劉 濤

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001）

隨著氣候變化和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水文下墊面、水文情勢(shì)、洪水演進(jìn)和流域產(chǎn)匯流基礎(chǔ)條件都發(fā)生了很大變化,原分地市《地區(qū)水文實(shí)用手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《地區(qū)手冊(cè)》）中的參數(shù)已不能全面、準(zhǔn)確反映現(xiàn)狀條件下的水文特性,迫切需要一部反映現(xiàn)狀水文環(huán)境狀況與情勢(shì)的新水文分析計(jì)算手冊(cè)。2021 年6 月,《陜西省水文手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《新版手冊(cè)》）通過(guò)評(píng)審進(jìn)入試用階段,作為水利工程設(shè)計(jì)規(guī)劃工作中的重要依據(jù),洪峰流量計(jì)算參數(shù)的合理性分析則具有重要意義。

1 《新版手冊(cè)》變化

與《地區(qū)手冊(cè)》相比,《新版手冊(cè)》在資料系列、設(shè)計(jì)暴雨洪水參數(shù)綜合等方法有以下改進(jìn)。

1.1 資料系列

資料系列統(tǒng)一采用1956 年～2012 年長(zhǎng)系列,部分水文站點(diǎn)延長(zhǎng)到2017 年,全省范圍統(tǒng)一勾繪各歷時(shí)暴雨參數(shù)等值線圖,系統(tǒng)全面的補(bǔ)充大量場(chǎng)次暴雨、大暴雨或特大暴雨洪水資料,比《地區(qū)手冊(cè)》平均25 年資料系列更具有代表性,避免了分地市繪制存在地形地貌等因素不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。

1.2 設(shè)計(jì)暴雨

增補(bǔ)20 min、3 h、12 h、3 d,補(bǔ)齊8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴雨時(shí)段劃分,彌補(bǔ)《地區(qū)手冊(cè)》只有10 min、60 min、6 h、24 h 4 個(gè)時(shí)段不全的現(xiàn)象,有利于長(zhǎng)歷時(shí)大范圍的暴雨設(shè)計(jì)；將《地區(qū)手冊(cè)》只有雨量站 24 h 最大值分布,改進(jìn)為 0.25 經(jīng)緯度范圍內(nèi)選取最大值的 8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴雨時(shí)段歷時(shí)的最大值分布；全省范圍協(xié)調(diào)統(tǒng)一各時(shí)段采用的偏態(tài)系數(shù),使之更趨合理。

1.3 設(shè)計(jì)洪水

在《地區(qū)手冊(cè)》資料的基礎(chǔ)上,增加分析了1985 年～2012 年典型洪水,重新率定了計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量的參數(shù),使之計(jì)算成果更趨于符合現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)洪水推求分以下兩種途徑：①根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法推求設(shè)計(jì)洪水；②根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水。

2 《新版手冊(cè)》洪水分析選用資料

2.1 經(jīng)驗(yàn)公式法

《新版手冊(cè)》經(jīng)驗(yàn)公式分析以區(qū)域內(nèi)水文站實(shí)測(cè)資料與調(diào)查得到的小面積歷史洪水資料,作為推求設(shè)計(jì)洪水經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)。流域面積范圍涵蓋21.4 km2～3860 km2的測(cè)站共計(jì)70 個(gè)站。

2.2 根據(jù)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

2.2.1 產(chǎn)流

全省共挑選64 條河流252 場(chǎng)雨洪資料,其中：陜北Ⅰ區(qū)共27 條河123 場(chǎng)；關(guān)中北Ⅱ1 區(qū)共8 條河36 場(chǎng)；關(guān)中Ⅱ2區(qū)選擇11 條河29 場(chǎng)；陜南Ⅲ1 區(qū)選擇9 條河的28 場(chǎng)；陜南Ⅲ2 區(qū)選9 條河的36 場(chǎng)。

2.2.2 匯流

（1）推理公式法

全省選用不同分區(qū)共計(jì)71 站465 場(chǎng)暴雨洪水資料分析匯流參數(shù)m 值,其中陜北Ⅰ區(qū)24 站208 場(chǎng),關(guān)中Ⅱ1 區(qū)8 站55 場(chǎng),關(guān)中Ⅱ2 區(qū)16 個(gè)站62 場(chǎng),陜南Ⅲ區(qū)23 站140 場(chǎng)。

（2）瞬時(shí)單位線法

全省選不同分區(qū)共計(jì)51 站393 場(chǎng)雨洪資料。其中陜北Ⅰ區(qū)11 站120 場(chǎng)；關(guān)中Ⅱ1 區(qū)8 站50 場(chǎng)；關(guān)中Ⅱ2 區(qū)12站78 場(chǎng)；陜南Ⅲ1 區(qū)8 站54 場(chǎng)；陜南Ⅲ2 區(qū)12 站 91 場(chǎng)。

3 參數(shù)率定

經(jīng)驗(yàn)公式法

以水文站實(shí)測(cè)資料與調(diào)查洪水資料建立洪峰流量經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

式中：Qp為不同頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s；F 為流域面積,km2；K、n 為經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)和指數(shù)。常用頻率率定參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 經(jīng)驗(yàn)公式參數(shù)表

