无资料地区设计洪水过程线的推求——以陂下水库为例

王光焰 喻 佳* 刘永孝 徐生武 谢志勇 赵 星

（1、新疆塔里木河管理局，新疆 库尔勒 841000 2、西安理工大学 教育部西北水资源与环境生态重点实验室，陕西 西安 710048 3、陕西沣西新城投资发展有限公司，陕西 咸阳 712000 4、新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆 阿勒泰 836500）

在现有的站网密度条件下，我国绝大多数小流域属于缺乏雨洪资料的情况。当前，小流域设计洪水主要采用经验概化法处理[1]，即从洪水资料中选出实测洪水即从洪水资料中选出实测洪水过程线，分析峰量关系、涨洪时间、峰现时间洪水历时，概化出洪水流量时程分配过程不同频率下的设计洪水过程线可为小流域的防洪规划和当地人民群众的防洪抢险提供重要的技术依据[2-3]。因此，推求小流域的设计洪水具有重要的实际意义和应用价值[4]。

有关设计洪水的基本概念目前有几种不同的解释：

一是指水利水电工程设计所依据的设计标准的洪水，包括洪峰流量、洪水总量和洪水过程线三个组成部分[5]；

二是用正常标准运用的洪水来确定水利工程枢纽的设计洪水位、设计泄洪流量等水工建筑物设计参数，这个标准的洪水就称为设计洪水。

此外，设计洪水还可以理解是具有规定功能的一场特定的洪水其风险率恰好等于设计标准[6]。

常用的推求设计洪水的方法有两种：

一是由暴雨资料推求设计洪水；

二是由流量资料推求设计洪水，前提是要有足够数量和足够观测时间的水文测站。

对小流域来说，往往缺乏实测暴雨资料和流量资料，所以一般用经验公式法、推理公式法、综合单位线法以及水文模型法来推求小流域的设计洪水过程线。

本文以福建长汀濯田河支流上的陂下水库为例，在缺乏实测径流资料的情况下，推求无资料地区的设计洪水过程线。在推理公式推求出洪峰流量的前提下，推求无资料地区设计洪水过程线，本文小流域是用设计洪峰流量Qmp、不同时刻(ti)流量与洪峰流量比例系数(Qi/Qm) 推算对应时刻的设计流量，使设计后洪水过程线的洪峰流量、洪量与已计算的洪峰流量Qmp、洪量W三天p相等[1]，在设计中引入了形状系数γ ，估算出不同γ 下对应的λi=Qi/Qm时间序列，ti一般取整点，单位时段长度∆t 是ti与ti+1 间隔时间，为了准确反映洪水过程线变化，∆t 取定值。具体步骤包括洪水形状系数推求和洪水过程线推求。

1 推求洪水形状系数

推求洪水过程线时需引入洪水形状系数γ 。按照式（1）求解洪水过程线的形状系数。

式中：WP为设计洪水总量；T 为整个洪水历时，本文取80h。QP为代表洪水历史内的平均洪水流量，m3/s；γ 为洪水过程线的形状系数。

设计洪水总量W三天P是根据三天设计暴雨量扣除三天损失总量求得，计算结果见表1。

式中：H三天P为某一频率设计三天暴雨量；f 为三天降水过程平均损失率，采用1.2mm/h；tR为降水历时，本文取为72h。（表1）

表1 设计洪量W 成果表

2 设计洪水过程线的推求

Step1：将各站百年一遇设计洪水过程线的纵坐标Qi换以Qi/Qm，横坐标用时间ti/T 百分比表示，并将各过程线峰顶重合，点绘在方格纸上；

Step2：经修匀调整后，求得各站概化过程线，根据涨水陡，退水缓的特点进行综合，分别建立涨水部分与落水部分的Qi/Qm～γ ～ti/T 关系以供查找；

Step3：通过计算γ 查表得到一组Qi/Qm～γ ～ti/T 值，T 值乘以ti/T 得ti，Qm值乘以Qi/Qm得Qi，即得ti时刻的Qi，将（ti，Qi）点绘在方格纸上，绘制一条光滑曲线（曲线需经过洪峰Qm点），即为设计洪水过程线。

Step4：由于调洪演算需要等时段，所以在上面求出的洪水过程线上读出∆t=2h 的流量，也可进行线性插值，求出所需的过程线，为简化计算，峰现时间=12h。

图1 修正后的陂下水库设计洪水过程线

本文利用推理公式法推求陂下水库六种频率下的设计洪水，严格按照《水利水电工程设计洪水计算规范SDJ22- 79》（试行）和《福建省中小流域设计暴雨洪水图集》）所列基本公式及具体规定进行计算，参数选择合理，且由实测资料可知，p=0.5%下四都河的天然洪峰流量为1820m3/s, 与推理公式计算的结果相差223m3/s，结果为工程规划设计提供重要的参考意义。

3 结论与建议

3.1 综合得到该区域小流域设计洪水过程的形状系数γ大致在0.13～0.16 之间，经过修正后得到陂下水库设计频率为0.01%、0.2%、0.5%、2%、5%、20%共六种情况下的设计洪水过程线，为之后的设计施工提供了参考。

3.2 在推求小流域设计洪水过程线的问题上，今后可以采用多种方法进行对比分析，如可以采用经验公式法和推理公式法同时进行验证，优选出更合适的方法对该流域进行应用，从而使得推理的结果更具可靠性。

3.3 建议加快该区域水文站网的建设，推进气象资料的整理分析，丰富无资料地区设计洪水计算手段，为工程设计提供更加科学可靠的依据。