山丘区小流域设计洪水不同计算方法对比分析

潘倩婧+李阳

摘要：该文主要研究利用不同的方法：推理公式法、单位线法以及用流量资料法推求裴河的洪峰以及洪水过程线，并对计算结果进行对比分析

关键字：推理公式法；单位线法；流量资料

流域概况

裴河小流域位于河南省信阳市新县境内，属淮河流域潢河水系。新县地处北亚热带向暖温带过渡地带，属大陆性湿润季风气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，年平均降水量1313.8。裴河小流域控制流域面积为21.32km2，河长为9.3km，比降为0.03，该流域内有裴河水文站及裴河和杨湾2个雨量站。其中设计频率分别取1%2%5%10%20%

基本资料

1、《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》简称《84图集》

2、裴河小流域单位线

3、裴河水文站实测洪水资料

计算流程

由上述小流域概况得知流域面积F=21.32km2年平均降水量P=1313.8mm河长L=9.3km比降J=0.03

一利用推理公式法计算裴河小流域设计洪峰

1.计算雨力Sp

①查图集得该流域集水面积中心点24小时平均雨量为130mm

Cv=0.55 n2=0.65 n3=0.7

②查《水文水利计算第二版》得，山区与平原的CS/CV在3.0～3.5之间，一般山区的均值略大于平原地区所以比值取3.5

③查P-Ⅲ型曲线的模比系数Kp值表不同设计频率下的模比系数

④公式P24，P=Kp*P24，p和Sp=P24，p/t1-n3计算得设计雨量P24，p和雨力Sp

2.计算汇流参数m

①流域特征因素

②查图集m=0.9

3.计算产流历时tc

①查图集得Ⅰ区的μ值为2-3mm/h之间，这里取中间值μ=2.5mm/h

②则产流历时由 计算得

4.试算洪峰流量Qm

①假定一个Qm，根据公式τ=0.278*L/mJ1/3Qm1/4计算汇流时间τ，由于计算出来τ均在1～6h之间，因此在试算过程中暴雨递减指数取n2=0.65

②计算洪峰径流系数ψ

③算Qm，根据公式 计算

④算/Qm-Qm'/当/Qm-Qm'/<0.5时，所得Qm即为所求

试算过程均用excel计算得，最终求得Qm

二由单位线推求洪水过程线

1.设计暴雨的推求

前边已经求得设计雨量

2.设计净雨的推求

设计净雨深一般用24小时降雨量查山丘次降雨径流关系P + Pa～R曲线求得

①Pa为前期影响雨量，50年一遇以上暴雨Pa=Imax，10～20年一遇Pa=2/3Imax，5年一遇为1/2 Imax（Imax为最大初损值）

②查图集得它的Imax=50

③查图集得出24小时径流深R24

④由公式 计算得 H6p Htp为t时段设计频率为P的点雨量

⑤由公式R6=R24*H6p/H24p计算得6小时净雨深R6，H6p为同频率设计年最大6小时雨量

⑥根据84图集中《24小时净雨概化时程分配表》将不同频率下的P24进行分配得设计净雨

3.推求洪水过程线

根据给定单位线和求出的设计净雨应用VB程序求得洪水过程线

三由流量资料推求洪水过程线

1.洪水资料的分析与处理

①洪水资料的审查

②洪水资料的选样

2.洪水频率计算

将各年洪峰流量进行从大到小排列，应用经验频率计算公式：Pm=m/n+1进行频率计算

3.洪水频率曲线参数计算

①在这里选用P-Ⅲ型曲线作为洪水特征的频率曲线线型

②根据公式 ，算出各流量的均值Ex和变差系数Cv

③Cs初值根据Cv的大小确定

若Cv<0.5，Cs=3～4 Cv若Cv>0.5，Cs=2～3Cv

④将排频后的数据导入“P-Ⅲ频率曲线适线软件”，根据其配线拟合度和Cs与Cv比值進行配线，选出最优曲线。在曲线中读出要求设计频率的设计流量值

4.设计洪水过程线的推求

①典型洪水过程线的选择

从给定的裴河小流域流量资料中，根据“峰高量大、主峰偏后”的原则进行选择，最终选取82年的流量资料作为典型洪水过程线

根据前边插值的结果，读出1982年典型洪水的洪峰流量，最大一天的流量，最大三天的流量，最大五天的流量

②同频率放大法推求洪水过程线

根据公式

求出放大倍比

根据求得的放大倍比对典型洪水过程线进行放大，最后根据水量平衡原理进行修匀

计算结果对比分析

一对比分析3种方法设计洪峰计算结果

将三种方法计算的洪峰流量综合到一起，用三种方法求得的洪峰流量都有很大差距，并由推理公式算得的各频率的洪峰流量最大，单位线法求得的次之，由流量资料求得的最小

有以下几方面导致不同方法计算结果不同

1.推理公式是根据历史统计的该流域的综合情况求得的，相对于实际情况就会偏大

2.推理公式法假定雨洪同频，并且假定降雨强度不随时间变化，但实际情况并非如此，会受到各种气候因素和下垫面以及人为因素的影响

3.单位线法在进行净雨时程分配的时候也是根据多年经验进行分配，可能与当时实际情况有些不符

4.流量资料推求的资料不够完整，在插补延长过程中会有偏差

二对比分析2种方法的洪水过程线

将两种方法的洪水过程线在同一个图上进行比较

由单位线法和流量资料在同频率下的对比可以看出，单位线法推求的洪水过程线稍“胖”，呈单峰，由流量资料推求的洪水过程线偏“瘦”，存在复峰，且单位线法的洪水过程线均高于由流量资料求得的

分析其原因主要是，单位线法是根据24小时净雨概化时程分配计算得到的，而流量资料是根据实测的典型洪水由同频率放大法得到的，不同时段放大倍比不同会使洪水过程线有多个峰

参考文献：

[1]刘家宏，王浩，高学睿，陈似蓝，王建华，邵薇薇.城市水文学研究综述[J].科学通报，2014，59（36）：3581-3590

[2]芮孝芳，刘方贵，邢贞相.水文学的发展及其所面临的若干前沿科学问题[J].水利水电科技进展，2007（01）：75-79

作者简介

潘倩婧（1996.9-）女，汉族，河南省灵宝市，身份证号411282199609102642， 本科生，研究方向：水文与水资源工程

李阳（1996.3-）男，汉族，青海省西宁市，身份证号632223199603050572，本科生，研究方向：水文与水资源工程