黄土山（林）无资料地区设计洪水计算方案对比探讨

黄土山（林）无资料地区设计洪水计算方案对比探讨

杨鲜鲜 1 张 雷 1 仵理帆 2

1. 陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710001 2. 西安陕鼓工程技术有限公司 陕西西安 710001

摘 要：颖川河流域地处北秦岭山地与黄土梁峁沟壑区的交接地带, 流域无实测洪水资料，工程区设计洪水分别采用根据暴雨推求设计洪水的推理公式法和瞬时单位线法以及经验公式法进行计算，并结合历史调查洪水，合理选用。

关键词：黄土山（林）区，推理公式法，瞬时单位线法，经验公式法，历史调查洪水

颖川河属渭河一级支流，发源于天水市麦积区。流域无实测洪水资料，工程区设计洪水分别采用根据暴雨推求设计洪水的推理公式法和瞬时单位线法以及经验公式法进行计算，并结合历史调查洪水，合理选用。

一、推理公式法

工程河段控制流域面积280km²，因此设计暴雨历时采用24小时，查《甘肃省暴雨特性研究》（兰州大学，2003.7） 不同历时的暴雨深及暴雨变差系数等值线图， 计算不同频率1、3、6、24小时点雨量。查渭河流域时深关系线得1h、6h、24h点面折减系数直线内插出3h点面折减系数。再根据流域近似为椭圆形，查流域形状改正系数与流域面积关系图，各历时的点雨量乘以点面折减系数，再乘以流域形状改正系数，得到相应历时的不同频率面雨量。

根据《甘肃省暴雨洪水图集》渭河流域暴雨雨型，选取主雨峰为3h的综合雨型，按3h、6h、24h面雨量同频率放大，得到设计流域不同频率面降雨过程。

颖川河流域下垫面属黄土山（林）区，用黄土山（林）区f查表进行产流计算，得tc=2h，Ptc=42.2mm，f=13.7mm，将产流期各时段的降雨量减去时段入渗量得净雨过程，则颖川河流域50年一遇暴雨总的净雨深h=14.8mm，产流前的时段降雨之和即初损。为10.5mm，产流期以后的雨量也全部下渗。

汇流计算公式如下：

=L/（J1/3F1/4）=30.56

m=2.5h-0.623 0.637=4.12

由Qt=0.278×F×Ht/t推求t～Qt关系，根据公式 推求 ～ 关系。

在同一方格纸上绘制t～Q_t关系与 ～ 关系，曲线交点即为所求的设计洪水值。

工程区50年一遇设计洪水洪峰流量（地表径流）为Q=681m³/s, =1.7h。

查黄土山（林）区基潜流ξ（%）表和查基流量与流域面积关系图得基流量约为1m³/s，则潜流量为9m³/s，采用等腰三角形线，以地表过程线的起点为潜流起点，潜流峰值置于地表径流过程线的终点处，则地表径流峰值对应的潜流量为2m³/s。地表径流峰值、对应潜流与基流量之和即为设计洪水洪峰流量， P=2%时设计洪水洪峰流量为684m³/s。

二、瞬时单位线

1、净雨计算

瞬时单位线法净雨计算同推理公式法， P=2%时暴雨总的净雨深h=14.8mm。

2、瞬时单位线参数n、k的查算

① 造峰平均雨强的计算

ip=htp/tp

经计算，p=2%时，ip=14.8/2=7.4mm/h。

②m1、m2的计算

根据《甘肃省暴雨洪水图集》黄土山（林）区的相关公式计算m1、m2：

m1，10=0.9×F0.18×J-0.38=1.090

b=0.280-0.050lgF=0.158

m1=m1,10×(10/ip)b=1.143

m2=0.86×F-0.29×J0.53=0.629

③ n、k的查算

根据公式m1=nk和m2=1/n计算参数n、k。计算结果为：

P=2%时 n=1.6 k=0.719；

3、设计洪水过程线

以n和t/k查“瞬时单位线表”可得时段单位线，用各时段的净雨分别乘“时段单位线”，并依时序各错后一个时段叠加，即得地面径流过程线，再加潜流和基流过程得设计洪水过程线,由洪水过程线表可看出， P=2%时洪水洪峰流量为493m³/s。

三、经验公式法

2008年12月，甘肃省水电设计院编制完成了《甘肃省天水市城区提防规划》，对各沟道的洪水进行了分析， 50年一遇洪水的经验公式为：Q_2%=6.29F^0.73，，根据该公式计算，颖川河河口P=2%时洪水洪峰流量为385m³/s。

四、流域调查洪水

根据《甘肃省洪水调查资料》，1962年2月，甘肃省交通设计院共调查到较大洪水两场，分别发生于1933年和1941年，洪峰流量分别为247m³/s和184m³/s，洪水整编的可靠程度均为较可靠，被访者最大年龄55岁，按被访者15岁记事考虑，考证年份应为1922年左右。

颖川河流域2013年发生较大洪水，洪水洪峰流量为416m³/s。

调查访问人对3场洪水的大小排序略有差别，但绝大部分人反映1964（1965）年洪水最大，2013年洪水次之，七十年代初的洪水略小。1964（1965）年洪水的重现期约为90年，相应的2013年洪水重现期为45年。根据以上分析，2013年洪水的重现期应为30～45年。

五、 成果的分析与采用

颖川河口50年一遇设计洪水计算方法及成果比较见下表

从表中看出：三种方法的计算结果略有差别，推理公式法的计算结果稍大，经验公式法推求的设计洪水略小，瞬时单位线法居中，经验公式法的计算结果是偏小的；推理公式法计算的结果大于瞬时单位线，参考调查洪水的分析结果，颖川河流域50年一遇设计洪水洪峰流量应大于416m³/s，从安全角度推荐推理公式成果。

黄土山林区是山地与黄土梁峁沟壑区的交接地带，上游为山林区，由森林覆盖，植被良好，中下游沟壑纵横，地形比较复杂。推理公式计算时采用参数较多，考虑下垫面情况较全面，能反应流域产汇流特征，并且计算结果相对偏于安全考虑。当流域内暴雨洪水形成因素不同，产汇流方式较多，需要多方面综合考虑，对计算成果进行合理性分析。

参考文献：

[1] 《甘肃省暴雨特性研究》（兰州大学，2003.7）

[2] 《甘肃省暴雨洪水图集》（甘肃省水电设计院。1990.7）

[3]《甘肃省天水市城区提防规划》(甘肃省水电设计院，2008.12）

[4]《甘肃省洪水调查资料》（甘肃水利厅，1983年）