学文网摘要：小流域设计洪水计算，与大流域相比，有许多特点。本文对这一设计洪水的计算方法在实际中存在的问题进行探讨，认为在现阶段采用的方法在设计暴雨和洪水频率转换、设计暴雨点面转换、设计暴雨特大值处理、产汇流外延使用等方面均存在着无法克服的困难。提出了采用实测暴雨系列推求洪水系列直接进行洪水频率计算的观点。避免了计算方法上的一些缺陷，保证了设计洪水的计算精度。
一、防洪的工程措施
一切能够减小洪水致灾率，延长洪水致灾重现期，或者减少洪水灾害损失，或者减轻洪水灾害损失负担的手段称为防洪措施。防洪措施有工程措施和非工程措施之分。工程措施旨在减小洪水致灾率，延长洪水致灾重现期;非工程措施旨在减少洪水灾害损失，或减轻洪水灾害损失负担。20世纪70年代之前，人们似乎只重视通过工程措施达到防洪目的，20世纪70年代美国学者提出了非工程措施的防洪理念，并越来越受到重视。
防洪的工程措施包括能够减小洪水致灾率，延长洪水致灾重现期的水利工程、城市排水治涝工程、水土保持工程、农业水土工程等。根据在防洪中所起的作用，可将这些工程分成两类:一类旨在通过提高河流断面或河段安全泄量q安达到减小洪水致灾率的工程。如***1所示，如果将安全泄量从q安提高到q'安，那么洪水致灾率就会从P{Qm≥q安}减小到P{Qm≥q'安}。属于这类的防洪工程有加高加固堤防、疏浚整治河道等。另一类是旨在通过改变年最大流量频率曲线达到减小洪水致灾率的工程。***2所示是不同防洪库容V或分洪口门b时其下游河道断面年最大流量频率曲线簇，其上包线为无水库或无分滞洪情况下的年最大流量频率曲线，其下包线为水库防洪库容或分滞洪口门大到任何大小洪水均滴水不下泄的年最大流量频率曲线。由***2可以看出，尽管安全泄流量未提高，但由于水库的调洪作用或分洪工程的分洪作用，改变了年最大流量频率曲线，从而使洪水致灾率减小。属于这类的防洪工程有修建水库、分滞洪工程和水土保持工程等。
***1提高安全泄量q'安的防洪效果
***2不同V或b时的年最大流量频率曲线
在防洪工程体系建设中，很少有单独采用上述第一类工程措施或第二类工程措施的，一般都是根据技术、经济和防洪效果综合考虑，采用不同类型的工程措施的合理或最佳配合。
二、防洪计算的任务
因为现代科学认为洪水现象是一种服从统计规律的随机现象，因此，防洪工程规模越大，或涉水工程允许的水荷载越大，虽然可以使洪水致灾率或工程风险率减小越多，但工程投资也变得越大。这就表明，兴建防洪工程和其他涉水工程只能使洪水致灾率和工程风险率处于一个投资与效益关系可接受的水平或其他合理的期望水平，而不可能达到零致灾率和零风险率的极限水平。防洪工程保护对象的合理期望洪水致灾率称为防洪保护对象的防洪标准，简称防洪标准。涉水工程本身安全的合理期望风险率称为涉水工程的安全设计标准，简称设计标准。对于防洪工程，其设计标准不得低于其防洪标准，因为防洪工程本身安全得不到保障就不可能
对其保护对象的防洪安全起到保障作用。对于旨在提高安全泄流量q安的第一类防洪工程，由***1可见，防洪计算的任务是:寻求河流年最大流量的频率曲线。据此，由拟定的防洪标准和设计标准就可推求出相应的安全泄流量。这类防洪工程的设计标准一般与防洪标准相同。
对于旨在通过水库调节或分滞洪作用改变年最大流量频率曲线的第二类防洪工程，由***2可见，防洪计算的任务是:根据选定的调洪方式，建立不同防洪库容或分洪口门时的年最大流量频率曲线簇，据此，由拟定的安全泄流量和防洪标准或设计标准就可推求所需的防洪库容或分洪口门;或者根据选定的防洪库容或分洪口门和防洪标准或设计标准就可推求相应的安全泄流量;或者根据已确定的防洪库容或分洪口门，以及安全泄流量核定其达到的防洪标准或设计标准。这类防洪工程的设计标准一般高于防洪标准。比较***1和***2可以发现，第一类防洪工程的防洪计算任务实际上已包括在第二类防洪工程的防洪计算任务中，因为***1所示的年最大流量频率曲线就是***2中无水库或无分滞洪情况下的年最大流量频率曲线。
三、小流域设计洪水计算的主要特点
小流域绝大多数都没有水文站，实测水文资料缺乏，甚至也没有降雨资料。因此小流域设计洪水计算一般为无资料情况下的计算。集水面积小的小流域，趋于单一的自然地理条件，计算方法拟定时，适当的简化是允许的。小流域数量多、分布广。因此，计算方法拟定时，在保证精度的前提下，可力求简便。小型水利电力工程设计时，洪水调节能力较小，一般工程规模主要受洪峰流量控制，因此，要求设计洪峰流量的精度要高于洪水过程线。
