尤傳譽(yù)，王建中，付成兵

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021；2.中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司，湖北武漢430200）

0 引言

在河流上興建水利工程，往往需要計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，以此為據(jù)規(guī)劃其工程規(guī)模、防洪措施等內(nèi)容[1-3]。在實(shí)際工作中，中小河流常因流量資料不足無法直接利用流量資料推求設(shè)計(jì)洪水，而暴雨資料一般較多，因此常采用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。我國大部分地區(qū)的洪水主要由暴雨形成，由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，其基本假定是設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水是同頻率的[4-8]。由于我國流域水系豐富，河流眾多，因此不同流域省份常采用本省的水文計(jì)算手冊(cè)計(jì)算本流域的設(shè)計(jì)洪水，如王鐵鋒等人采用推理公式法計(jì)算西藏滿拉灌區(qū)的小面積洪水[9]、肖慶對(duì)貴州省喀斯特地貌地區(qū)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了計(jì)算[10]、王博等人對(duì)城鎮(zhèn)小匯水面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法進(jìn)行了比較分析[11]。

采用暴雨資料計(jì)算設(shè)計(jì)洪水時(shí)，對(duì)于計(jì)算成果的影響較多，如點(diǎn)雨量、點(diǎn)面折算系數(shù)、匯流參數(shù)、河流特征值等。下文以計(jì)算廣西地區(qū)小面積設(shè)計(jì)洪水為基礎(chǔ)，以敏感分析法為手段，采用單因素輪換法研究分析河流特征值（流域面積，河長，比降）對(duì)設(shè)計(jì)洪水的影響，以期為廣西地區(qū)小面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算提供技術(shù)支撐。

1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

工程地點(diǎn)位于廣西壯族自治區(qū)來賓市武宣縣境內(nèi)，地處非巖溶地區(qū)，上游為丘陵，土壤類型為沙壤土，植被較好，常有暴雨中心出現(xiàn)。流域面積為16.58km2，河長為4.14km，河道坡降為0.004。由于缺少流量資料，且流域面積較小，符合廣西無流量資料地區(qū)采用小面積洪水計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的要求。根據(jù)工程地點(diǎn)查找圖集，設(shè)計(jì)暴雨時(shí)面雨深分區(qū)圖為第一區(qū)，雨型分區(qū)圖為第二區(qū)，產(chǎn)流分區(qū)圖為第四區(qū)。

采用以下過程計(jì)算該工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)洪水（P=10%）：

1）根據(jù)工程項(xiàng)目所在位置從暴雨圖集中查找1，6，24h的點(diǎn)雨量均值、變差系數(shù)，計(jì)算10年一遇暴雨；

2）根據(jù)點(diǎn)面折算系數(shù)、暴雨指數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出時(shí)段雨量，依照產(chǎn)流分區(qū)，扣除初損雨量及穩(wěn)定下滲后得出凈雨過程；

3）采用推理公式法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，計(jì)算匯流參數(shù)m，采用三角形過程線法推求洪水過程線，回加地下徑流及深層流，得出設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果。

2 敏感性評(píng)價(jià)

2.1 分析方法

此次研究采用單因素輪換法（簡(jiǎn)稱OAT法）來檢驗(yàn)敏感性，即每次只改變一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，而其他指標(biāo)盡可能保持不變的情況下來反映單指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)結(jié)果變化的影響程度和規(guī)律性[12-14]。具體步驟如下。

1）遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RemoteProcedureCall，簡(jiǎn)稱RPC）為一組具有原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的離散百分比變化有限集，此次研究中將RPC定義為標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重的變化范圍，如將其取值為±20%，即每次權(quán)重變化范圍為在標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重上下浮動(dòng)20%。

2）進(jìn)程間通信（Inter-ProcessCommunication，簡(jiǎn)稱IPC）表示在RPC范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重每次所變化的百分?jǐn)?shù)。如將IPC取值為±2%，即表示在RPC范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重將以2%的量增加或減少。

3）選取其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（Criterion，簡(jiǎn)稱Cn）為主要標(biāo)準(zhǔn)，在定義了RPC和IPC的范圍下，它的權(quán)重W(Cn，PC)在改變過程控制（ProcessControl，簡(jiǎn)稱PC）數(shù)量級(jí)后，權(quán)重計(jì)算如下。

式中：W(Cn，PC)為改變過程控制數(shù)量級(jí)后的權(quán)重值；W(Cn，0)為主要標(biāo)準(zhǔn)Cn的初始權(quán)重值。

為了滿足所有標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重總和為1，其他標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重W(Ci，PC)需要根據(jù)W(Cn，PC)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，計(jì)算如下：

式中：W(Ci，0)為第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Ci的初始權(quán)重值。

2.2 成 果

此次設(shè)計(jì)洪水RPC和IPC取值分別為±50%和±5%，并將其運(yùn)用于所有的標(biāo)準(zhǔn)中，即流域面積、河長和比降等3個(gè)河流特征值的2個(gè)指標(biāo)不變，對(duì)另一個(gè)指標(biāo)每次進(jìn)行上浮或下浮5%的操作，共得出60組設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果。通過改變每一指標(biāo)得到設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與原始狀態(tài)下計(jì)算成果的增減幅度相對(duì)值，來統(tǒng)計(jì)分析各指標(biāo)變幅對(duì)計(jì)算結(jié)果的離散程度，從而反映出設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果相對(duì)于各指標(biāo)上下浮動(dòng)變化的敏感程度。

3 結(jié)果分析

通過計(jì)算，原始狀態(tài)下該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為102.96m3/s，當(dāng)對(duì)河流特征值中某一指標(biāo)進(jìn)行改變時(shí)，設(shè)計(jì)洪水成果發(fā)生變化，如圖1-3所示。

圖1 計(jì)算成果對(duì)流域面積的響應(yīng)變化圖

圖2 計(jì)算成果對(duì)河長的響應(yīng)變化圖

圖3 計(jì)算成果對(duì)比降的響應(yīng)變化圖

由圖1-3可知，設(shè)計(jì)洪水成果隨著流域面積和河流比降的增大而增大，呈正相關(guān)關(guān)系，而隨著河長的增大而減小，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在各指標(biāo)增減50%幅度時(shí)，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果變化幅度如表1和圖4所示。

表1 計(jì)算成果應(yīng)對(duì)各指標(biāo)變幅響應(yīng)表

圖4 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果響應(yīng)圖

流域面積對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果的影響幅度區(qū)間可達(dá)149.09%，影響最大；河道比降對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果的影響幅度區(qū)間為14.81%，相對(duì)較小。在各指標(biāo)下浮50%時(shí)，河流面積對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果的影響程度為113.01%，而河道比降對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果的影響程度僅為9.73%?？梢娫趶V西地區(qū)采用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，流域面積對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的影響較大。

4 結(jié) 論

1）在河流特征值上下浮動(dòng)變化時(shí)，各指標(biāo)在上浮時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的影響均小于下浮時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的影響程度，流域面積可達(dá)3.2倍，河長較小，為1.40倍；

2）通過單因素輪換法對(duì)河流特征值對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果進(jìn)行敏感性分析，河流面積對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果的影響較大，在上下浮動(dòng)50%時(shí)，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果變幅區(qū)間可達(dá)149.09%，在今后廣西地區(qū)小面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中可適當(dāng)參考。