深圳市小流域河流洪峰流量的量级化分析

邓超联，吴亚杨

(1.深圳市广汇源水利勘测设计有限公司，广东 深圳 518020； 2.国家电投集团广西兴安风电有限公司，广西 桂林 541300)

河流的防洪安全是水务工作的重点，河流洪峰流量计算是水利设计项目的关键一环。在缺乏实测流量资料情况下，水利设计工作中常采用暴雨资料推求设计洪水方法[1- 2]，广东省水利设计主要有综合单位线法、推理公式法和广东省洪峰流量经验公式法[1]。在实际应用中，三种方法所需的数据及计算方法有所差别，综合单位线及推理公式方法需要输入各历时(1/6h、1h、6h、24h、72h)暴雨参数及相关地理参数(流域面积、河长、河道比降)经产汇流理论计算设计洪水，而经验公式方法仅需要24h暴雨参数及相关地理参数通过简单公式计算设计洪水。一般而言，计算参数越多，需要资料则越多。虽能反映流域的地域特性，但由于计算相对复杂，且各参数取值差异性较大，从而导致计算结果的不确定性增大[3- 4]。因此，在具体工程计算中如何选用方法至关重要，使计算成果既简便又符合设计精度要求。

根据《深圳市2016年水务统计手册》[5]统计数据，深圳市集雨面积大于1km2的河流共计310条(如茅洲河、观澜河、龙岗河、坪山河、深圳河)，1～10km2的小河流241条[4](如牛湖水、鹅公岭河、木古河、石溪河)，两者之比为77.7%，小河流占比较大。而小流域设计洪水时，综合单位线及推理公式方法必须量测流域特征指标[6]，如坡降和河长，或需要超短历时(1/6h)暴雨资料，由于工程条件限制或超短历时暴雨资料缺乏，上述两种方法在使用中受到一定程度限制。另外，经验表明，采用综合单位线方法计算小流域洪峰流量结果偏大。按照《广东省暴雨径流使用手册》[3]，除水库工程外，集雨面积小于10km2的其它工程，可采用洪峰流量经验公式。因此，结合实际情况，广东省洪峰流量经验公式是最适合的推算深圳市河流洪峰流量的方法之一，具有广泛性、实用性和便捷性。

因此，文章以深圳市10km2以下的河流为研究对象，利用既与洪峰流量相关性最大又容易获得的计算参数，如集雨面积、降雨量等，开展河流洪峰流量成果的量级化分析研究，从而在验证洪峰流量计算成果合理性方面有直观的判断，并应用于深圳市实际工程设计中。

1 设计洪水计算方法

1.1 原理

《广东省洪峰流量经验公式》的计算方法适用于除水库工程外、集雨面积小于10km2的水利工程，其综合图解试错法和最小二乘法确定参数[3- 4]。其形式有两种，一种引入参数θ=L/J1/3反映河流的汇流因素[4][7]的形式，见公式(1)和(2)，另一种考虑较难量取河长L及河流平均坡降J时选用的形式，见公式(3)。

C1洪峰经验公式：

QP=C1H24PF0.84/θ0.15

(1)

θ=L/J1/3

(2)

C2洪峰经验公式：

QP=C2H24PF0.84

(3)

式中，QP—洪峰流量，m3/s；C1、C2—随频率而异；H24P—相应频率24h暴雨值，mm；F—集雨面积，km2；θ—河流的汇流因素；L—河流长度，km；J—河流平均坡降。考虑小型工程对流域特征值中的河长L—河流平均坡降J值资料难以量取，为计算简便，常采用公式C2，故文章计算洪峰流量时采用C2公式。

表1 广东省洪峰经验公式C1、C2随频率的取值

一般情况下，当集水区域内中小型水库控制面积超过本工程集水面积15%时，必须考虑洪水的地区组成[3]。在实际工作中为偏安全考虑可忽略水库调蓄能力不进行洪水组合，一方面深圳市小型水库众多，64座小(1)型水库和83座小(2)型水库，水库的调蓄能力不高；另一方面深圳市水库下游和河流周边的区域人口密集，防洪压力大，工程设计时较多偏安全考虑。因此，文章计算河流洪峰流量时不考虑洪水组成工况，按天然情况进行计算。

1.2 计算步骤

(1)计算流域集雨面积值F。利用地形图勾画河流各断面以上的流域面积，当F<10km2时，可采用C2洪峰经验公式。

(2)推算相应频率24h暴雨值H24P。分析河流附近满足“三性”(代表性、可靠性和一致性)的雨量站获得24h暴雨均值H24和变差系数CV；若无，则参考其所属的9大流域雨量成果资料。利用CS=3.5CV，求得模比系数KP，即可求得H24P=H24KP。

(3)模拟洪峰流量QP。将F值、H24P值和表1中C2取值代入公式(3)，则可求得河流的洪峰流量值。

2 暴雨资料数据分析

深圳市水务部门向来重视水文资料的编印，《深圳市水文资料年鉴》汇编了33个雨量站点资料，政府和相关企事业单位在2005年、2014年和2016前后相继汇编了《深圳市防洪(潮)规划报告(修编)(2002～2020年)》[8](以下简称《2004年防洪潮》)、《深圳市防洪潮规划修编及河道整治规划 河道整治规划报告(2014～2020)》[9](以下简称《2014年防洪潮》)和《深圳市排水(雨水)防涝综合规划(全市简本)》[11](以下简称《2015年排水防涝》)。两个防洪潮成果列出了深圳市5大流域的点雨量均值H24和变差系数Cv，《2015年排水防涝》成果提出了9大流域的H24P，见表2[8- 10]。

