无资料地区混合地貌流域设计洪峰流量计算探讨

惠 蕾，霍 磊，马永胜

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

无资料地区混合地貌流域设计洪峰流量计算探讨

惠 蕾，霍 磊，马永胜

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

目前无资料地区多采用经验公式法或根据暴雨资料推求设计洪水，这些方法的参数或公式多是根据单一下垫面情况分区建立的，对于混合型地貌并不能完全套用。由于所依据资料的可靠程度不同，各方法计算的洪水成果差异也较大，使得无资料混合地貌流域洪水参数选取及洪水量级更难确定。以南川河为例对无资料地区复杂地貌流域的设计洪峰流量计算进行探讨，分析结果表明：根据下垫面情况将流域分为黄土丘陵沟壑区和黄土林区两部分，分别按经验公式法、推理公式法推求各分区设计洪水并进行叠加计算，这样推求的洪峰流量成果更符合流域实际。

无资料地区；黄土丘陵沟壑区；稍林区；设计洪水

20世纪80年代，各省、市、自治区进行了水文调查和研究，制订了相应的《水文图集》、《水文手册》、《暴雨洪水查算手册》，为无资料地区进行简单的水文计算提供了依据，但同时也存在一定局限性。目前无资料地区多采用经验公式法或根据暴雨资料推求设计洪水，这两种方法的参数或公式是根据单一下垫面情况分区建立的，对于混合型地貌并不能完全套用。流域的水文、气象、地形地貌和土壤植被等水文因素的不同致使各流域洪水具有不同特点，尤其对于无资料地区混合地貌流域，其洪水参数选取及洪水量级更难确定。本文结合工程实例，以陕北地区延河流域南川河为例,对类似下垫面情况较复杂的无资料地区流域洪水计算进行了初步探讨。

1 问题的提出

南川河是延河一级支流，发源于延安市宝塔区西南崂山北麓寨子沟一带，自西向东北流经万花山、柳林两乡，在延安市宝塔区东关桥下约100 m处汇入延河,流域面积430 km2，河长29.1 km，河道平均比降9.6‰，主沟长24.9 km。流域大部分地区为黄土丘陵沟壑区，另有部分地区为黄土林区，植被条件较好，为天然稍林区。其中非林区面积为232.2 km2,占南川河面积432.5 km2的53.7%。

南川河流域无实测洪水资料，本文采用间接的方法，即水文比拟法、经验公式法和推理公式法推求设计洪峰流量。流域附近的水文观测站有西川河枣园站（F=719 km2），西川河与南川河同为延河右岸支流，本次选择枣园站为水文比拟法的参证站。传统的计算方法不进行分区，据《延安地区实用水文手册》[1]，按照黄土丘陵沟壑区分别采用洪峰流量汇水面积相关法、综合参数法和推理公式法计算南川河流域设计洪水，50年一遇洪峰流量分别为 1737 m3/s、1164 m3/s、1624 m3/s、1710 m3/s。

自1957年开始，黄委会、延安地区水利局及陕西省水文总站等单位曾先后对延河干、支流进行过洪水调查工作，1984年陕西省水利厅对原调查成果又进行了重新复核、整编刊印。南川河1960年曾发生过一次洪水，据实地走访调查，当地群众反映该年水大，1960年洪水位为实测值，洪峰流量852 m3/s，评价较可靠。据调查，其洪水重现期约为50年一遇。

用调查洪水对以上计算成果合理性进行验证：从表1可以看出，上述三种方法推求的50年一遇洪峰流量为与调查洪水成果相差较大，造成误差可能是计算方法或计算参数的选取不当。从流域特征上进行定性分析，南川河流域属于混合地貌类型，黄土丘陵沟壑区、黄土林区几乎各占流域面积的一半；西川河枣园以上流域仅右岸小部分为疏林、草灌，多为黄土丘陵沟壑区；丘陵沟壑区黄土层深厚，植被差，土壤的蓄水能力差，因而产流大，而黄土林区植被好，截流大，产流小，产生的洪水也小，故丘陵沟壑区的洪峰模数较黄土林区会大很多，因此用枣园站作为参证站计算南川河洪水会偏大。同理，用经验公式法计算南川河流域洪水时，若按照黄土丘陵沟壑区计算设计洪峰流量，显然偏大，而按照黄土林区计算，设计成果则会偏小，本次根据南川河流域的特点，将流域面积划分为两部分：中上游为黄土林区，下游为黄土丘陵沟壑区，分别计算各分区设计洪峰流量，最后综合分析、确定合理成果。

