中小流域洪峰流量的计算方法探讨.pdf

1、060西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES中小流域洪峰流量的计算方法探讨丁鹏杰张火清（甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃天水741020)【摘要本文首先以樊河流域的流域特征作为一个重要切入点，探讨了洪峰流量的计算方法和理论分析，分别概括为推理公式法、经验公式法和瞬时单位线计算法，并以此为依据，提出推理公式法、经验公式法适合计算中小流域且缺乏水文资料的河流，瞬时单位线计算法适合计算流域面积在10 0 km以上的河段。在开展防洪工程、河湖管理范围划定等工作时，要注重不同流域特征下洪峰流量计算方法的选择，为水利部门的工作提供重要依据。【关键词

2、】樊河；洪峰流量；推理公式法；经验公式法；瞬时单位线计算法樊河位于天水市至张家川县之东南部偏低河段的中山区附近，属于干流陇西的黄土高原，为上游牛头河一级小支流樊河上游北河之河谷。张家川县境内樊河长度约31.72km，流域面积16 8.0 6 km。为了全面保证河道各项工程建设和周边人民群众的财产安全、建立河湖水生态环境治理长效机制、河湖安全管理长效保护技术体系、全面积极推行河湖长制以及尽量减少对现有防洪工程的影响，樊河下游断面的洪峰流量计算势在必行。1.设计洪水计算1.1洪水特征樊河流域的洪水均系暴雨所致，暴雨多为雷暴雨。暴雨可分为两大类：一类是峰面雨，历时长，强度均匀，笼罩面积大；另一类雷暴

3、雨，历时短，强度大，笼罩面积小。暴雨发生在每年的5 9月，强度大的多集中在7、8 月。在雨型时程分配上一般12 小时降雨量占2 4小时降雨量的8 0%以上，6 小时降雨量占2 4小时降雨量的6 5%，一日降雨量占三日降雨量的8 0%左右。由于流域上游属黄土高原丘陵沟壑区，植被稀疏，山大、沟深、坡陡，河床比降大，洪水常携带大量泥沙，具有来势迅猛、历时短、暴涨暴落，峰高量小，峰型尖瘦的特点。1.2水文基本资料收集据现场调查，张家川县樊河流域尚未设立水文站，该县樊河流域内无实测水文资料。本次收集资料有张家川县樊河中小河流治理工程初步设计报告（2 0 18 年12 月），涉及内容有樊河流量、水位、泥沙

4、等由于樊河流域内无水文站，故按无水文资料地区对待，根据水利部关于水利水电工程设计洪水计算规范 2 计算技术规范要求（SL44-2006)文件，对暴雨区无可靠水文资料地区产生的设计断面洪水系数的数值计算一般可选择采用“多种途径，多种方法，综合比较，合理选定”的数值计算依据原则，本次樊河的计算依据则主要由暴雨资料区的甘肃省暴雨特性研究 3、甘肃省暴雨洪水图集 4和按河流设计控制流域面积的大小分别依次选择采用推理公式法、经验公式法、瞬时单位线法 5-6。2.流域特征值计算2.1樊河流域计算河段分布张家川县境内樊河干流自上游至下游包括马家沟-羊肚子滩河段、恭门镇-麻崖河段和付家庄以上，河段分布示意图见

5、图1。2.2樊河洪水计算对樊河流域水文进行实测洪水预报计算分析时，对樊河所在的河段水文及其相应流域的主要水文气象特征进行了实测分析。在有实测水文资料保存的河段充分利用这些实测的水文资料；无实测水文资料记录的河段，依据由实测暴雨资料甘肃省暴雨特性研究甘肃省暴雨洪水图集和按河道流域面积分别用甘肃省小流域（牛头河水系）经验公式法和推理公式法等三种方法分别计算求得樊河河段设计洪水，以上提供的方法进行设计洪水计算 7-10 为了准确计算各河段的洪峰流量，本次实测樊河地形，对各河段的控制断面以上的流域面积、河长、平均比降等流域特征进行计算，取得分析计算的基础资料数据，特征值成果见表1。表1设计洪水计算断面

