贵州省暴雨洪水计算实用手册应用概述.docx

文章编号: 1007 7596( 2014) 02 0004 05贵州省暴雨洪水计算实用手册应用概述刘冬梅1 ，罗永强1 ，郭应洁2( 1. 贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002; 2. 贵州东方世纪科技有限责任公司，贵阳 550002)摘 要: 对于无实测流量资料的中小流域，常常借助本流域及邻近流域雨量站的资料，通过暴 雨途径计算设计洪水。贵州省暴雨洪水计算实用手册及贵州省暴雨洪水计算实用手册 ( 修订本) 是目前贵州省中小流域无资料地区设计洪水计算的基本方法之一。文章阐述了手册的计算原理及其应用，并根据多年实践经验，针对软件应用中的一些问题提出处 理 意见。关键词: 暴雨洪水; 计算实用手册; 贵州省; 软件编制; 应用中图分类号: P333文献标识码: AApplication Introduction of Guizhou Province Storm Flood Practical Calculation HandbookLI Dong-mei1 ; LUO Yong-qiang1 and GUO Ying-jie2( 1 Guizhou Province Water Conservancy Hydropower Investigation，Design and esearch Institute，Guiyang 550002，China;2. Guizhou Oriental Century Technology Co ，Ltd ，Guiyang 550002，China)Abstract: For the data absence areas of middle and small watersheds，the adjacent valley rainfall station data often used to calculate the flood storm. Guizhou Province Storm Flood Practical Calculation Handbook and Guizhou Province Storm Flood Practical Calculation Handbook ( revised version) are widely used to calculate the design flood for data absence areas in Guizhou Province. The calculation principle and application of the handbook are introduced in the paper，according to the working experiences over the years，some suggestions are provide in terms of existing problems in the application software.Key words: storm flood; practical calculation handbook; Guizhou Province; software application; application1概述贵州省水利厅 1983 年编制完成的贵州省暴雨 洪水计算实用手册( 以下简称手册) ，多年来在 贵州省各个部门得到广泛应用，对中小流域，特别是 无实测洪水资料地区设计洪水的计算、复核发挥了 重要作用，已成为全省中小流域无资料地区设计洪 水计算的“实用手册”。1988 年，原编制单位针对小汇水流域雨洪计算 公式的计算成果存在的偏差，编制完成了“贵州省暴 雨洪水计算实用手册 ( 修订本) 小 汇水流域部 分”( 以下简称修订本) ，并经贵州省水利厅审阅， 已作为手册补充计算方法广泛应用1。贵州省水文水资源局完成的贵州省特小流域 暴雨洪水计算 标 准 研 究 报 告，对修 订 本 中 10收稿日期2013 06 24作者简介刘冬梅( 1968 ) ，女，四川重庆人，高级工程师; 罗永强( 1965 ) ，男，布衣族，贵州开阳人，高 级工程师; 郭应洁( 1982 ) ，女，贵州沿河人，工程师。 F 25 km2 条件下的洪峰流量计算公式进行了调C K H1. 212 ， 特24 h式 ( 3)13 p 24整。根据手册及修订本的计算方法和原理将2 p 6其编成软件，并集成在工程水文分析计算集成应用Q = 0. 327 0. 848 f0. 331 J0. 221 F0. 834 p软件 PHAC中，对手册的应用起到一定的推动和 标准化作用。C K H 1. 212， 特6 h式，使用最大6 h雨量 ( 4)本文简述手册的计算原理及其应用，并根据利用a4 = 1 4多年实践经验，针对应用中的一些问题提出处理意0. 278n1 241n4n0. 2780. 701 2410. 74440. 