四、设计洪水的计算方法
由于设计流域内无水文测站，设计洪水采用洪峰流量汇水面积相关法、综合参数法、推理公式法和水文比拟法计算。
(一)洪峰流量汇水面积相关法
计算公式为：QN=CNFn
式中：QN-重现期为的洪峰流量。
CN、n-重现期为N的地理参数、指数。
F-汇水面积（平方公里）。
(二)综合参数法
计算公式为：QN=h6αfβFn
式中：QN-设计频率为N的洪峰流量（方立米/秒）。
h6-设计频率为N的设计流域6小时面雨量，毫米。
f-流域形状系数，。
c、a、β、n-经验参数，其中十年一遇制采用已有值外延求得。
(三)推理公式法推求设计洪水
推理公式法是由暴雨资料推求小流域设计洪水的一种简化的方法。这种方法已有一百多年的历史，推理公式的形式也是多种多样的，我们采用的是水利部门应用的公式。采用实测暴雨洪水资料分析总结的产、汇流规律，分析、确定计算参数，进行产、汇流计算，推求设计洪峰流量。流域上各点所形成的净雨，距离出口断面远近不同，加上坡面与河槽的调蓄作用，净雨点汇集到流域出口的速度和时间也都不一样。
(四)小流域设计暴雨的计算
因小流域绝大多数都缺乏实测水文实测资料，所以设计暴雨的推求，一般有以下几个步骤：
一是根据水文***集中绘制的暴雨参数等值线，查出统计历时的流域设计雨量；二是将统计历时的设计雨量，通过暴雨公式转化为任意历时的设计暴雨量；三是按分区，概化雨型或移用的暴雨典型同频率控制放大，求得设计暴雨过程。
(五)统计历时的设计暴雨计算
根据水文***集便可由设计流域中心点的位置查出那里的任意统计历时暴雨均值，进而求得该统计历时的设计频率的雨量。
(六)用暴雨公式计算任意历时的设计雨量
大量资料的统计成果表明，暴雨强度和暴雨历时的关系可以用指数方程来表示，它反映一定频率情况下所取历时的平均降雨强度t，p与t的关系，称为短历时暴雨公式。暴雨公式最常见的形式为：
式中：，p-为历时为p，频率为的最大平均降雨强度（毫米/小时）。
Sp-为t=1.0h的最大平均降雨强度，与设计频率有关（毫米/小时）。
t-为暴雨历时（小时）。
n-为暴雨衰减指数。
(七)设计的面雨量计算
根据上述方法可求得设计流域中心点的各种历时点暴雨量，应用时需要降点暴雨量转换成流域平均暴雨量。即面雨量。可在水文***集中查到。
(八)水文比拟法
对流域的气候、地形及下垫面情况基本相同的站，故以相邻的水文站作为参证站，采用水文比拟法计算所求站的设计洪水。选样是以年最大值法，洪水系列缺乏调查洪水时，按连续系列进行频率分析。计算参数初始值，采用皮尔逊-Ⅲ型曲线目估、适线，在适线时，着重考虑曲线中、上部较大的洪水点据，并按下式计算：
式中：
Q设-设计洪峰流量。
Q参-水文站设计洪峰流量。
F设-工程控制流域面积，平方公里。
F参-水文站控制流域面积，平方公里。
几种方法计算比较，水文比拟法较推理公式法偏小近一倍。
结语
中小流域多数都缺乏实测水文水文资料，所以推求中小流域设计洪水，一直是设计中、小型水利工程工作中的一个难点，现行推求中小流域设计洪水的频率计算方法，难以应用于无资料的中小流域地区，因此，必须为无资料地区中小流域设计洪水的计算，寻求一个可行的途径，以免设计洪水计算成果与实际偏差太大，推求中小流域设计洪水时采用雨量资料，经合理分析后，认为该成果是合理可靠的，为无资料地区的中小流域设计洪水的推求，提供一个可行的思路。使用效果良好，可以在中小流域推广使用。
参考文献
[1]肖琳.小流域设计洪水过程线的简易计算方法[J].农田水利与小水电.1988(07)
[2]刘俊萍,张俊芝,袁伟斌.基于GIS的小流域设计洪水计算[J].中国农村水利水电.2012(01)
[3]卢昌,于丽玲,卢昊.用经验概化方法推求林区中小流域设计洪水[J].黑龙江水利科技.2005(06)
[4]陈少平.汉中地区特小流域设计洪水计算方法的探讨[J].西北水力发电.2006(S1)
[5]王克平,许清香,冯民权.无资料地区小流域设计洪水计算方法研究[J].电网与清洁能源.2008(07)
转载请注明出处学文网 » 中小流域设计洪水计算方法