6、及其以上河段流域特征及设计河道特征值表控制断面名称流域面积(km)河长(km)比降(%)付家庄以上168.0631.7223.6恭门镇-麻崖108.022.828.1马家沟-羊肚子滩33.3613.7342.1作者简介】丁鹏杰（198 7 一），男，本科，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。西部资源061WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期N起点白石咀牧场！白石明牧平安石关山牧场河塔?家沟富川水库柳沟闫恭门镇城子联茶门家付家清天海终点水010km县图军3?4O10图1樊河干流洪峰流量计算河段分布示意图1一乡政府驻地；2 一村委会驻

7、地;3 一水库；4一牧场;5一起止点；6 一县界；7 一付家庄以上河段；8 一恭门镇-麻崖河段;9一马家沟-羊肚子滩河段；10 一水系3洪峰流量的计算3.1推理公式法依据甘肃省暴雨洪水图集中提供的测算方法资料和其他技术参数，由设计暴雨推求下游各河段流量控制断面处的设计洪峰流量。设计暴雨参数根据甘肃省水文水资源勘测局及2 0 0 3年7 月修编完成的甘肃省暴雨特性研究成果查取如下：Hihr=22 mm,Cv=0.62;Hhr=42 mm,Cv=0.60;H24h=55 mm,v=0.55各时段Cs=3.5Cv。查取相应频率的P-曲线Kp值，计算可以得到1小时、6 小时和2 4小时各相应频率下的设

8、计点雨量。按照暴雨流域面积，选取暴雨的控制影响时段为3 小时，3 小时内各相应频率的设计点雨量根据1小时和6 小时各相应的频率设计点雨量内插得到。樊河属于渭河流域支流，经查甘肃省暴雨洪水图集渭河流域综合时一面一深关系图得到1小时、6 小时、2 4小时点面折减系数分别为0.8 7、0.8 9、0.91,3 小时点面折减系数内插为0.8 8；樊河流域形状近似扇形；经查甘肃省暴雨洪水图集流域综合形状改正系数与流域面积关系图，得到6 小时和2 4小时流域综合形状改正系数分别为0.92 和0.905,取3 小时的形状改正系数也为0.92。点暴雨乘以点面折减系数和流域形状改正系数得到相应频率的暴雨设计面雨

9、量，计算成果如下表所示：表2 梦樊河流域设计面暴雨成果表各频率设计面雨量（mm)控制点面形状时段折减系数20502%5%10%H3hr0.880.926754443421H6hr0.890.928266544226H24hr0.910.90511795786138樊河所在区域为六盘山土石山区，根据黄土区以下公式：Lm=0.195g0.397式中,m一汇流参数;062西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES利用图解法测求设计洪峰流量Q及汇流的历时t，根据假设时间t,求得净雨径流深h，Q,按公式Q,=0.278.t0.278L计算，汇流历时T=，求得在不同频

10、率环境下的Q1mJ3Q.t和Q,曲线，两曲线交叉点纵坐标系即确定为设计洪峰流量，樊河各河段不同频率下的洪峰流量成果见表3。表3推理公式法计算洪峰流量计算成果表流域频率控制断面名称面积2%5%10%20%50%(km)付家庄以上168.0637929322011057恭门镇-麻崖108.02732321608540马家沟-羊肚子滩33.361461319246233.2甘肃省牛头河水系经验公式法根据甘肃省水文图集洪峰流量经验公式表可知，适用范围为牛头河及其支流樊河。计算公式：q=C/Fn式中：q一洪峰流量模数(m.s/km);C、n 一重现期为N的经验参数；F一设计流域面积（km）。公式中的参、

11、指数C、n 值，从甘肃省水文图集中查得。根据河道所在位置，其值采用牛头河参、指数，见表4。表4洪峰面积相关公式参数表使用不同重现期c及n值参数范围50201052n0.496樊河C33.424.617.87.043.33经计算求出樊河各河段在不同的频率环境下的洪峰流量，结果见表5。表5经验公式法洪峰流量计算成果表流域频率(%)控制断面名称面积(km)2%5%10%20%50%付家庄以上168.064423262369344恭门镇-麻崖108.03542611897535马家沟-羊肚子滩33.3619614410441203.3瞬时单位线法设计暴雨参数同推理公式法一致，根据设计面雨量利用瞬时单位

