以朱家庄小流域为例的小流域设计洪水计算方法分析

吴晓文 曹德伟 温新月 宋晓敏 颜景德

（1.山东省水文中心 济南 250002 2.江苏省水利勘测设计研究院有限公司山东分公司 济南 250014）

1 引言

本文选取山东省山丘地区具有雨量、流量观测资料且控制流域面积仅为31.4km2的朱家庄水文站作为研究对象，首先搜集包含朱家庄水文站以上流域范围的30m 精度DEM（数字高程模型），通过ArcGis 中的SWAT 插件对DEM 进行模型分析，提取流域面积及主河道比降等基础的流域特征因素，然后根据2019年朱家庄水文站实测最大24h 雨量资料，采用山东省小型水库洪水核算办法、水文图集洪峰流量公式法、山东省综合瞬时单位线法等共计三种计算方法进行计算，通过各方法的计算成果比较，并与朱家庄水文站2019年实测最大流量成果进行对比，最终分析各计算方法的合理性及准确性，提出同类型流域洪水计算的方法选择建议。

2 基础资料搜集

朱家庄站位于淄博市沂源县沟泉乡朱家庄村，于1968年7月设站，1999—2015年停测，位于沂河支流高村河（又名田庄河）上游，该河发源于狼窝山北麓、天门顶东侧，东北向流入田庄水库，河长22km，汇水面积52.4km2。水文站以上流域面积31.4km2，水文站以上河道干流比降为0.00826。流域范围内有3 座小（2）型水库，分别为曹家庄水库，控制流域面积1.69km2，总库容14.5 万m³；朱家庄水库，控制流域面积1.38km2，总库容12.7 万m³；东唐庄水库，控制流域面积1.3km2，总库容20.0 万m³。

3 洪水分析计算

3.1 山东省小型水库洪水核算办法

《山东省小型水库洪水核算办法（试行）》是由山东省水文水资源勘测局于2007年编制的，主要依据水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和《山东省水文图集》的有关分析成果，同时在原山东省水利局暴雨洪水组1979年6月编印的《山东省小型水库洪水核算方法》基础上修订完成的。其优点主要是所需搜集的计算基础数据较少，无需搜集流域降雨观测资料，对于缺乏降雨观测资料的计算更加常用，尤其是这些缺乏雨量观测资料的小流域山丘地区。《山东省小型水库洪水核算办法（试行）》通过查算计算曲线qm～H24～K 等辅助计算图表计算洪峰流量，公式如下：

式中：

Qm—洪峰流量，m3/s；

qm—单位面积最大洪峰流量模数，s·m3/km2；

F—流域面积，km2；

K—流域综合特征参数；

L—主河道长度，m；

J—主河道比降。

3.2 水文图集洪峰流量公式法

山东省水文图集分析了山东省各类地区的洪峰流量公式，选用了概化过程线，以便根据设计暴雨，推求相应的洪峰流量，此方法相较于山东省小型水库洪水核算办法增加了降水量这一计算参数，但在实际计算过程中可采用水文图集中山东省最大24h降水量等值线图及最大24h 降水量变差系数（Cv）等直线图查算获取。山丘地区小汇水面积具体公式方法如下：

式中：

Qm—洪峰流量，m3/s；

Ht—与H24同频率、降水历时为t 的年最大降水量，mm；

Rt—Ht产生的净雨深，mm。

山东省综合瞬时单位线是极小的、瞬时的单位时段净雨所产生的相应出口断面的流量过程线。《山东省水文图集》在经过大量分析计算后将山东省内瞬时单位线法计算暴雨洪水的过程进行了分类简化，在应用时，根据M1、M2两个参数转化成时段单位线，再根据相应时段的设计雨型，即可推求设计洪水流量过程。山丘区瞬时单位线参数M1、M2计算公式如下：

式中：

F—流域面积，km2；

J—主河道比降；

R—设计净雨深，mm；

tc—净雨历时，h。

3.3 计算成果

因朱家庄站1999—2015年停测，水文系列不连续，因此选用2019年典型年洪水对其进行分析计算。朱家庄水文站控制流域面积较小，洪水主要由24h暴雨形成，因此暴雨资料选用最大24h 雨量。2019年朱家庄水文站实测最大24h 雨量93.0mm，实测最大流量127m3/s。采用山东省综合瞬时单位线时，设计雨型选用泰沂山南山区1h 雨型，具体如表1 所示。

表1 朱家庄水文站设计暴雨时程分配表

朱家庄水文站位于泰沂山南山区，根据《山东省水文图集》，净雨计算选用1 号线，Pa 取40mm。将净雨、流域面积、干流比降等参数代入以上两种方法计算，小型水库洪水核算办法、洪峰流量公式法、山东省瞬时单位线洪水计算成果分别为141.3m³/s、136.6m3/s、141.57m3/s，实测流量127m3/s。

4 结论

根据以上计算结果分析可以看出，《山东省小型水库洪水核算办法》与山东省综合瞬时单位线法基本一致、水文图集洪峰流量公式法计算成果略小，但三种计算方法成果均大于实测洪峰流量，究其原因主要为上游流域内建设有多座水库、塘坝等蓄水建筑物，对洪水洪峰有一定的削弱作用，因此在山东省山丘区暴雨洪水计算时，《山东省小型水库洪水核算办法》与水文图集洪峰流量公式法均可选用，从安全角度考虑，推荐选用后者。从计算便捷程度考虑，更推荐采用《山东省小型水库洪水核算办法》，无需搜集降水量资料。

随着山洪灾害防御体系的不断建设，对其设计暴雨洪水的计算精度要求也在不断提高，在实际应用过程中不应局限于某种方法，可多个方法结合对比，搜集更详细的基础资料，构建山洪灾害易发地区的水文模型，更细致地预测分析设计洪水■