續(xù)表1

3.1 根據(jù)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

3.1.1 產(chǎn)流

陜西省氣候及自然地理?xiàng)l件差異較大：渭河以北地區(qū)氣候干燥,雨量較少,入滲能力較小,產(chǎn)流方式常為雨強(qiáng)超過(guò)土壤入滲率而產(chǎn)生地面徑流,稱作超滲產(chǎn)流；渭河以南地區(qū)雨量充沛,暴雨歷時(shí)長(zhǎng),入滲能力較大,產(chǎn)流方式是當(dāng)降雨量滿足土壤最大含水量后,全部降雨形成徑流,稱作蓄滿產(chǎn)流。

產(chǎn)流主要在于分析地區(qū)土壤最大含水量Im、前期影響雨量Pa 及入滲率f?！缎掳媸謨?cè)》產(chǎn)流率定參數(shù)見(jiàn)表2 和表3。

表2 土壤最大含水量和前期影響雨量成果表

表3 超滲產(chǎn)流入滲率與土壤含水量關(guān)系式

3.1.2 匯流

（1）推理公式法

洪峰流量計(jì)算關(guān)鍵為確定匯流歷時(shí)τ：

式中：τ為流域匯流歷時(shí),h；L 為沿主河槽從出口斷面至分水嶺的最長(zhǎng)距離,km；J 為沿流程的平均比降（以小數(shù)計(jì)）；m 為經(jīng)驗(yàn)性匯流參數(shù)；α、β為經(jīng)驗(yàn)性指數(shù)。

《新版手冊(cè)》推理公式參數(shù)率定見(jiàn)表4。

表4 推理公式法匯流參數(shù)（式）

（2）瞬時(shí)單位線

洪峰流量計(jì)算關(guān)鍵為確定參數(shù)n、k：

式中：m1、m2為瞬時(shí)單位線參數(shù)；m1i=10 為凈雨強(qiáng)度為10 mm的 m1值；b 為改正指數(shù),i 為雨強(qiáng),mm/h。

《新版手冊(cè)》瞬時(shí)單位線參數(shù)率定見(jiàn)表5。

表5 瞬時(shí)單位線匯流參數(shù)式

4 參數(shù)檢驗(yàn)分析

以水文站洪峰流量頻率計(jì)算成果為參考值,對(duì)全省各分區(qū)水文站采用上述三種計(jì)算方法計(jì)算其設(shè)計(jì)洪峰流量,與頻率計(jì)算成果進(jìn)行比對(duì),對(duì)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)證70 站,推理公式法驗(yàn)證45 站,瞬時(shí)單位線驗(yàn)證54 站。

4.1 經(jīng)驗(yàn)公式法

表6 經(jīng)驗(yàn)公式法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與頻率計(jì)算值誤差統(tǒng)計(jì)表

4.2 根據(jù)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

4.2.1 推理公式法

以P=1%為例,300 km2以下水文站誤差≤10%、≤20%、≤30%的站數(shù)分別為7 站、7 站、11 站,占驗(yàn)證總站數(shù)的63.6%、63.6%、100%；300 km2～1000 km2水文站誤差≤10%、≤20%、≤30%的站數(shù)分別為17 站、17 站、24 站,占驗(yàn)證總站數(shù)的50.0%、50.0%、70.6%?？梢?jiàn),推理公式用在流域面積大于300 km2時(shí),其計(jì)算誤差將會(huì)明顯增大。見(jiàn)表7。

表7 推理公式法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與頻率計(jì)算值誤差統(tǒng)計(jì)表

因此,《新版手冊(cè)》中推理公式的應(yīng)用范圍不宜超過(guò)300 km2,300 km2～500 km2供參考。

4.2.2 瞬時(shí)單位線法

因此可認(rèn)為《新版手冊(cè)》中瞬時(shí)單位線法使用在1000 km2以下,參數(shù)基本合理。

表8 瞬時(shí)單位線法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與頻率計(jì)算值誤差統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

（1）《新版手冊(cè)》較《地區(qū)手冊(cè)》有以下改進(jìn)：

一是水文資料系列延長(zhǎng),《地區(qū)手冊(cè)》采用資料基本在1980 年前后,系列長(zhǎng)度在25 年～30 年,《新版手冊(cè)》洪水資料系列在42 年～78 年,且在此基礎(chǔ)上同時(shí)收集了周邊七省的各類(lèi)資料,更具有代表性。

二是對(duì)水文資料統(tǒng)一進(jìn)行一致性處理,并對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行修正完善,更加符合現(xiàn)狀水文環(huán)境以及產(chǎn)匯流環(huán)境狀況。

（2）《地區(qū)手冊(cè)》以地市為單位,與相鄰地市存在一定的銜接問(wèn)題,《新版手冊(cè)》則以全省范圍進(jìn)行修編,同時(shí)考慮臨省的銜接,避免了地市繪制存在地形地貌等因素不協(xié)調(diào)的缺陷。

（3）《新版手冊(cè)》推理公式適用面積為小于300 km2,300 km2～500 km2供參考使用,瞬時(shí)單位線適用面積為小于1000 km2,1000 km2～1500 km2供參考使用。