瞬时单位线法在移民安置洪水分析中的应用

杨碧波

（陕西省商洛水文水资源勘测局，陕西商洛726000）

瞬时单位线法在移民安置洪水分析中的应用

杨碧波

（陕西省商洛水文水资源勘测局，陕西商洛726000）

移民安置是解决贫困群众脱贫的重要举措，移民安置点洪水分析评价是保证避灾移民搬迁安置工程安全的重要保障。针对商洛境内洪水的特点，采用临近武关水文的雨量资料，用瞬时单位线法推求安置点相应设计洪水、洪量、洪水持续时间，对安置点自身安全、河道行洪、第三方等进行分析评价得出结论。商南县清油河镇清油河村安置点所采用的设计标高合理、可靠、是安全的，用瞬时单位线法计算结果可作为确定商南县清油河镇清油河村安置点设计洪水分析参考成果。

瞬时单位线；暴雨；设计洪水；分析

移民安置是解决贫困群众脱贫的重要举措，移民安置点洪水分析评价是保证避灾移民搬迁安置工程安全的重要保障。通过承担商南县清油河镇清油河村安置点的防洪评价工作，从实际踏勘、测量、计算，完成对本安置点的洪水分析与评价。依据防洪标准进行洪水计算过程中，分别使用经验公式法、推理公式法、水文比拟法进行洪峰流量计算，这些方法共同的特点是，只反映洪峰流量大小对工程的影响，没有定量反映出洪水过程及洪水持续时间对工程安全的影响。瞬时单位线法通过建立流域模型用数学公式、S(Q)曲线不仅推求出洪峰流量大小，而且对洪量和洪水持续时间进行定量分析，通过对洪水三要素的定量分析对安置点自身安全、河道行洪、第三方等进行评价。

1 概况

商南县清油河镇清油河村安置点，位于清油河左岸，预计安置群众30户，114人，占地面积27.0亩，沿河方向长约720m，宽约25m。建设清油河镇清油河村河东安置点，是清油河镇城镇化发展建设的迫切需求。根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-2013）规定，本安置点防护区总人口小于20万人，耕地面积均不足30万亩，安置点防护区的等级为Ⅳ级，即采用20年防洪标准（重现期）进行设计。

2 瞬时单位线法

瞬时单位线法是净雨历时趋于无限小的情况下，利用数学公式、S(Q)曲线等，推求流域上均匀分布的单位净雨量在流域出口断面处形成的地面径流量过程线，由暴雨资料推求流量过程的一种方法，是应用水文学中最基本的分析工具之一，是无水文资料地区推求设计洪水的重要方法之一。

2.1 瞬时单位线法原理

瞬时单位线法的原理是采用纳希瞬时单位线模型，单位线有两个假定即倍比假定、叠加假定，其基本公式是：

式中：U(0，t)为t时刻瞬时单位线纵高；n为相当于线性水库个数或调解次数；为K为相当于流域汇流时间的参数；t为相应时间;Γ（）

n-n的伽玛函数。在实际中，因净雨历时不可能趋于无线小，需将瞬时单位线转换为时段单位线，一般用S曲线法进行转换，如下式。

将S（t）曲线移后△t，则两条S曲线的纵高差值除以△t，就是计算时段为△t的单位线，其算式如下。只要求出n、k，查S（t）曲线，可求得单位线q(△t,t)。瞬时单位线的n、k参数，用矩法计算求得。

2.2 瞬时单位线法优点

瞬时单位线法推求设计洪水与汇水面积法、综合参数法和推理公式法相比，优点是该方法是建立起流域模型，模拟出设计标准下的洪水过程，不仅求出了设计洪峰流量而且推出了设计洪水总量及设计洪水持续的时间，而其他三种方法只是求出了设计洪峰流量。对于移民安置点项目来说，推算出设计标准洪水的三要素可对以后的项目区建设提供较为科学的数据支撑，更加为评价工程安全及防汛采取措施提供全面支撑。瞬时单位线法计算的核心是净雨的推求，净雨推求的关键是找一个恰当的参证雨量站，随着中小河流水文监测系统的建设，雨量站站点密度增加很多，为该方法的使用提供了必要的硬件支撑，是今后无水文资料地区洪水分析的重要方法之一。