12、线设计洪水计算。净雨的历时单位为无限小时的单位线就是瞬时单位线。瞬时单位线的一个数学表达式为：1r(n)T(n)=(n-1)!当n和k确定后即可求得瞬时单位线。本河段流域下垫面属于六盘山土石山区，用六盘山土石山区瞬时单位线汇流参数m，和m,地区的综合影响系数计算公式，计算得到不同频率的n、k 值,从而计算得到地表洪峰流量，根据六盘山土石山区基潜流表和甘肃省基流与流域面积表得到地表洪峰流量对应的基流和潜流，相加得到设计洪峰流量1-12 1,成果见表6。表6 瞬时单位线洪峰流量计算成果表流域频率（%）控制断面名称面积(km)2%5%10%20%50%付家庄以上168.063422811961015

13、0恭门镇-麻崖1082662021486935马家沟-羊肚子滩33.361401278740204.成果分析樊河流域采用了瞬时单位线法、经验公式法和推理公式法进行连续计算，确保了计算数据和实验成果资料信息的相对连续，具有强可靠性和信息高度可对比性。通过仔细分析对比验证了由以上列出的这三种经验公式方法产生的公式、计算方法和运算结果，可以从中看出，经验公式法的最终公式计算方法和计算结果一般偏向于更大，其次是推理公式法，瞬时单位线法产生的计算公式和计算结果一般为最小，且推理公式法计算结果和瞬时单位线法计算结果比较接近。为了确定本次计算采用值，与收集到的2 0 18 年已审批的中小流域张家川县樊河中小

14、流域治理工程初步设计报告水文分析计算（付家庄以上10 年一遇洪峰流量235m/s)结果对比，经验公式法计算结果与其成果报告中的洪峰流量数值最为接近，本次樊河干流设计洪水计算可采用经验公式法计算成果。三种方法计算成果对比的结果见表7。西部资源063WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期表7 樊河不同河段不同频率设计洪水计算成果汇总表河道河段经验公式法推理公式法瞬时单位线法名称名称频率（%）/洪峰流量值（m/s）频率（%）/洪峰流量值（m/s）频率(%)/洪峰流量值（m/s)251020502510205025102050付家庄以上442326236

15、93443792932201105734228119610150樊河恭门镇-麻崖354261189753527323216085402662021486935马家沟-羊肚子滩1961441044120146131924623140127874020偏大（采用值）二者结果接近以上三种方法计算的洪峰流量走势图依次见图2、图3和图4：推理公式法洪峰流量计算成果(s/e）#4003503002502001501005001235频率/%频率一付家庄以上恭门镇-麻崖马家沟-羊肚子滩图2推理公式法洪峰流量计算成果经验公式法洪峰流量计算成果(s/）50001235频率/%频率付家庄以上恭门镇-麻崖一马家沟羊

16、肚子滩图3经验公式法洪峰流量计算成果瞬时单位线洪峰流量计算成果40035030025020015010050012345频率/%频率付家庄以上恭门镇-麻崖马家沟羊肚子滩图4瞬时单位线洪峰流量计算成果5.结论（1)推理公式法是指根据实测的暴雨资料推求设计出的洪水，根据成果资料查取Cs、C v 值，并查取相应频率的P-曲线Kp值，计算得到不同时段频率的设计点雨量。然后根据河流所在黄土区推理公式求取各频率洪峰流量。此方法适合缺乏水文资料地区且中小流域水文分析计算，适用范围广，但计算方法较为复杂。(2经验公式法是根据樊河不同重现期c及n值推求的洪峰流量值，此方法适用于小流域河道洪峰流量计算。（3）瞬时

17、单位线法设计暴雨参数同推理公式法一致，根据设计面雨量及流域下垫面所在区汇流参数m，和m,地区综合计算公式，计算得到不同频率的n、k 值,从而计算得到洪峰流量。此方法适合用于大流域或中流域面积河道洪峰流量计算。参考文献1“十五”期间地质矿产部水文地质工程地质研究所部分论文题录 C/中国地质学会，国土资源部地质勘查司“十五”重要地质科技成果暨重大找矿成果交流会材料四-“十五”地质行业重要地质科技成果资料汇编，2 0 0 6.2SL44-2006,水利水电工程设计洪水计算规范 S.3王毓森.甘肃省暴雨洪水图集查算系统开发与应用研究J.甘肃水利水电技术，2 0 2 1,57(0 5)：1-3+3 0.

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