70见，希望能对贵州省暴雨洪水计 算及其发展有所 裨益。2计算方法计算，结果为: 当分母中 24 的指数 n 0. 75 时，“特24 h式”的常系数为 0. 234，此式比修订 2 式计算的QP 略大 5% ，在此范围建议统一采用“特，24 h式”。 5) 当 1 F 10 km2 时:设计洪水由洪峰流量 QP 、洪量 WP 及洪水过程Qp = 0. 48110. 571 f0. 223 J0. 149 F0. 890C S 1. 1431 p线 Qi t 三要素组成，手册及修订本对各要素的推导情况简述如下:( 修订本修订 3 式，因 1 h，取 n = n1 = 0. 5， =n12. 1洪峰流量计算公式0. 22，a = 1. 0，b = 0，Sp = 24替代 C 。)Kp H24 ，用 1 替代 ，C1手册采用陈家琦小流域暴雨洪水计算推理公式法，两个基本方程为:以上洪峰流量计算公式中，字 符的意义，详 见手册及修订本。参数可分为 3 类: 流域特征Qm = 0. 278htt F( 1)参数 F、L 和 J ，根据地形图量算; 暴雨参数，以雨量 参证站历年最大1 d降水量通过 p 型频率曲线适V = mJ1/3 Q= mJ1/3 Q 1/4 ，( 取 = 1 ， = 0. 278 L )mm 4V线，得统计参数 H1d ，Cv ，Cs = 3. 5 Cv 由此得 KP ，并联解: 代入参数 n、a 和 b ，得:( 2)用 H24= 1. 12H1d确定最大24 h点雨量均值，当 F 1h1) 当 300 F 1000 km2 时:10 km2 时，需要通过 H，Cv ，Cs计算 SP; 产汇流参0. 9220. 1250. 0820. 723数 ( 或 1 ) 、C( 或 C1 ) ， 和 C 根据选择的分区由手Qp = 0. 6741. 23 f J F册附表 ( 10) 和附表 ( 9) 查算，和 C1由修 订1CKp H24( 手册3 5 3 式)本“表 1 2”和“表 4”查算，参数确定后，即可计算2) 当 25 F 300 km2 ，且 30 时:QP 。因采用平均的暴雨衰减指数 n 计算，最后需要Qp = 0. 3571. 230. 922 f0. 125 J0. 082 F0. 723 对 QP进行修正，利用 n2 、n3和 ，在手册附表( 13)CKp H24( 手册3 5 2 式。说明: 手册3 查得换算系数 Kh ，则 Qpn = Kh QP 。5 2 式P24中的系数 0. 375 有误，应为 0. 357P30。)3) 当 25 F 300 km2 ，且 30 时:2. 2洪水总量由暴雨计算设计洪水，其设计洪量为时段洪量，Qp = 0. 35711. 230. 922 f0. 360 J0. 240 F0. 716 是指某时段暴雨所产生的相应洪量。手册采用时段为24 h，其设计洪量 W 按 24h 流域设计面雨量 H24CKp H24( 修订本修订 1 式)4) 当 10 F 25 km2 时:产生的相应径流深 h 24 计算，即 W = 0. 1 h24 F。Qp = 0. 25411. 230. 922 f0. 360 J0. 240 F0. 819 对于径流深 h 24 ，可简单理解为径流系数 C 与流域设计面雨量 H 24 的积( CH 24 ) ，但手册的径流系CKp H24( 修订本修订 2 式)数 C 指的是洪峰径流系数，表示在汇流时间 内，最在贵州省特小流域暴雨洪水计算标准中，采大径流深与最大降水量的比值( h/ H) ，由于汇流用 n = n2 = 0. 70 ， = 0. 22，a = 1. 0，b = 0，用 1替代 ，推 导出在 10 F 25 km2 下的另两个计 算式:时间 内的降雨强度 24 h的降雨强度，故其洪峰径 流系数也 24 h的径流系数，由此计算的洪量偏大。手册采用扣损法计算径流深 h 24 ，即设计面雨Qp = 0. 23410. 848 f0. 331 J0. 221 F0. 834 量 H 24 在 时段内扣除稳定雨损 H s ， 24h 时段扣除附加雨损 Hs ，Hs = ( 24 ) = 24 ，( 其 中: = 1. 0mm / h) ，则 h 24 = H 24 ( Hs + Hs ) 。准确。3. 1软件输入输入参数有: 流域特征参数 F、L 和 J ; 暴雨以手 册 松柏山水库算例 P = 0. 1% 降 雨 为 例， 2CH24 = 198 mm，而 h24 = 189 mm，前者大 4. 8% 。2. 3洪水过程线手册的洪水过程线，为 20 个节点的概化单峰 型洪水过程线，表示 1 次降雨( 24 h) 产生的 1 次洪 水过程。在汇流分区的基础上，按洪水形状系数 = Tm / t = Q / Qm ，全省分为三级( = 0. 30，0. 25及 0. 20) 进行地区综合，成果见手册附表( 15) 。洪水过程线计算时，在计算出 QP 的基础上，利统计参数 H24 和 CV ( 当 F 10 km 时，需要 H1h 及其CV ) ; 产汇流参数 分区、大暴雨时面深分区和暴雨衰减指数 n3 。