3 瞬时单位线法的应用

3.1 参证站资料的三性分析

3.1.1 资料的可靠性分析

本次暴雨量设计采用了流域中心附近站武关站的雨量资料，武关水文站为省级重要水文站。该站按照国家及行业颁布的技术规范和陕西省水文局下达的《测站任务书》进行资料观测,其资料经武关水文站整编,商洛水文局审查,陕西省复审,长江流域机构汇编刊印，因此所选用的资料是可靠的。

3.1.2 资料的一致性分析

武关水文站雨量观测设施自设立以来，位置一直固定，资料系列一致性好。

3.1.3 资料系列代表性分析

武关站有1959-2015年的57年的实测雨量资料，在样本数量上具有一定的代表性。

3.2 设计洪水推算

清油河镇清油河村河东安置点所在区域属于无水文资料地区，本次采用临近的武关水文站实测雨量资料，用频率法推求设计暴雨，按《商洛地区实用水文手册》地区综合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）来推求暴雨的时程分配，按蓄满产流方式进行产流计算，用初损后损法推求地面设计净雨推求地面设计净雨过程，根据安置点流域面积，比降和相关参数，利用S曲线将瞬时单位线转换为1小时的时段单位线的汇流计算实现由降雨推求设计洪水过程，从而对项目所在地的安全风险进行评估。

3.2.1 推求设计面暴雨

武关雨量站位于本流域中心附近，以武关站为参证站，根据武关站1959-2015年57年的雨量资料，分别统计其历时为1小时、3小时、6小时、12小时和24小时时段内最大点降雨量，用频率法推求20年一遇的设计暴雨量，见下表3.1。在设计点暴雨确定后，由点面系数公式将点雨量换算成面雨量，换算结果见表1。

表1 在各时段下相应频率的点雨量（单位：mm）

3.3.2 设计面雨量的时程分配

根据商洛地区水文手册，按地区综合概化成典型雨型（用百分比表示）来推求暴雨的时程分配。流域面积大于100 km2的流域选用24小时的设计暴雨时程分配雨型求其时段降雨量。

3.3.3 时段净雨推求

由暴雨推求设计洪水，首先假定设计暴雨与设计洪水是同频率的。根据我区水文气象、地质地貌、下垫面等因素确定产流方式为蓄满产流。①清油河安置点处于长江流域前期影响雨量Pa=2/3Im=53.3 mm,土壤最大蓄水量Im=80.0 mm；②初损量的计算：P初损=Im/3=26.7 mm，根据商洛地区实际，在推流中采用一次扣除的方法，即蓄满产流的概念，当本降雨加上设计情况下Pa达到Im时，全部为损失，然后所有雨量则全面产生径流；的因此按蓄满产流方式计算设计过程的净雨过程。③扣除潜流量，商洛地区潜流量占产流总量的20%，潜流量的计算右产流总量乘以潜流所占的百分比除以产流时段所得。④地面净雨过程：从各时段的地面净雨量中，分别扣除初损和潜流量逐时段扣除得到地面净雨过程。

3.3.4 推求设计洪水

（1）根据《商洛地区水文手册》，结合清油河安置点流域面积、比降和地区综合参数确定m1,m2。

①造峰雨历时tp确定，公式如下：

式中：F为流域面积（km2）;为主河道平均比降（‰），取整后求得tp是5小时。

②造峰平均雨强确定，公式如下：ip=htp/tp=17.1 mm/小时

③m1和m2的确定，公式如下：

（2）计算n、k值,公式如下：n=1/m2=1.74，

（3）用S（t）曲线将瞬时单位线转化成1毫米的1小时的时段单位线

由n值在商洛地区水文手册S（t）曲线表中查出不同t/k所相应的S（t）值，并按t=t/k×k，求出t值，以0为起始时间，S（t）为纵坐标，t为横坐标做出S（t）曲线，见图1。根据S（t）曲线，每隔1小时读取一个S（t）值，生成一列S（t）值；将S（t）值错后一个△t值得出另一列S（t）值；同一时间t的S（t）值相减即为1小时无因此单位线。按Q=1×F/3.6△t,求出总量为1毫米的1小时单位线。

