浅谈多种地形混合的小流域水文水利计算存在问题及对策研究

陈晨

【摘要】：水文水利计算成果是水利规划重要依据之一，直接关系到水利规划的科学合理性。多种地形、下垫面情况混合的小流域水文水利计算中存在较多问题。本文以计算实例，分别计算不同地形、下垫面类型区域的流量过程，并采用多种计算方案进行比选；分析不同时段降雨的关系，并以时段关系为依据，对不同时段、地形、下垫面类型的洪水过程进行错峰相加，得到流域综合流量过程。

【关键词】：水文水利计算 多种地形、下垫面类型混合区 降雨时段 洪水过程

小流域水利规划过程中，经常会遇到多种地形、不同下垫面类型混合的区域，由于不同地形计算中采用的降雨时段不同，不同下垫面类型区域径流系数差异，需要分别计算洪水过程，不同区域距离流域出口的距离也不同，若简单以洪水过程峰值相加，计算流域出口洪水流量，成果往往比实际情况大很多，若以此成果进行工程规划，则工程规模偏大，造成資源浪费。出现成果偏大的原因，是因为水文水利计算一般采用单位线法，并以设计洪水流量过程的峰值，或削峰后的最大值作为设计流量，由于多种地形混合的小流域的特殊性，计算过程中存在较多问题。

一、多种地形混合的小流域水文水利计算中存在的问题

当某小流域中，有山丘区、平原区、圩区，平原区还包含城市建成区等多种地形情况时，水文水利计算中经常会遇到的一些问题：

1、城市建成区、山丘区汇流速度较快，汇流时间短，一般降雨时段采用1d，平原区面积较大情况下，则降雨时段一般选用3d，在同一个流域中，出现两种不同时段降雨，计算流域出口流量时，需要将两种降雨时段计算的洪水流量过程线，按对应时段进行叠加。

2、山丘区与平原区汇流计算一般采用单位线法，由于地形差异，选择的单位线不同，需要分别计算山丘区、平原区流量，圩区一般采用平均排除法计算排涝流量，如果将这几种地形简单叠加作为出口流量，得到的成果经常偏大。

二、水文水利计算中存在问题对策的研究

针对多种地形小流域水文水利计算存在问题，经分析研究，提出相应对策，本文以江苏省泗洪县睢汴河流域为例，对问题相应解决办法做具体介绍。

1、流域概况

濉河、老汴河位于泗洪县境内，自青阳西闸起，承接上游睢北河、拦山河来水，至青阳镇城隍庙处分流，部分向南流入老汴河，汇入洪泽湖；其余向东经濉河入洪泽湖。濉汴河流域地形复杂，范围内山丘、平原、圩区并存。濉汴河流域总面积774.0km?，其中山丘区面积109.4km?，平原区（不含城市建成区）面积333.5km?，圩区面积290.5km?，城区面积40.6km?，濉河、老汴河交汇点以上（以下称“分流点”）流域面积179.3km?，濉河、老汴河不承担流域以外区域排水任务。

2、技术路线

根据流域的地形地貌，采用瞬时单位线法，根据《江苏省暴雨参数图集》（以下简称“图集”）提供的参数，计算设计流量。通过建立一维河网数学模型，利用洪泽湖水位作为边界条件，计算濉河、老汴河分流比及各节点水位、流量。

（1）流域最大3d、最大1d暴雨关系分析

收集流域多个雨量站年最大3d、1d降雨资料，分析年最大3d暴雨与最大1d暴雨关系。分析计算结果表明，近70%最大1d降雨包含于最大3d降雨中，且最大1d降雨雨量约占最大3d雨量70%～90%。据分析，濉汴河流域最大1d降雨起始时段在最大3d降雨时段的第6个时段，以此为依据，将流量过程线错开洪水峰值进行叠加。

（2）汇流计算

本流域城区、圩区、山丘区及平原区在内混合区设计流量，按如下两种方法进行计算。

1）方法一

①城区采用瞬时单位线法，采用24h降雨2h单位线，计算城区总汇水设计洪水过程。在计算分段流量时，按该河段城区面积占总城区面积比例，缩放流量过程。

②平原区与山丘区汇流计算。第一步，将其中的山丘区按照山丘区、平原区分别按3d降雨，瞬时单位线法推求流量过程，削峰后计算流量差值；第二步，该片汇水面积全部作为平原区求出设计流量；第三步，用平原区计算结果加上山丘区和平原区流量差值，得到混合区设计流量。

③圩区采用平均排除法计算排涝流量，直接加入混合区。

④组合叠加。按照24h降雨在3d降雨中的位置关系，将城区流量过程，与混合区3d雨型分配中最大24h所在时段进行叠加，再加上圩区排涝流量，得到该片不同频率设计流量。

2）方法二

按照降雨时段及洪水传播时间关系，将流量过程错峰相加，得到流域出口流量过程。城区、圩区汇流计算同方法一。

①山丘区采用24h降雨2h单位线计算流量过程。考虑水库调蓄作用进行削峰，根据水库自身的汇水面积和所在流域的集水面积，计算水库对洪水峰值的调节作用。设水库的综合调节系数为Kk=0.5，调整后的最大洪峰流量为Q=KuQ。Ku=1-（1-Kk）Fk/F；其中：Fk为小水库汇流面积；F为山丘区总汇流面积。

②平原区按3d降雨计算流量过程，并削峰后按面积比列进行缩放，得各分片流量过程。

③组合叠加。分析分流点以上山丘区与城区洪水从分流点传播到老汴河闸、濉河闸所需时间。根据河道洪水传播时间，将城区、分流点以上山丘区来水过程，与平原区及分流点以下山丘区流量过程错峰叠加。再加上圩区排涝流量，得河道设计流量。

3、计算成果及分析

由表可见方法一计算结果比方法二小，10年一遇小150.1m?/s，20年一遇小165.5m?/s。从偏安全考虑，取方法二成果。

表 流域设计流量成果

图 老汴河10年一遇流量错峰相加图（方法二）

三、结语

多种地形、下垫面类型混合的小流域，影响水文水利计算成果因素众多，情况复杂。工作过程中，我们不断研究并总结经验，寻求简便、成果合理的的计算方法，但是目前还没有统一和普遍适用的方法。加强对复杂地形规划区水文水利计算方法的研究，对保证水文水利计算成果的合理性，工程规划科学性非常重要。

参考文献

[1]叶守泽.水文水利计算[M].北京：中国水利水电出版社 1992.

[2]钱正英.中国水利[M].北京：水利电力出版社.1991.

[3]徐乾清.中国水利百科全书[M].第二版。北京：中国水利水电出版社.2004.