中小流域由调查洪水计算设计洪水的方法浅析

郑 琨

（陕西水环境工程勘测设计研究院 陕西 西安 710018）

本文提出的调查洪水计算设计洪水，主要适用于流域内调查洪水资料相对丰富的陕北无实测水文资料的中小流域。在传统的几种方法计算成果相差较大时，采用本流域调查洪水计算设计洪水成果是本流域最直接的洪水成果，有利于合理确定设计洪水成果，是对同类计算方法很好的一种补充。

1 问题的提出

现状陕北地区中小流域设计洪水计算主要采用地区水文手册介绍的经验公式法、推理公式法，以及根据邻近水文站频率分析计算成果比拟的水文比拟法。由于水文手册资料系列仅到1980年，采用资料系列为丰水期，且榆林市地区水文手册未审查，导致计算成果偏大，几种方法计算成果均不一致，难以确定合理的计算成果。

2 现有方法计算设计洪水

本文以绥德县义合镇处防洪工程设计洪水计算为例。义合河流域面积427km2，河道比降为7.1‰，全流域均属黄土丘陵沟壑区，义合镇防洪工程处以上控制流域面积为196km2。义合河流域无水文测站，流域附近水系及水文站布设情况详见图1、表1。

表1 义合河流域附近水文站观测资料系列一览表

由于设计流域内无水文测站，故义合镇防洪工程处设计洪水采用洪峰流量汇水面积相关法、综合参数法、推理公式法和水文比拟法计算。

2.1 洪峰流量汇水面积相关法

洪峰流量汇水面积相关法，计算公式如下：

式中，QN——重现期为N的洪峰流量；

CN、n——重现期为N的地理参数、指数；

F——汇水面积，km2。

根据《榆林地区实用水文手册》，选取参数。计算的设计洪水的参数及成果见表2。

表2 洪峰流量汇水面积相关法计算洪峰流量成果表

2.2 综合参数法

依据《榆林地区实用水文手册》中综合参数法公式计算洪峰流量。计算公式：

式中，QN——设计频率为N的洪峰流量，m3/s；

表3 综合参数法计算洪峰流量成果表

表4 义合镇段设计流域点雨量成果表 单位：mm

表5 推理公式法设计洪水计算成果表

表6 水文站洪峰流量频率计算成果表 单位：m3/s

h6——设计频率为N的设计流域6小时面雨量，mm；

f——流域形状系数，f＝F/L2；

C、α、β、n——经验参数，其中10年一遇C值采用已有值外延求得。

计算设计洪水的参数及成果见表3。

2.3 推理公式法推求设计洪水

义合镇工程末端以上流域面积均为100km2～300km2，根据《榆林地区实用水文手册》规定，设计点暴雨历时取12小时，时段取1小时。按照《榆林地区实用水文手册》中介绍的方法，采用榆林地区实测暴雨洪水资料分析总结的产、汇流规律，分析、确定计算参数，进行产流、汇流计算，推求工程处的设计洪峰流量。计算成果见表4、表5。

2.4 水文比拟法

义合河与岔巴沟同属无定河流域，流域的气候、地形及下垫面情况基本相同，属相似流域，故以岔巴沟曹坪水文站作为参证站，采用水文比拟法计算义合镇段防洪工程处设计洪水。根据曹坪站1959年～2009年共51年洪峰流量系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—2006）推荐的方法，以年最大值法选样，曹坪站洪水系列无调查洪水，按连序系列进行频率分析。用矩法计算统计参数作为初试值，采用皮尔逊—Ⅲ型曲线目估适线，在适线时着重考虑曲线中、上部较大洪水点据。其频率曲线详见图2，统计参数及不同频率洪峰流量计算成果见表6。

根据《榆林地区实用水文手册》，工程处设计洪水按下式计算：

式中，Q设——工程处设计洪峰流量；

Q参——水文站设计洪峰流量；

F设——工程处以上控制流域面积；

F参——水文站控制流域面积，曹坪站控制流域面积为187km2。

工程处设计洪峰流量计算结果如表7。

表7 水文比拟法计算工程处洪峰流量成果表 单位：m3/s

表8为常用的四种方法计算设计洪水成果，从成果中可以看出，几种方法计算相差较大，推理公式法相较水文比拟法成果偏大近一倍。

3 本流域调查洪水资料

义合河流域历史洪水以陕西省水利厅1984年12月整编刊印的《陕西省洪水调查资料》和《榆林地区实用水文手册》为依据，考虑到以上调查洪水资料仅到1980年，本次对近期设计河段大洪水进行了调查，1994年义合镇段发生大洪水。由于调查洪痕点较多，采用水面线推求法计算1994年设计洪水洪峰流量为1850m3/s。义合河流域历史洪水情况见表9。

表8 义合镇段设计洪水计算成果对比表 单位：m3/s

表9 义合河流域历史洪水调查表

3.1 根据本流域调查洪水计算设计洪水

表10 调查洪水计算均值表

表11 义合河工程处设计洪水频率计算成果表

图1 义合河流域及其附近水系及水文站网图

图2 岔巴沟曹坪站洪水频率曲线图

由表3中可知，将1994年、1914年、1926年三场调查洪水重现期进行排位，分别拟定为100年、50年、33年，借用临近曹坪站频率参数（Cv=1.2、Cs=3.0Cv），反推三次大洪水均值分别为303m3/s、307m3/s、326m3/s，三种频率计算求得的洪峰流量均值接近，说明适线效果良好，采用三者平均值作为设计均值，即312m3/s。计算过程见表10。以此均值，结合上述频率参数（Cv=1.2、Cs=3.0Cv），计算设计20年一遇设计洪水洪峰流量为1050m3/s，10年一遇设计洪水洪峰流量为718m3/s。义合河工程处设计洪水计算成果见表10。

3.2 成果对比

采用调查洪水计算的设计洪水成果较推理公式法偏小，略大于水文比拟法计算成果。由于本流域调查洪水资料较为齐全，本次采用调查洪水计算工程处设计洪水，由各已知频率洪水计算均值，采用临近的小流域曹坪站参数计算求得的设计洪水成果合理可靠，是反映了本流域洪水最直接的计算成果，与水文比拟法成果接近。在多种方法计算设计洪水成果相差较大，采用调查洪水计算成果能够合理的确定设计洪水成果。

4 总结

在陕北中小流域无实测资料，收集历史调查洪水成果，并对流域近期大洪水进行详细调查，计算洪峰流量值。对大洪水进行排序，分析确定其重现期，采用临近水文站的频率参数（Cv、Cs/Cv），计算均值，判断拟合情况，最终合理确定流域洪峰流量均值，计算所需重现期设计洪水。该种方法能直观的反映本流域洪水特征，是设计洪水计算方法的很好的一种补充，经本次对绥德县义合镇的计算可以看出，使用效果良好，可以在中小流域推广适用。

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