基于水利水电工程设计的洪水计算方法分析

□ 何 涛

在水利水电工程的施工建设当中，其中一项重要内容是水库设计的洪水计算分析，这是确定投资和施工导流建筑物规模的一个必不可少的数据。在水利工程的实际设计当中，通常是在枯水时段进行施工导流，对于施工期洪水计算分析，则需要对各年施工时段1h、6h、24h以及72h的最大雨量资料。然后以收集到的资料为基础进行洪水计算，然而对一些中小型水库来讲，不能够收集到齐全的雨量统计资料，收集到的资料往往只是一年内各月中降雨量最大日资料。一般最大24h降雨量是降雨量最大日的1.1-1.3倍，然后参照这两者之间的关系进行转换，进而将各年施工阶段的最大24h雨量求出，可是这种关系并不能得到最大1h、6h、72h的降雨量统计资料。不全的统计资料不能够顺利的进行洪水分析计算，在水利工程设计报告中，一般是要求有施工期洪水内容，还需根据调洪计算对导流标准下的最高洪水位进行确定，进而对导流建筑物的规模予以确定，从而要求施工期洪水要有洪水过程线以及洪峰流量成果。因此，对水利水电工程设计人员而言，不全的雨量资料会对施工期洪水计算带来较多的困难，成为水库设计过程中的一个难题，该怎样解决这个问题则已经成为水利工程设计人员的关注重点。本文结合实际工作经验，简单的介绍了只有最大24h降雨资料时洪水计算方法。

一、洪水计算方法

（一）同倍比法

该方法是以已知的典型洪水过程线为基础，对未知设计洪水过程进行推算，通常采用的方法有同频率法和同倍比法，对于推算水利水电工程施工期洪水可采取同倍比法。在洪水计算分析中，同倍比法可分为两种形式，一是根据设计洪峰流量和已知典型过程线洪峰流量两者间存在的关系，对典型洪水过程进行倍比缩放；另一种是根据控制时间内的设计洪量和已知典型线的相应洪量两者间存在的倍比关系，对典型洪水过程机型相应的倍比缩放。对于施工期洪水的推算，因为并不知道设计洪量，不可以根据洪量之间的关系进行倍比缩放的方法获得施工期洪水，所以只可以考虑采用洪峰流量的倍比缩放法来推算施工期洪水。然而对一些中小型水库来讲，具有相对较小的集雨面积，基本上，集雨区域设最大日降雨则可将一场洪水的洪峰得以控制，故可以把洪峰流量倍比关系进而转化成最大日降雨量倍比关系，这样就可以根据最大日降雨量的相应倍比关系将施工期洪水过程线推求出来。

（二）推求施工期暴雨参数进行施工期洪水的计算

在水利工程设计的洪水计算过程中，采取施工期暴雨参数对施工期洪水的推求是一种较为直接的计算方法。对中小型水库来讲，要获得施工时段最大24h降雨量是相对容易的。但是对于施工期最大1h、6h、72h的暴雨参数的推求则是一个最为关键的问题。根据暴雨资料对洪水进行推求设计，通常是有一个确定的设计雨型，一般根据当地的降雨状况选取的设计雨型基本可以代表所在区域暴雨的特性。所以说，在同一区域，暴雨量在同一频率不同历时是具有一定的比例关系，以下是对这一问题的分析。

暴雨公式有：暴雨力，

各历时雨量：

其中式中的n1、n2、m1是暴雨递减指数，在一个特定的集雨区域，暴雨递减指数在一定频率下是一个定值。那么从（2）、（3）、（4）式中能够得知：H1P、H6P和H72P与H24P是存在一个固定的比例关系，那么则可以根据H24P将H1P、H6P和H72P推求出来。

在资料不全面的情况下，可以借助《暴雨等值线图》将年降雨量查出，然后分析并得到某一频率P下的H1P、和H72P与H24P的比值，再根据这种比值关系，乘以施工时段该频率下的最大24h降雨量值，则可以将施工时段此频率下H1P、H6P和H72P的暴雨设计参数，再根据得到的暴雨设计参数计算出该频率的施工期洪水。

二、算例

如表一是某中型水库流域的地理参数，表二为各历时年暴雨参数。此水库为了能够除险加固工程，以10月到次年3月的枯水期为施工期，该水库的施工期洪水重现采用施工期五年一遇的标准。收集到的施工期最大日降水量如表三所示，表四是施工计算出的施工期最大24h暴雨频率结果。

表一 某水库流域地理系数

表二 某水库各历时年暴雨参数成果

表三 施工期最大日降水量

表四 施工期最大24h暴雨频率

根据上文所讲的方法，该水库五年一遇年最大各历时降雨量计算结果如表五所示，在根据H1P、H6P和和H24P的比值推算出该水库施工期各历时的最大降水量如表六所示。

利用表五的雨量参数点面关系将该水库五年一遇的设计洪水过程线如图一所示，以同倍比放大法推出缩放系数K=0.455，和五年一遇的设计洪水线得到的施工期洪水线同图一。那么从图一中能够得知：采用两种方法得到的洪水过程线是相近的，表明上述两种方法均可用于施工期洪水计算。

表五 五年一遇年最大降雨量

表六 施工期五年一遇年最大降雨量

图一 五年一遇洪水过程线

三、结束语

在水利水电工程的施工建设当中，水利工程设计一个必不可少的环节是施工期洪水的分析计算。然而对一些中小型水库来讲，往往会因为缺少一些基础的资料而对施工期洪水的计算分析带来相对的困难。在此考虑到中小型水库流域一般不会出现较大的集雨面积，点面暴雨没有过大的差别，洪水和暴雨的组成相对简单。洪水和降雨两者之间存在较好的相关联系，故可以采取较为简化的计算方法对施工期洪水进行推算。本文所介绍的计算方法均可解决洪水计算问题。经实践证明，采用这类方法在资料不全的情况下进行施工期洪水的计算是可以满足设计要求的。本方法可以在缺乏资料的状况下正常使用，值得在一定范围内推广。