无资料地区设计洪水计算成果合理性探析

刘惠敏，胡昊

无资料地区设计洪水计算成果合理性探析

刘惠敏1，胡昊2

（1.广东河海工程咨询有限公司，广东 广州 510610；2.广东珠荣工程设计有限公司，广东 广州 510610）

设计洪水是无资料地区推算洪水水位、洪水水量等参数的基础，其一般采用正常经验公式的方法，结合高精度的计算模型（例如DEM分布式模型），对洪水水位等参数的计算结果进行精确对比分析，并结合设计流域、相似流域进行成果综合性对比分析，对其合理性进行研究。以某地区河流流域为研究对象，根据水系特点、当地降水量等特征，针对洪水的特性采用流域内比拟法设计洪水，最后对计算结果的合理性进行了探析，供相关专业技术人员参考。

无资料地区；设计洪水；计算成果；合理性

水文现象具有显著的地区特性，不同地区的水位特性差异化明显，如果在相似地理环境下，某几个的水域环境会发生相同规律的变化与发展，具有动态的协调性特征。

在研究流域设计洪水计算结果合理性的过程中，应选取相似的流域，称作参证流域或者相似流域。所采用的流域比拟法结合流域间各动态参数的相似性特征，并将相似流域的各种水文资料用在目标研究流域中，弥补无材料地区洪水水位设计存在的缺点。鉴于此，通过选用流域比拟法推算求得无资料地区设计洪水计算结构的合理性，如设计洪水和设计流量等。

1 地理概况描述

某流域为二级支流，发源于秦岭主脊，整体水系呈羽状分布，流向为自西向东，最后排入都井沟口，先后经过水层沟等再汇入邻近的流域，此流域位于秦岭的中低部山区，山高路窄，流域面积达到101.2 km2，平均的地势坡度达到了0.28°，且河网流域的密度达到2.3 km2。此流域内含有水库一座，水库的坝址上流域的面积为80 km2。

此流域主要由上游半山区降雨形成，同时洪水的水位在暴涨的过程中，洪峰历时短，且洪峰多为单峰型，且峰型较尖。在此流域内，发生过最大的洪水量的年份主要在1965年、1988年和1994年，且1965年发生的洪水最大，洪峰洪量位流为466 m3/s，第二大洪水的洪峰流量为348 m3/s。

2 流域比拟法设计洪水

针对某地区不同频率的设计洪水，对水文站资料进行分析，推求对应的设计断面处设计洪水量，设计的公式如表1所示。

表1 CV、CS/CV及洪峰流量数据对比

某流域水文站均值CVCS/CV洪峰流量 P=1%P=2%P=3.33%P=5% 53.1 m3/s1.95 m3/s2.25514.94 m3/s394.28 m3/s309.98 m3/s246.71 m3/s

设计断面处的设计洪水数值的推算公式如下：

=参×参（1）

式（1）中：为设计站的洪峰的流量值；参为参证站的洪峰流量值；为设计站的控制集水面积，由实际的调研结果显示，古路板画的集水面积为1 260 km2；参为参证站控制集的水域面积，其中集水面积可以达到620 km2；为对应的面积指数，取值一般设置为0.67。

将以上设计值代入到对应的流域比拟法计算应用公式中，根据已有的公式计算得到某洪水测量站所测得的50年一遇防洪（=2%）的标准为对应的洪水设计洪峰流量的防洪为=634 m3/s；而30年一遇的测洪（=3.33%）的标准为对应设计洪峰流量的测洪值为=499 m3/s，20年一遇的测洪的标准为对应设计洪峰流量的测洪值为=396.8 m3/s。

由流量的计算公式可知，曼宁经验公式计算如下：

=2/31/2

=（2）

式（2）中：为明渠水流的流速；为糙率；为水力半径，一般可以用平均水深来代替；为坡降，是根据勘察的结果进行有效设定的，根据水流域的上下游的高程点的位置，计算的坡降值为0.001；为整个水域的计算面积。根据水质勘察的结果显示，某水域的水文站住址处主要涉及到的是细沙砂，且河底中有众多的水生植物等，糙率按照相应规范的要求，一般为0.03。

根据实际测得的水域流域的设计洪水及水位的数值，绘制对应面积的关系曲线，从而根据同水位级别的水位流量，绘制对应的水位流量变化曲线图。由绘制出的水位流量曲线图可以查到50一遇的防洪水位下的设计水位值防洪=99.10 m，30年一遇的防洪水位值测洪为98.50 m，计算的最终结果如表2所示。