共 8 个基本参数( 需要输入 H1h 及 其 CV 时为 10 个) ，这些参数需要用户根据具体工程确定3。3. 2人机界面软件按照输入参数，自动选用洪峰 QP 公式，按 分区查算 ( 或 1 ) 均值，洪峰径流系数 C 均值，并用下式计算 :0. 32计算 n3p= n3 n3p，从而得到在产汇流参数取均 = 0. 278 F J0. 09 f0. 13Qp1Q0. 25p( 5)值情况下的成果，然后，用户可根据流域特征对 和C 做适当调整，即可得到不同设计频率的洪水过程洪峰径流深 h = 3. 60F ，表示在最大24 h降线图表。3. 3输出成果雨时段中，造成主峰的汇流时间 内，最大降水量 H产生的最大径流深。按手册，最大24 h降雨产生的径流深 h 24 形成 洪水总量，洪峰径流深 h 形成矩形概化洪水过程线 的洪量，h = h24 h 作为附加安全洪水径流深，附 加于概化洪水过程的退水部分。其比例系数 K 为:软件提供了 15 个固定设计频率及 1 个任意频 率的中间计算参数成果表，以及用户自选设计频率 的洪水过程线图表，输出成果规范，数据准确。以手册松柏山水库算例数据进行比较，输入 参数为: F = 137，L = 28. 5，J = 0. 00429，H24 = 90，K =h1 + ( 1 a0 ) h( 6)CV = 0. 4 ， 分区 = 0( = 0. 056) ，n分区 = 4，n33式中: a0 为概化线涨水面积和总面积的比值。 应用时，在计算出 h 24 和 h 的基础上，由汇流分区在手册附表( 15) 选定概化洪水过程及 a 0 ，计算 退水放大比例系数 K ，因 Tm = ，可求出洪水过程 线，时间为 t = t / Tm ，洪峰出现时间为 tQm ，退= 0. 8。结果见表 1。由表 1 可见，电算值与手册数据的误差均在 1% 以内，因手册所列算例对过程线退水部分进行 峰后降雨修正计算有误，使其过程线总量 W 比设计 洪量 Wh 24 偏大，软件对此进行了处理，因此二者差别很小。m水部分 t = tQm + t / ( Tm ) tQ K( 说明手册原计算式有误，按王继辉教授的意见修改) ，流量为 QtQt / Qm Qp ，其中的t / Tm、Qt / Qm为概化洪 水过程线坐标值。3 软件编制从手册及其修订本的计算原理和方法可 见，应用中先要作一些必要的判断，依据流域面积 F和流域的几何特征值 ，确定洪峰 QP 的计算公式; 根据设计流域特性和地理位置，选择汇流参数 的分 区和大暴雨时面深分区，然后是大量的查表和繁琐 的计算。因此，将其电算化十分必要，为此，贵州省 水利水电勘测设计研究院根据手册编制了暴雨洪 水计算软件，软 件输入简便、界 面实用、成 果规范、4应用中存在的问题及处理意见4. 1基本参数的确定前述基本参数中，流域面积 F 指地表分水岭范 围，闭流区( 麻窝地、暗河、伏流等) 面积20% 的明 流区，若闭流区面积 20% ，应只计算明流区产生的洪水，闭流区洪水采用调查、实测等方法确定，然后 叠加形成总的洪水; 河长 L 指从分水岭到出口断面 的主河道长度，地形图上分水岭一带一般无河流线， 可沿地形低洼处延长河流线; 比降 J 指沿河长 L 纵 断面的加权坡降，不能简单以总落差除河长 L 求得， 其计算公式为:J = ( Z0 + Z1 ) l1 + ( Z1 + Z2 ) l2 + ( Z2 + Z3 ) l32+ + ( Zn1 + Zn ) ln 2Z0 L/ L( 7)小值( 0. 05) 和最大值( 0. 06) 差别为 20% ( 对洪峰的) ，因此选择汇流参数分区及确定 值暴雨统计参数 H1d ( 或 H1h ) ，CV ，CS ，以 H1d 计算H 24 ，以 H1h 计算 SP ，一般以设计流域或邻近地区雨 量参证站历年最大1 d( 以及最大1 h) 降水量通过 p 型频率曲线适线得到，贵州省 Cs = 3. 5 Cv ，若没有雨量资料，可查相关等值线图确定。手册将全省划分为1 、2 、1 、2 、3 共 5 个汇流参数分区，汇流参数 从小到大为2 、3 、 1 、2 、1 ，以设计流域的地形、岩溶、植被状态为 主来选择分区，手册表( 10) 中的“典型代表地区” 为辅助选择条件，在选择最小( 2 ) 和最大( 1 ) 作 为设计流域分区时，建议做充分的论述，以免洪水过 于偏小或偏大。手册给出的 ( 或 1 ) 值最大差别为 114% ， 均值差别为 77. 5% ，在具体的某一区域，如1 区，最影响为 18. 3%很关键，要慎重。汇流参数分区确定后，产流分区相应得到确定， 在手册洪峰径流参数 C 查值表( 9) 中，有均值、最 小值 最大值，一般选择均值查算，在软件计算时， 划分为 9 个查值系列，以适应不同的产流情况。4. 2不同公式对洪峰流量计算的影响根据流域面积 F 和流域的几何特征值 ，手 册及修订本将洪峰流量计算公式分为 5 个级别， 3 个分界点，适用范围为 1 F 1 000 km2 。