淺談設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算

　　摘要：在實(shí)際的工作中，設(shè)計(jì)洪水的推求直接影響到工程的規(guī)模，因此，取用合理的計(jì)算方法，推求設(shè)計(jì)洪水，對(duì)于合理確定工程的規(guī)模，節(jié)省工程投資有很大的幫助。本文根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，淺談一下本地區(qū)設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法，對(duì)于同類(lèi)型的地區(qū)有一定的借鑒作用。

　　關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)洪水；計(jì)算　

　　在水里工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，確定工程規(guī)模所依據(jù)的洪水（洪峰、洪量或過(guò)程線）我們叫設(shè)計(jì)洪水。設(shè)計(jì)洪水推算過(guò)大，就會(huì)使工程造價(jià)增加很多，但工程的安全系數(shù)增大，反之，設(shè)計(jì)洪水過(guò)小，雖然工程造價(jià)會(huì)降低，但工程受到破壞的風(fēng)險(xiǎn)也加大。因此，合理分析計(jì)算設(shè)計(jì)洪水是解決工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中安全和經(jīng)濟(jì)矛盾的重要環(huán)節(jié)。

　　設(shè)計(jì)洪水可根據(jù)流量資料推求，但在實(shí)際的工作中，一般流量的資料較少，因此在本地區(qū)較少利用這種方法推求。本地區(qū)常用的方法是利用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。先根據(jù)當(dāng)?shù)氐谋┯曩Y料計(jì)算確定設(shè)計(jì)暴雨，再推求由它所形成的洪水即為設(shè)計(jì)洪水。

　　一、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法

　　一般本地區(qū)計(jì)算的方法有：

　　1、廣東省綜合單位線法

　　此方法是通過(guò)對(duì)納希瞬時(shí)單位線方法的深入分析，汲取國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合廣東省實(shí)際驗(yàn)算，提出了一套具有廣東省特點(diǎn)的綜合單位線方法。該方法產(chǎn)流分析采用初損后損法，匯流分析主要是應(yīng)用線性系統(tǒng)識(shí)別的最小二乘法解算經(jīng)驗(yàn)單位線，綜合給出分區(qū)分類(lèi)的以無(wú)因次單位線ui～xi表達(dá)的經(jīng)驗(yàn)線型，并從設(shè)計(jì)條件出發(fā)，建立分區(qū)的集水區(qū)域特征參數(shù)θ與穩(wěn)定的單位線滯時(shí)m1的關(guān)系。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，由工程集水區(qū)域特征參數(shù)θ按工程所在分區(qū)結(jié)合工程集水區(qū)域下墊面條件從m1～θ關(guān)系圖上選定合適的m1值，并按工程集水面積確定適宜計(jì)算時(shí)段Δt，按所屬分區(qū)分類(lèi)典型無(wú)因次單位線ui～xi的K及Δt時(shí)段單位線的一階原點(diǎn)矩計(jì)算tp，即可求出Δt時(shí)段單位線，根據(jù)設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程按一般單位線推流方法推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，同時(shí)求得設(shè)計(jì)洪峰流量�！�

　　2、推理公式法

　　推理公式法是先求設(shè)計(jì)洪峰流量，再推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

　　推理公式法設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算公式如下：　

　　式中：

　　Qm—設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；

　　h—在全面匯流時(shí)代表相應(yīng)于τ時(shí)段的最大凈雨，在部分匯流時(shí)代表單一洪峰的凈雨（mm）；

　　F—集雨面積（km2）；

　　τ—流域匯流歷時(shí)（h）；

　　m—匯流參數(shù)；

　　L—沿主河從出口斷面至分水嶺的最長(zhǎng)距離（km）；

　　J—沿流程L的平均比降。

　　推求設(shè)計(jì)洪峰流量Qm的關(guān)鍵在于正確確定匯流參數(shù)m，m值偏大偏小直接導(dǎo)致Qm偏大偏小。

　　3、等流時(shí)線法

　　等流時(shí)線是在流域上勾繪的一組等值線，每條等值線上各點(diǎn)的水質(zhì)點(diǎn)，將在一定時(shí)間同時(shí)到達(dá)出流斷面。兩條等流時(shí)線間的面積稱為等流時(shí)面積，按順序用、、、…表示，其匯流時(shí)間分別等于、、、…。

　　出流斷面在時(shí)刻的流量是由第一塊面積上本時(shí)段的凈雨，第二塊面積上前一時(shí)段的凈雨，第三塊面積上前二時(shí)段的凈雨…合成的。公式如下：　

　　式中、、、…分別表示本時(shí)段、前一時(shí)段、前二時(shí)段…的凈雨量。應(yīng)用此式，可求出出流斷面的流量過(guò)程線。

　　等流時(shí)線的演算方法首先在流域圖上作出等流時(shí)線。一般的大中河流，坡面漫流時(shí)間比河槽匯流時(shí)間短得多，可以不計(jì)。只要根據(jù)河網(wǎng)的分布圖及河道上水流速度，即可制作等流時(shí)線。設(shè)選定匯流速度為，時(shí)段長(zhǎng)為，則就是兩條等流時(shí)線之間的距離。然后取河網(wǎng)分布地圖，在河道量出河長(zhǎng)（自出流斷面起算）為、、、…等等分點(diǎn)，用曲線連接這些分點(diǎn)就得到等流時(shí)線圖。由于各支流都有各自的分水嶺，所以等流時(shí)線與等流時(shí)面積都不一定連續(xù)。如果河道上下游或干支流匯流速度不同，可分別采用和。

