成果表

3 暴雨遞減指數(shù)規(guī)律分析

由前述分析可知，英雄橋水文站暴雨遞減指數(shù)以1 h為轉(zhuǎn)折點可分為兩段，其中n1較為穩(wěn)定在0.278～0.280之間，n2變幅相對較大在0.704～0.835之間?？傮w而言，該區(qū)域暴雨遞減指數(shù)隨歷時的增加而增大，隨頻率的增大而減小。

4 暴雨遞減指數(shù)實際應(yīng)用分析

以烏魯木齊河某低山丘陵區(qū)洪溝（流域面積2.2 km2，溝長1.5 km，比降0.027）10年一遇設(shè)計洪水計算為例，驗證本次暴雨遞減指數(shù)率定成果的合理性，以及對設(shè)計洪水計算的影響。

在采用推理公式計算時，查取值表該洪溝匯流參數(shù)M按2類計算，土壤下滲強度μ按3類、“前期土壤中等濕潤”進行計算。英雄橋水文站10%設(shè)計24 h降水量為41.2 mm；筆者率定的暴雨遞減指數(shù)成果顯示10%頻率下n1取0.278，n2取0.704，據(jù)此計算該洪溝設(shè)計洪峰流量成果為2.32 m3/s；若參考《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》，按全區(qū)統(tǒng)一規(guī)律n1取0.7，n2取0.8，在其它參數(shù)一致的情況下計算的該洪溝設(shè)計洪峰流量為6.37 m3/s，是前者的2.7倍。

該洪溝調(diào)查的10年一遇洪峰流量為2.2 m3/s，顯然以筆者率定的暴雨遞減指數(shù)計算的成果更符合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況。由此可知暴雨遞減指數(shù)對推理公式計算成果影響較大，這也正是以往計算成果常出現(xiàn)明顯偏離實際的原因。

5 結(jié)論

依據(jù)英雄橋水文站實測32年暴雨資料，分析率定烏魯木齊河低山丘陵區(qū)常用頻率暴雨遞減指數(shù)及其規(guī)律。成果顯示暴雨遞減指數(shù)總體隨歷時的增加而增大，隨頻率的增大而減小。常用頻率下n1在0.278～0.280之間，與全區(qū)規(guī)律0.7差異較大；n2在0.704～0.835之間，與全區(qū)規(guī)律0.8基本相當(dāng)。應(yīng)用案例顯示推理公式設(shè)計洪水計算結(jié)果對暴雨遞減指數(shù)較為敏感，以筆者率定的暴雨遞減指數(shù)計算的成果較符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，可供周邊暴雨洪水計算使用。