以手 册松柏 山水库数据为基础 ( P = 0. 1% 的 H 24P = 273. 6 mm，C = 0. 83) ，以不同的流域特征参数 F、L 和 J ，计算分界点的洪峰流量见表 2 ( 表中流域几何 特征参数为假定值) 。表 1松柏山水库算例数据比较项 目手册数据P = 0. 1%电算值误差 /%手册数据P = 1%电算值误差 /%设计暴雨 H 24p / mm274273 0. 362082080. 0洪峰径流系数 C0. 830. 826 0. 480. 770. 770. 0未修正洪峰流量 Q / m3s 1614610 0. 653993990. 0设计洪峰流量 Q P / m3s 1647642 0. 77422421 0. 24汇流时间 / h9. 99. 930. 3011. 011. 00. 0 时段径流深 h / mm168167 0. 60设计径流深 h 24 / mm1891900. 53设计概化线洪量 Wh / 万 m323022288 0. 60概化过程线总量 Wh / 万 m32285设计洪量 W h24 / 万 m3258926030. 53洪水过程线总量 W / 万 m327782598表 2计算分界点的洪峰流量FJfH 24PQp/ km2/ mm 1/ FL 2/ mm/ m3s 1( 3 5 3)300 1000300260. 0090. 44300. 056273. 61418300km2( 3 5 2)25 300300260. 0090. 44300. 056273. 61415修( 1)25 300x300260. 0090. 44300. 335273. 61474( 3 5 2)25 3002590. 020. 3114. 80. 056273. 6182修( 1)25 300x2590. 020. 3114. 80. 335273. 626425km2修( 2)10 25x2590. 020. 3114. 80. 335273. 6262特 24h10 252590. 020. 3114. 80. 335273. 6278特 6h10 252590. 020. 3114. 80. 335207. 4277修( 2)10 25x106. 50. 030. 2411. 760. 335273. 612410km2特 24h10 25106. 50. 030. 2411. 760. 335273. 6130修( 3)1 10106. 50. 030. 2411. 760. 335121. 1167分界点公式序号公式范围L / km备注: H 6p = 3. 04 90 4 ( 0. 8 1) = 207. 4 mm，Sp = H6p 6 ( 0. 7 1) = 121. 1 mm。在分界点300 km2 处，可用手册3 5 3 式、3 5 2 式( 30) ，和修订本修订 1 式( 30)计算，手册的两个公式相差 0. 21% ，修订 1 式略大4. 17% 。在分界点25 km2 处，可用手册3 5 2 式( 30) ，修订本修订 1 式( 30 ) ，修订 2 式，以及 特24 h式和特6 h式计算，3 5 2 式比修订 1 式小 31. 1% ，修订 1 式与修订 2 式一致，特24 h式比修订1 式大 5. 3% ，特24 h式和特6 h式一致。在分界点10 km2 处，可用修订 2 式，特24 h式和 修订 3 式计算，前 两式相差 4. 6% ，修 订 3 式 比 特 24 h式大 28. 5% 。因此建议，在 F 25 km2 附近，若 仍采用手册3 5 2 式计算，参数( 和 C ) 应偏 大取值; 在 10 F 25 km2 范围，采 用特24 h 式计 算，靠近25 km2 时参数略取小值，靠近10 km2 时参数 偏大取值; 在靠近 F 10 km2 采用修订 3 式计算时， 参数略取小值。如图 1 所示。图 1分界点参数取值趋势线图4. 3 设计洪量问题对于设计洪量，手册按24 h雨量的径流深 h24 计算，即 W = 0. 1 h24 F 。设计流域的某一设计频率 P 的洪水，当洪峰径流系数 C 增加，将导致 Qp 增加， 减小，24 增大，而 h24 = H24 ( Hs + 24 ) 将减小，从而使洪量减小，这里需要正确理解洪峰径流 系数与洪水过程径流系数不同的概念。由于手册中 ( 24 ) 内产生的稳定雨损 Hs为常数，随着流域面积减小， ( 24 ) 减小，雨损增 加，导致径流系数 C 减小，因此，有时会出现 h24 h的不合理情况，手册认为此时“计算流域的汇流特 性已超出使用范围，不宜应用”。基于此，在软件计算中，若遇到 h24 h 时，采用h 计算设计洪量，这与手册第 35 页谈到用 h 24 和h 两种方法计算洪量的思路是一致的。4. 4 洪水过程线手册洪水过程线通过概化过程线坐标点计 算，其峰现时间 tm 和总历时 t 由矩化历时 Tm 控制