（4）设计洪水过程

图1 清油河村安置点20年一遇时段单位线S(t)曲线图

时段单位线分别乘以各时段的净雨量，按错开一个时段相叠加，得地面径流过程，计算出各时段的潜流量，基流量与地面径流过程相加，即为设计洪水过程，见图2。经计算，本工程区20年一遇设计洪峰流量为970 m3/s。洪水总量约2029万m3，洪水持续时间约15小时。

4 设计洪水分析评价

图2 清油河村安置点20年一遇设计洪水过程线图

采用瞬时单位线不仅能计算出洪峰流量，而且能得到洪水总量和洪水持续时间，对分析工程安全有重要指导作用。

4.1 洪峰流量

洪峰流量反映出本工程设计洪水位高度。依据洪水演算推求设计水面线，确定工程安全标高。分析工程安全性。根据本工程的设计洪峰流量，经演算得到了设计洪水位，考虑设计标高，与设计地面高程比较（见表1），可以看出商南县清油河镇清油河村安置点所采用的设计标高合理、可靠考虑、是安全的。

4.2 洪水总量

洪水总量反映河槽蓄水量，洪量大小也威胁堤防及护岸的安全，护岸工程受洪水长时间侵泡易造成垮塌，需要根据洪水侵泡情况采取护岸加固方法。本工程20年一遇设计洪量达到2029万m3，为确保护岸不垮塌，不影响第三方和河道现有堤防安全提出对护岸加固选材提出建议，需采用耐浸泡不易造成坍塌的M7.5浆砌石护坡。

4.3 洪水持续时间

洪水持续时间决定防洪的物资准备、人员调遣等。本工程20年一遇设计洪水持续时间为15小时，在防汛方面需要做好防汛物资准备和人员调遣方面的工作，防汛应急照明需要满足15小时，防汛人员按每班8小时需要2班人员参与防汛抢险工作。

表1 商南县清油河镇清油河村安置点设计高程复核表

5 结语

移民安置点设计洪水分析的重点是设计洪水的推求，本次用瞬时单位线法推求洪水，既得到了洪峰流量，又得到了洪量、洪水持续时间，确定的设计洪水、洪水位、洪水时间等，为评价行洪安全、第三方安全以及自身防洪安全提供科学依据。经综合分析评价，可以看出商南县清油河镇清油河村安置点所采用的设计标高合理、可靠、是安全的；护岸加固需采用耐浸泡不易造成坍塌的M7.5浆砌石护坡；防汛抢险时应备足防汛物资，防汛人员应安排2班人员等。用瞬时单位线法计算结果可作为确定商南县清油河镇清油河村安置点设计洪水分析参考成果。随着中小河流水文监测系统的建设，雨量站站点密度增加很多，为该方法的使用提供了必要的硬件支撑，该方法建立水文模型，具有较高的技术含量，值得在今后无水文资料地区洪水分析中应用。

Application of Instantaneous Unit Line Method in Resettlement Flood Analysis

Yang Bibo
（Shaanxi Province ShangluoHydrologyand Water Resources SurveyBureau Shangluo726000,Shaanxi）

Resettlement is an important measure to solve the poverty alleviation of poverty-stricken people.The analysis and evaluation of the resettlement sites is an important guarantee toensure the safety of evacuation and resettlement.According tothe characteristics of the flood in Shangluo,Using the rainwater data near Wu Guan hydrological data,the instantaneous unit line method is used to calculate the corresponding design flood,flood volume,flood duration,then analyzes and evaluates the safety ofthe settlements,river floods,third parties and get the conclution.The design standard of Qingyouhe Village,Qingyouhe Village,Qingnanhe Town,Shangnan County is reasonable,reliable and safe.The result of calculation method with instantaneous unit line method can be used as the result of the design of flood analysis of Qingyouhe Village,Qingyouhe Town, Shangnan County.

The instantaneous unit line method,the rainstorm,the design flood and toanalyze

TV122

B

1673-9000（2017）04-0006-02

2017-06-01

杨碧波（1982-），女，陕西蓝田人，工程师，主要从事水文水利计算，水资源评价等工作。