　　勾繪等值線之后，再用求積儀量出各塊等流時(shí)面積、、、…。又把降雨扣除損失，示得時(shí)段凈雨量。凈雨量的時(shí)段劃分應(yīng)與畫(huà)等時(shí)線所取的時(shí)段長(zhǎng)相等。有了這些數(shù)據(jù)，就可用公式（a）推求出流過(guò)程。

　　4、平均排除法

　　平均排除法的計(jì)算公式如下：

　　式中Ci—各地類(lèi)的徑流系數(shù)；

　　Ai—各地類(lèi)的面積（km2）；

　　Hp—設(shè)計(jì)暴雨（mm）；

　　Ei——各地類(lèi)的蒸發(fā)量（mm），本次未考慮；

　　hi—各地類(lèi)滯蓄水深（mm），水田魚(yú)塘按100mm；

　　W1—水閘自排排水量（m3），根據(jù)分析，當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)暴雨時(shí)不可能開(kāi)閘排水，W1＝0；

　　T—排水時(shí)間，取T=22h。

　　5、廣東省洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式

　　小于10km2，可以用廣東省洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式：

　　Qp＝CpH24F0.84

　　式中：

　　Qp－洪峰流量（m3/s）

　　Cp－隨設(shè)計(jì)暴雨頻率不同而變化的系數(shù)，

　　P=10％時(shí)，Cp＝0.044（本地區(qū)）

　　H24－24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨（mm）

　　F－集雨面積(km2)　

　　二、各方法的比較　　

　　一般來(lái)說(shuō)，推理公式法應(yīng)用于山區(qū)河流比較準(zhǔn)確，而廣東省綜合單位線法適用于集雨面積較小的流域，地形資料要求較少，屬于概化性成果，與實(shí)際有一定的誤差。由于推理公式法對(duì)降雨過(guò)程的變化沒(méi)有充分考慮，主洪峰不論匯流時(shí)段的降雨變化如何，一概按照統(tǒng)一模式將過(guò)程概化為6點(diǎn)折腰多邊形，其他時(shí)段概化為三角形，導(dǎo)致雨洪不甚對(duì)應(yīng)；同時(shí)，主峰前后次峰的處理不相一致，與推理公式的匯流原理也不符合，主峰前的次峰出現(xiàn)在降雨時(shí)段之末，主峰后的次峰則出現(xiàn)在降雨時(shí)段開(kāi)始后的匯流時(shí)段之末；推理公式中次峰的匯流時(shí)間與主峰匯流時(shí)間相同的處理方法與推理公式的基本原理假定也存在矛盾。廣東省綜合單位線方法的時(shí)段單位線是根據(jù)單位線滯時(shí)及給類(lèi)典型無(wú)因次單位線推求，較能反映集水區(qū)域洪水特點(diǎn)；設(shè)計(jì)洪水過(guò)程根據(jù)設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程逐時(shí)段推求，能較好反映降雨過(guò)程的變化；洪峰流量和洪水過(guò)程線的推求也有機(jī)結(jié)合在一起�？傮w上廣東省綜合單位線方法優(yōu)于推理公式法，因此在兩種計(jì)算方法算出的洪峰流量成果進(jìn)行協(xié)調(diào)后，原則上選取廣東省綜合單位線法計(jì)算成果。

　　等流時(shí)線法考慮了匯流速度，集雨面積形狀，匯流線路距離等影響，比較符合實(shí)際，計(jì)算需要較詳細(xì)的地形資料，通過(guò)實(shí)測(cè)降雨資料檢驗(yàn)，比較符合實(shí)際，所有本文設(shè)計(jì)來(lái)水過(guò)程采用等流時(shí)線法成果。

　　徑流系數(shù)法只能計(jì)算總的來(lái)水量，無(wú)法計(jì)算每個(gè)時(shí)段的來(lái)水過(guò)程，它是根據(jù)各類(lèi)土地的存水不同，采用徑流系數(shù)進(jìn)行折減后，得出各類(lèi)土地的產(chǎn)水量，再匯總形成總產(chǎn)水量。

　　廣東省洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式一般是小于10km2才可以用。

　　結(jié)合本地區(qū)的特點(diǎn)，再資料較詳細(xì)時(shí)，可用等流時(shí)線法，但本地區(qū)大部分沒(méi)有實(shí)測(cè)的暴雨洪水資料，屬于無(wú)資料地區(qū)，其洪峰流量的計(jì)算主要參照《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》（2003年）和《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊(cè)》（1991年）（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》兩個(gè)文件。因此，常用廣東省綜合單位線法或推理公式法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，首先由各歷時(shí)點(diǎn)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖查算工程集水區(qū)域中心點(diǎn)的各歷時(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)暴雨量，按暴雨定點(diǎn)定面關(guān)系換算為相應(yīng)的面設(shè)計(jì)暴雨量，以同頻率不同歷時(shí)面雨量長(zhǎng)包短控制按設(shè)計(jì)雨型求出設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配（即設(shè)計(jì)毛雨過(guò)程）；經(jīng)產(chǎn)流計(jì)算得設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程，再通過(guò)廣東省綜合單位線法或推理公式法進(jìn)行匯流計(jì)算，求得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線及洪水總量。

　　三.結(jié)語(yǔ)

　　在本地區(qū)已建的工程中，已經(jīng)多次應(yīng)用等流時(shí)線法和廣東省綜合單位線法或推理公式法進(jìn)行計(jì)算，效果較為理想，對(duì)于合理確定工程的規(guī)模，節(jié)省工程投資有很大的幫助。本文根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，淺談一下本地區(qū)設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法，對(duì)于同類(lèi)型的地區(qū)有一定的借鑒作用。但同時(shí)限于筆者水平和認(rèn)識(shí)有限，還有很多方法未提及，需繼續(xù)在工作中結(jié)合實(shí)踐，進(jìn)一步探求�！　