地区经验公式在无资料小流域山洪沟道设计洪水计算中的应用分析

2016-06-15丁成

地下水 2016年1期

丁　成

(甘肃省天水水文水资源勘测局，甘肃天水 741000)

丁成

(甘肃省天水水文水资源勘测局，甘肃天水 741000)

[摘要]采用兰州洪水经验公式计算李黄沟百年一遇设计洪水洪峰流量，用推理公式进行复核，两种方法计算结果相近，相对误差绝对值不足3%，说明兰州洪水经验公式计算精度较高。由于地区经验公式采用的参数一般是根据当地邻近沟道实测或调查资料确定，因此地区经验公式较其他方法更能反映当地流域的实际情况，往往具有较高的使用价值。

[关键词]兰州洪水经验公式；推理公式；设计洪水计算；李黄沟

无资料地区山洪沟道设计洪水的计算方法有多种，目前常用的有推理公式法、单位线法、经验公式法(如原铁道部科学研究院公式)等等，与之相比，地区经验公式具有简单、实用、精度高等优势，应在生产中加以推广。

本文以兰州市境内的李黄沟为典型流域，分别使用兰州洪水经验公式和推理公式两种方法计算其百年一遇设计洪峰流量，对兰州洪水经验公式的精度进行验证。

李黄沟为黄河一级支流，发源于兰州市皋兰县中心乡境内山区，沟脑最高点高程约1 706 m，沟口最低点约1 550 m，沟道纵坡比降为33‰，沟长4.5 km(其中山区3.1 km，阶地1.4 km)，沟道平时干涸无水，雨期偶有洪水径流，属季节性山洪沟道。该沟流域处于兰州市安宁区沙井驿北部黄土丘陵区，形状呈长条形，面积3.31 km2(其中山区面积2.47 km2)，地貌多砂泥岩出露，植被覆盖率仅5%。

李黄沟所在地区属于无水文资料地区。

1兰州洪水经验公式及洪水计算

由于历史、经济等各种原因，兰州市城区周围的河流沟道均未设立水文测站，为了获取水文计算基本资料，从上世纪七十年代起，甘肃省水文水资源局在兰州城区主要的山洪沟道上设置了定点洪水调查河段，每年开展洪水调查作业，获得了主要沟道年最大洪峰流量及发生时间等重要资料。

2000年，甘肃省工程咨询中心召集省内相关专家，基于上述定点洪水调查资料等450多站年的水文资料，在有关经验公式的基础上，进行概化和参数率定，提出了兰州洪水经验公式：

Q1%= Qpj(Φ1%Cv+1)

(1)

Qpj=kF0.6Hpj0.75J0.19f0.09

(2)

式中：Q1%为设计洪峰流量(m3/s)；Qpj为年最大洪峰流量均值(m3/s)；Cv为离差系数，采用有水文资料的邻近地区的洪峰流量离差系数值或根据《甘肃省暴雨洪水图集》查算。综合分析邻近地区水文站资料，李黄沟地区Cv可取值1.2(C/C采用3.5)；Φ1%为离均系数，可查阅P-Ⅲ型频率曲线离均系数Φ值表取得，本次百年一遇洪水的Φ值为4.051；k为综合系数，在黄土沟壑区一般取0.22～0.27，本次计算取值0.26；F为流域面积(km2)；Hpj为年均最大1小时雨量均值(mm)。根据《甘肃省暴雨洪水图集》，李黄沟地区最大1 h点雨量均值在14～18 mm之间，换算成李黄沟流域年均面雨量，即年均最大1 h雨量均值，为17.0 mm；J为干流沟道平均坡降(‰)，李黄沟为33‰；f为流域形状系数，采用f=F/L2(L为河沟长)计算，李黄沟为0.34。

根据上述各参数的取值，可用公式1和2计算出，李黄沟百年一遇洪峰流量为46.1 m3/s。

2推理公式及洪水计算

采用全面汇流计算公式：

Q1%=0.278(S1%/tn-μ)F

(3)

τ=0.278L/(mJ1/3Q1%1/4)

(4)

式中：S1%为设计暴雨参数(mm/h)，根据李黄沟周边雨量站实测资料计算，李黄沟1%设计暴雨参数为51.9 mm/h；t为产流历时(h)；n为暴雨递减指数，根据附近地区实测资料分析，李黄沟地区应为0.6；μ为暴雨损失强度(mm/h)，根据邻近地区实测资料分析，李黄沟地区为1.41 mm/h；F为出口断面以上流域面积(km2)，李黄沟流域为2.47 km2；L为出口断面以上主沟道长度(km)，李黄沟流域约为3.1 km；m为汇流参数，李黄沟地区为1.7；J为沟道平均比降(‰)；τ为汇流时间(h)；

将上述相关参数值代入公式3和4，得到公式5和6

Q1%=35.64/t0.6-0.97

(5)

τ=1.58/Q1%1/4

(6)

假定一组t值，可算出一组Q1%值，假定一组Q1%值，可算出一组τ值，见表1。

采用曲线交汇法，点绘Q1%～t、τ～Q1%曲线，见图1。曲线交点的纵坐标即为洪峰流量，即100 a一遇设计洪峰流量值为47.3 m3/s。

表1　李黄沟流域Q1%～t、τ～Q1%关系表

图1　李黄沟流域Q1%～t、τ～Q1%曲线图

3洪水计算成果分析

由于李黄沟的流域面积特别小，附近有洪水调查资料的沟道控制面积都在其面积的10倍以上，所以很难用多种方法评价本次计算成果的合理性，但本次两种方法计算的李黄沟洪峰模数(即洪峰流量与控制面积的比值)与邻近定点洪水调查沟道同频率洪水洪峰模数基本相近，说明本次计算成果基本合理。

将上述两种方法计算成果汇总，见表2。

从表2可以看出，两种方法计算成果基本一致，其相对误差绝对值不超过3%。考虑到李黄沟的流域面积特别小，应该说兰州市洪水经验公式更能反映该流域的实际情况，且计算过程中采用的参数系根据邻近沟道定点洪水调查系列资料确定，因此，应该说用兰州市洪水经验公式计算的设计洪峰流量46.1 m3/s较推理公式要更为准确。