新旧手册图集推理公式法的应用分析

杨 敏，李 妍

（陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710001）

水文计算中,设计洪峰流量通常采用地区水文手册中罗列的多种方法进行计算、对比和选用,因而水文手册中计算参数的选用具有较为重要的意义。2021 年5 月,《陕西省水文手册》（以下简称《省手册》）通过了水利厅组织的专家评审,于同年7 月正式进入试用阶段。以霸王河渡槽百年一遇设计洪水为例,分别选用《宝鸡市实用水文手册》（以下简称《宝鸡手册》）、《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》（以下简称《省图集》）、《省手册》三本图集手册进行推理公式法推求设计洪水,以此分析新旧图集手册关于推理公式法参数变化对计算成果的影响。

1 流域概况

霸王河为渭河一级支流,发源于秦岭北麓,河流上游分为东、西两岔,流向由南向北；两沟交汇后,继续北流,在响水石与李家河汇合之后称为霸王河,霸王河流经营头镇、金渠镇的河东村、第二坡村、红星村之后于教坊村北流入渭河。

霸王河流域面积156.8 km2,河长34.8 km,河道平均比降40.9‰,峪口以上呈“V”型河谷,峪口以下呈带状。霸王河渡槽位于霸王河下游营头村附近,控制断面以上流域面积143 km2,河长25.5 km,平均比降59.7‰。

2 计算方法

根据设计暴雨推求一般假定设计暴雨与相应的设计洪水同频率,从而由设计暴雨推求设计洪水,分为产流计算和汇流计算两部分。

产流计算主要为设计暴雨历时、设计面暴雨量、设计暴雨的时程分配和净雨计算,汇流计算主要为根据净雨过程用推理公式计算汇流历时和设计洪峰流量。

推理公式的基本关系式为《水利水电工程设计洪水计算规范》附录B 所列基本形式,基本公式为：

式中：Qm为洪峰流量,m3/s；h 为全面汇流时相应于τ时段的净雨,部分汇流时代表单一洪峰的净雨,mm；F 为流域面积,km2；τ为流域汇流历时,h；m 为汇流参数；L 为沿主河道从出口断面至分水岭的最长距离,km；J 为沿流程L 的平均比降,以小数计；α、β为经验性指数。

3 不同图集手册参数选用

霸王河流域位于宝鸡市眉县,分别查《宝鸡手册》《省图集》《省手册》相关参数及附图,暴雨历时采用24 h 进行设计洪水计算。

3.1 产流参数

查《宝鸡手册》暴雨分区图（图1）,霸王河流域处于秦岭北麓、西部山区暴雨区,属湿润半湿润地区,地表植被较好,产流以蓄满产流为主,参数选用见表1。

图1 m 与的变化关系图

查《省图集》暴雨相似区分区图和产汇流参数分区图,霸王河流域处于暴雨分区Ⅱ南、产汇流分区Ⅱ南-西,属湿润半湿润地区,产流以蓄满产流为主,参数选用见表1。

查《省手册》陕西省暴雨相似区分区图（附图45）和陕西省产汇流参数分区图（附图46）,霸王河流域处于暴雨相似分区Ⅱ2、产汇流分区Ⅱ2-1,产流以蓄满产流为主,参数选用见表1。

表1 产流参数表 单位：mm

查图集手册的1 h、3 h、6 h、12 h、24 h 均值、CV等值线图,设计雨量计算见表2。

表2 暴雨参数表

3.2 汇流参数

表3 和m 计算参数表

表3 和m 计算参数表

4 产、汇流计算

4.1 产流计算

查图集手册,其中《宝鸡手册》和《省图集》关于渭河南24 h 分配雨型一致,根据雨型进行24 h 的雨量分配见表4。

表4 雨量分配表 单位：mm

4.2 汇流计算

采用图解法推求设计洪水,由产流计算得到的净雨过程计算∑ht/t,带入式（1）及假定不同Qm带入式（2）得到两条曲线,交点处即为所求汇流历时及设计洪峰流量,计算成果见表5。

表5 设计洪峰计算成果表

5 成果对比分析

将图集手册计算过程中主要变化的产、汇流参数,包括等值线暴雨均值、CV、及m 分别统计,见表6。

表6 产、汇流参数及设计洪水成果

续表6

从暴雨等值线图来看,《宝鸡手册》与《省图集》的设计暴雨参数在短历时（1h、3h）一致,在长历时（6h、24h）略有不同,而《省手册》各历时暴雨参数相比则均减小：1h、3h、6h、24h 暴雨均值分别为《宝鸡手册》的88%、86%、70%、86%,《省图集》的88%、86%、70%、86%；1 h、3 h、6 h、24 h 的CV分别为《宝鸡手册》92%、92%、100%、77%,《省图集》的92%、83%、100%、73%。

暴雨等值线图发生较明显的变化：《省手册》24 h 设计面雨量为《宝鸡手册》的70%,为《省图集》的67%,减小幅度分别为30%、23%。

产流分析中土壤最大含水量Im与扣潜百分比在《宝鸡手册》与《省图集》中一致,《省手册》重新率定了Im,相比其他图集手册,Im增大,则前期初损I0 对应增大；扣潜百分比减小,综合计算后净雨减小：《省手册》24h 设计净雨为《宝鸡手册》的81%,为《省图集》的68%,减小幅度分别为19%、32%。

从计算成果来看,《省手册》推求霸王河渡槽以上流域百年一遇洪水成果相比其他图集手册明显变小,为《宝鸡手册》的70%,《省图集》的65%,减小幅度为30%,35%。

不同图集手册各主要因素变动幅度见表7,为初步确定对设计洪峰成果影响较大的因子,将上述不同变幅的产汇流过程做不同方案进行计算成果的对比分析,计算分析结果见表8。

表7 省手册与其他图集手册变化幅度对比 单位：%

表8 不同方案成果对比表

由上表可知：①采用《省手册》产流过程,对比《宝鸡手册》和《省图集》设计洪峰流量降幅为4.64%；②采用《省手册》汇流过程,对比《宝鸡手册》和《省图集》设计洪峰流量降幅在25%～32%。

分析可知：不同图集手册推理公式法计算洪峰流量的主要影响因子为暴雨等值线图变化。

6 结语

在本文中,推理公式法《省手册》计算成果相比于《宝鸡手册》和《省图集》计算成果,《省手册》计算成果有较大变化,且各历时设计暴雨等值线图的变化为设计洪水成果变化的主要影响因素。

在后续工作实践中,还应通过实际工作对《省手册》应用进行进一步的验证。