由于文章拟将雨量资料应用于集雨面积小于10km2的河流，故设计雨量不需作点面折减[3]。《2014年防洪潮》和《2015年排水防涝》汇编时间相近，通过比较其成果，两者相差不超过6%，差异较小，且由于《2015年排水防涝》包括更多流域成果，为保持一致性，文章引用《2015年排水防涝》的H24P设计雨量值。从表2可看出，深圳市东部的大鹏湾水系、大亚湾水系和深圳河流域的年最大24h设计雨量值较其它流域大。

3 方法应用

以深圳市集雨面积小于1km2和1～10km2的小流域河流作为研究对象，结合已有的流域设计雨量成果，利用广东省洪峰经验公式计算其河流洪峰流量，从而获得深圳市9大流域相应面积范围的河流洪峰流量量级化数据。

3.1 研究对象

在河流集雨面积F<10km2范围内，根据深圳市官方统计成果划分多个流域不同面积河流。深圳市各大流域的河流数量分布见表3。

表3 深圳市各流域河流数量分布 单位：km2

注：深圳市对集雨面积F<1km2的河流数量未统一，因此文章未列出。

表2 深圳市各流域年最大24h设计雨量H24P成果表

注：《2014年防洪潮》成果采用《广东省暴雨参数等值线图》[11]查算成果。

3.2 洪峰流量计算

将表1的C2、表2的H24P代入公式(3)，流域面积按1、5、10km2划分计算，结果详见表4。深圳市小流域的防洪标准大部分为20年一遇～50年一遇，由表4可看出深圳市小流域河流洪峰流量值的量级化分布，当防洪标准为50年一遇时，流域面积小于1km2的河流洪峰流量小于25m3/s，1～5km2的河流洪峰流量小于96m3/s，5～10km2的河流洪峰流量小于172m3/s。

将表2各流域的H24P取算术平均值得出深圳市的H24P，集雨面积从0～10km2范围内按递增1km2划分，代入公式(3)计算得到深圳市小流域河流洪峰流量随面积递增的变化，如图1所示。集雨面积1km2以下的河流遭遇5年一遇洪水时其洪峰流量接近10m3/s，集雨面积10km2以下的河流遭遇5年一遇洪水时其洪峰流量接近70m3/s。

表4 深圳市各流域河流洪峰流量值

图1 深圳市小流域河流不同流域面积相应频率的洪峰流量变化图

4 结语

在小流域河流洪峰流量简化计算、精度满足要求工作的背景下，文章利用广东省洪峰经验公式方法，对深圳市小流域河流的洪峰流量数据进行模拟，可为集雨面积小于10km2的工程提供参考。文章引用的各流域雨量资料为官方汇编、通过评审的参考资料，且对年份相近的成果进行比较，两者相差小，引用成果合理可靠。分析对象涵盖了市各流域，流域面积范围1～10km2以及防洪标准5～100年一遇各种情况。研究结果普适性较强，可应用于市各个小流域河流的洪峰流量设计。

此外，“河长制”的推行，由各级党政主要负责人担任河长，实地跟踪督察，统筹抓好河流整治提升工作，协调各方解决复杂水问题。文章提出深圳市各流域河流洪峰流量成果的量级化数据，可作为各方现场实地讨论分析问题的初判指导，在检验洪峰计算结果合理性上提供直观的判断与理论依据，为后续的防洪减灾水利工程设计提供参考。一般情况下，工程设计采用的雨量资料应自行收集、统计附近雨量站系列数据，经过“三性”分析，并与以往成果进行比较最后确定。受数据可获取性的限制，文章未进行不同流域各雨量站雨量系列资料统计分析，需在未来进一步探讨。

[1] 牟萍, 袁明道, 曾锦辉. 广东省小型水库防洪标准复核的有关问题[J]. 水利规划与设计, 2013(09): 22- 23.

[2] 周健. 中小河流治理规划设计基本思路与要点[J]. 水利规划与设计, 2012(05): 6- 7.

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[4] 广东省水利电力局. 广东省洪峰流量经验公式[R]. 广东省水利电力局, 1977: 2- 4.

[5] 深圳市水务局. 深圳市2016年水务统计手册[R]. 深圳市水务局, 2016: 21- 35.

[6] 王国安, 贺顺德, 李超群, 等. 论广东省综合单位线的基本原理和适用条件[J]. 人民黄河, 2011(03): 15- 18.

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[8] 深圳市水务局, 深圳市水利规划设计院. 深圳市防洪(潮)规划报告(修编)(2002～2020年)[R]. 深圳市水务局, 2005.

[9] 深圳市水务局. 深圳市防洪潮规划修编及河道整治规划 河道整治规划报告(2014～2020年)[R]. 深圳市水务局, 2014: 9- 10.

[10] 深圳市规划和国土资源委员会, 深圳市水务局, 深圳市城市规划设计研究院有限公司, 等. 深圳市排水(雨水)防涝综合规划(全市简本)[R]. 深圳市规划和国土资源委员会, 2015: 5- 6.

[11] 广东省水文局. 广东省暴雨参数等值线图[M]. 广州: 广东省水文局, 2003.