表2 某水位站设计流量及设计水位计算成果数据表

防洪标准（50年一遇）防洪标准（30年一遇） 设计流量/（m³/s）634499 设计水位/m99.1098.80

3 设计洪水计算成果合理性分析

3.1 应用多种方法开展成果对比分析

利用经验公式进行无资料地区综合区域的洪水水位及水量的计算与设计，结合当地的综合洪水资料，建立有一定依据性的关系方程式，可以收获较少的参数，并能够简化整个计算过程，便于获取有效的计算结果。

从实际推理的关系式上看，可以充分结合等流时线的理论概念，将线性的汇流结果及理论进行分析，并从经验公式中进行合理化推算，利用明确的物理概念，在理论应用上可以得到更为严谨的结果。

此方法的应用是当前小流域暴雨冲刷导致的洪水水位及水量测算的主要应用方法。其次，水文比拟法是通过对相似的流域的洪水资源进行采用，结合研究的目标流域与相似流域的具体参数之间对比分析，进而修正基于高精度修正计算得到的参数的方法；而分布式的水文模型是指在利用高精度DEM建立数据的水文模型过程中，运用新的思路和方法，促进和提升对应数值可靠性。

综上可知，对于不同的计算方法的运用可以利用对应地区的经验公式进行计算，例如水文比拟法、推理公式法等，由于几种对比方法的计算结果显著性差异不大，因此可以结合安全管理的角度，实现对使用成果合理性的分析，从而为分布式水文模型建立过程中的相关水位数值提供相应参考，并对其合理性进一步进行研究。

3.2 与已有的设计成果资料进行有效的对比分析

通过计算，对设计的洪水结果进行有效对比，其中设计的流域利用推理公式法、经验公式法和水文比拟法，得到成果与已有的成果差距不大。通过地区经验公式法可以得到对应水位的值为192，面积比拟法为180，推理公式法为176。因此在整个流域的洪水水位及水量的推算和设计过程中，应注意对关系方程式的选择，一般可以按照实际洪水水位的大小，设计相应的成果资料，并结合实际的水流面积进行相应的计算和分析。

3.3 与相似的相邻领域之间的对比分析

与相近的流域进行对比分析，可以得出相邻流域的洪水水位及流量的对比分析值，此水域内的水文监测站中，通过分析相应水文站的建站类型，可以得出最近10年中历年洪水水位的变化值，其中此流域中的洪水水位最大的值在1957-08-27，其具有不同的重现期，其中洪水量在260 m3/s时，出现过的洪水次数为1次；洪水量在216 m3/s时，出现过的洪水次数为2次；洪水量在160 m3/s时，出现过的洪水次数为5次；洪水量在114 m3/s时，出现过的洪水次数为10次。从统计的结果上进行预估，此流域内的洪水水量及水位不会再增大。

3.4 与新的研究方法、新理论方法的对比分析

针对无资料区域的洪水水位及水量的计算，用综合分析的方法，建立相互利用、相互验证的水文分析原则，不断研究和创新新的研究方法，对比国内外此领域研究应用的现有方法，对SWAT、TOPMODEL等方法进行分析，对比各项计算方法和方式，结合工程实践的内容，对计算的结果进行对比，合理确定最终的计算结果。

本流域的计算成果中，50年一遇的设计洪水流量为634 m3/s，30年一遇的洪水设计流量为499 m3/s，与流域内的上游实际测量的1956年的资料相匹配，与1988年记载的相关数据资料相匹配，由设计流量可以推算出此流域内的防洪标准水位为99.00 m，测洪标准的水位为98.5 m，可以对比看出，两者之间的差距并不大，因此可视为本次设计的成果是合理性的。

4 结束语

对于无资料地区的设计洪水水位及水量的计算可运用多途径、多方法的计算方式，进行综合分析，突出重点，合理运用理念进行对比分析，这样才有利于利用综合性的分析，使计算的结果和设计结果能够更加贴近合理值范围。此外，从数据分析的理论上看，水文参数的测算一般应遵循“三分靠计算、七分靠分析”的原则，因此在无资料水域水文参数的测量与设计的过程中，应保持多种设计方法并用，最终结合相互促进、相互渗透、相互辅助的方式，对多种计算和设计得到的结果进行对比分析、综合性比较以后，可以客观地评价选定结果的准确性。建立对于无资料区域的水域设计水量的计算新理念、新思想，并应用创新性的新模式构建基于传统手段向数字化模型建立的过程，针对小型流域的洪水水位及水量的测量和设计，应首先依据传统的设计和计算方式，结合分布式水文模型或者半分布式的水文模型等新的知识体系、新的研究方法和理论，并结合无资料地区的水文计算方式的创新，开辟更高水平的水文计算途径。

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TV122.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.016

2095－6835（2019）13－0039－02

刘惠敏（1991—），女，河南周口人，研究生，毕业于华北水利水电大学，助理工程师，主要研究方向为水文预报。

〔编辑：严丽琴〕