2 设计洪峰流量推求

2.1 经验公式法

由于流域地形、地貌及植被土壤条件不是由单一因素组成，故分别按《延安地区实用水文手册》[1]丘陵沟壑区（丘陵沟壑Ⅱ区）、黄土林区计算，求二者平均值作为设计值，成果见表1。

表1 南川河经验公式计算设计洪水成果表

2.2 推理公式法

推理公式基本公式为：

式中：Qm为洪峰流量（m3/s）；τ为流域汇流时间（h）；h为在全面汇流时代表相应于τ时段最大净雨，在部分汇流时代表单一洪峰的净雨（mm）；m为经验性汇流参数；L为沿主河从出口断面至分水岭的最长距离（km）；F为流域面积（km2）；J为河道平均比降。

丘陵沟壑区黄土层深厚，植被差，地下水埋藏深，包气带不可能达到饱和，其产流方式为“超渗产流”与黄土林区不同，故分别按丘陵沟壑区、黄土林区推求净雨过程，叠加后得到全流域净雨过程，再综合考虑汇流参数进行汇流计算。

2.2.1 流域暴雨量计算

表2 南川河流域暴雨量计算成果表

根据《延安地区实用水文手册》[1]，并参考《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》[2]，查算 1、3、6、12、24 小时暴雨统计参数，计算不同频率暴雨量见表2，根据《延安实用水文手册》[1]中24小时暴雨概化雨型进行分配，得到面降雨过程。

2.2.2 产流计算

由于流域处于黄土丘陵沟壑区向梢林区过渡地带，故采用黄土丘陵沟壑区与黄土林区两种产流方式进行计算，取两种计算成果均值作为产流计算设计值。

按丘陵沟壑区产流计算，不同频率净雨深为：p=2%，h=32.1 mm；p=3.33%，h=24.5 mm。

按黄土林区产流计算，p=2%，h=4.4 mm；p=3.33%，h=3.6 mm。

南川河设计净雨量采用丘陵沟壑区及黄土林区两种方法计算结果均值：p=2%，h=18.2 mm；p=3.33%，h=14.1 mm。2.2.3 汇流计算

依《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）[3]由流域特征参数查算汇流参数m值。

南川河流域特征参数θ=L/J1/3=137，流域地处西北半干旱黄土地区，即下垫面条件属Ⅰ类地区，故m值可取Ⅰ类地区上限2.2。

依上述计算结果代入推理公式，通过点绘Qm～τ与Qm～t曲线，两曲线的交点即为所求的设计洪峰流量和汇流历时，其结果如下：p=2%，Qm=940 m3/s，τ=1.77 h，p=3.33%，Qm=725 m3/s，τ=1.93 h。

3 设计洪水成果评价

3.1 与历史调查洪水比较

表3 南川河设计洪水成果表

从表3可看出，三种方法推求的50年一遇洪峰流量为与调查洪水成果（洪峰流量852 m3/s）相差不大，说明三种方法计算成果是合理的。推理公式法和洪峰流量汇水面积相关法成果相当，推理公式法成果与调查洪水成果更为接近，且偏安全，利于工程设计建设，因此推荐采用推理公式法成果。

3.2 从地区分布规律分析

南川河邻近流域50年一遇设计洪水成果表见表4。

表4 南川河邻近流域50年一遇设计洪水成果表

将邻近流域50年一遇洪水与面积汇在双对数图上，呈带状分布，见图1，洪水成果与邻近流域较协调；枣园站偏离点据群较远，与前边分析吻合。从洪峰模数分析，洪峰模数由北向南减少，延河干流断面与西川河枣园、杏子河王瑶水库洪峰模数量级相当，南川河与云岩新市河站位于同一水文分区洪峰模数相当，与我省陕北洪水分布规律一致。综上，南川河洪水成果能与地区洪水成果协调。

图1 南川河邻近流域洪峰～面积综合图

4 结语

进行水文计算时，首先要充分了解流域的水文、气象、地形地貌和土壤植被等自然地理特点，这些水文因素的不同致使各流域洪水规律大不相同。本文结合流域特征综合考虑气候因素及下垫面等因素选取了适合该流域的洪水参数，采用多种方法进行分析比较计算，选择较为合适的计算结果，提高了计算结果精度，为该段河道防洪和渠道建设提供防洪理论依据，为类似复杂地貌流域的工程水文特别是洪水计算提供参考，具有推广价值。

[1]陕西省延安地区水利水土保持局.延安地区实用水文手册[M].1987.11.

[2]陕西省水利水土保持厅.陕西省中小流域设计暴雨洪水图集[M].1983.5.

[3]SL44-2006，水利水电工程设计洪水计算规范[S].

TV122.5

B

1673-9000（2017）05-0025-02

2017-04-06

惠蕾（1986-），女，陕西蓝田人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。