淺談設(shè)計洪水的計算
摘要：在實際的工作中，設(shè)計洪水的推求直接影響到工程的規(guī)模，因此，取用合理的計算方法，推求設(shè)計洪水，對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，淺談一下本地區(qū)設(shè)計洪水的計算方法，對于同類型的地區(qū)有一定的借鑒作用。
關(guān)鍵詞：設(shè)計洪水；計算
在水里工程規(guī)劃設(shè)計中，確定工程規(guī)模所依據(jù)的洪水（洪峰、洪量或過程線）我們叫設(shè)計洪水。設(shè)計洪水推算過大，就會使工程造價增加很多，但工程的安全系數(shù)增大，反之，設(shè)計洪水過小，雖然工程造價會降低，但工程受到破壞的風險也加大。因此，合理分析計算設(shè)計洪水是解決工程規(guī)劃設(shè)計中安全和經(jīng)濟矛盾的重要環(huán)節(jié)。
設(shè)計洪水可根據(jù)流量資料推求，但在實際的工作中，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)計洪水。先根據(jù)當?shù)氐谋┯曩Y料計算確定設(shè)計暴雨，再推求由它所形成的洪水即為設(shè)計洪水。
一、設(shè)計洪水計算方法
一般本地區(qū)計算的方法有：
1、廣東省綜合單位線法
此方法是通過對納希瞬時單位線方法的深入分析，汲取國內(nèi)外經(jīng)驗，結(jié)合廣東省實際驗算，提出了一套具有廣東省特點的綜合單位線方法。該方法產(chǎn)流分析采用初損后損法，匯流分析主要是應用線性系統(tǒng)識別的最小二乘法解算經(jīng)驗單位線，綜合給出分區(qū)分類的以無因次單位線ui～xi表達的經(jīng)驗線型，并從設(shè)計條件出發(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m1的關(guān)系。設(shè)計計算時，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算時段Δt，按所屬分區(qū)分類典型無因次單位線ui～xi的K及Δt時段單位線的一階原點矩計算tp，即可求出Δt時段單位線，根據(jù)設(shè)計凈雨過程按一般單位線推流方法推求設(shè)計洪水過程線，同時求得設(shè)計洪峰流量�！�
2、推理公式法
推理公式法是先求設(shè)計洪峰流量，再推求設(shè)計洪水過程線。
推理公式法設(shè)計洪峰流量的計算公式如下：
式中：
Qm—設(shè)計洪峰流量（m3/s）；
h—在全面匯流時代表相應于τ時段的最大凈雨，在部分匯流時代表單一洪峰的凈雨（mm）；
F—集雨面積（km2）；
τ—流域匯流歷時（h）；
m—匯流參數(shù)；
L—沿主河從出口斷面至分水嶺的最長距離（km）；
J—沿流程L的平均比降。
推求設(shè)計洪峰流量Qm的關(guān)鍵在于正確確定匯流參數(shù)m，m值偏大偏小直接導致Qm偏大偏小。
3、等流時線法
等流時線是在流域上勾繪的一組等值線，每條等值線上各點的水質(zhì)點，將在一定時間同時到達出流斷面。兩條等流時線間的面積稱為等流時面積，按順序用、、、…表示，其匯流時間分別等于、、、…。
出流斷面在時刻的流量是由第一塊面積上本時段的凈雨，第二塊面積上前一時段的凈雨，第三塊面積上前二時段的凈雨…合成的。公式如下：
式中、、、…分別表示本時段、前一時段、前二時段…的凈雨量。應用此式，可求出出流斷面的流量過程線。
等流時線的演算方法首先在流域圖上作出等流時線。一般的大中河流，坡面漫流時間比河槽匯流時間短得多，可以不計。只要根據(jù)河網(wǎng)的分布圖及河道上水流速度，即可制作等流時線。設(shè)選定匯流速度為，時段長為，則就是兩條等流時線之間的距離。然后取河網(wǎng)分布地圖，在河道量出河長（自出流斷面起算）為、、、…等等分點，用曲線連接這些分點就得到等流時線圖。由于各支流都有各自的分水嶺，所以等流時線與等流時面積都不一定連續(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面積、、、…。又把降雨扣除損失，示得時段凈雨量。凈雨量的時段劃分應與畫等時線所取的時段長相等。有了這些數(shù)據(jù)，就可用公式（a）推求出流過程。
4、平均排除法
平均排除法的計算公式如下：
式中Ci—各地類的徑流系數(shù)；
Ai—各地類的面積（km2）；
Hp—設(shè)計暴雨（mm）；
Ei——各地類的蒸發(fā)量（mm），本次未考慮；
hi—各地類滯蓄水深（mm），水田魚塘按100mm；
W1—水閘自排排水量（m3），根據(jù)分析，當發(fā)生設(shè)計暴雨時不可能開閘排水，W1＝0；
T—排水時間，取T=22h。
5、廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式
小于10km2，可以用廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式：
Qp＝CpH24F0.84
式中：
Qp－洪峰流量（m3/s）
Cp－隨設(shè)計暴雨頻率不同而變化的系數(shù)，
P=10％時，Cp＝0.044（本地區(qū)）
H24－24小時設(shè)計暴雨（mm）
F－集雨面積(km2)
二、各方法的比較
一般來說，推理公式法應用于山區(qū)河流比較準確，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，與實際有一定的誤差。由于推理公式法對降雨過程的變化沒有充分考慮，主洪峰不論匯流時段的降雨變化如何，一概按照統(tǒng)一模式將過程概化為6點折腰多邊形，其他時段概化為三角形，導致雨洪不甚對應；同時，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)在降雨時段之末，主峰后的次峰則出現(xiàn)在降雨時段開始后的匯流時段之末；推理公式中次峰的匯流時間與主峰匯流時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段單位線是根據(jù)單位線滯時及給類典型無因次單位線推求，較能反映集水區(qū)域洪水特點；設(shè)計洪水過程根據(jù)設(shè)計凈雨過程逐時段推求，能較好反映降雨過程的變化；洪峰流量和洪水過程線的推求也有機結(jié)合在一起。總體上廣東省綜合單位線方法優(yōu)于推理公式法，因此在兩種計算方法算出的洪峰流量成果進行協(xié)調(diào)后，原則上選取廣東省綜合單位線法計算成果。
等流時線法考慮了匯流速度，集雨面積形狀，匯流線路距離等影響，比較符合實際，計算需要較詳細的地形資料，通過實測降雨資料檢驗，比較符合實際，所有本文設(shè)計來水過程采用等流時線法成果。
徑流系數(shù)法只能計算總的來水量，無法計算每個時段的來水過程，它是根據(jù)各類土地的存水不同，采用徑流系數(shù)進行折減后，得出各類土地的產(chǎn)水量，再匯總形成總產(chǎn)水量。
廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式一般是小于10km2才可以用。
結(jié)合本地區(qū)的特點，再資料較詳細時，可用等流時線法，但本地區(qū)大部分沒有實測的暴雨洪水資料，屬于無資料地區(qū)，其洪峰流量的計算主要參照《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》（1991年）（以下簡稱《手冊》兩個文件。因此，常用廣東省綜合單位線法或推理公式法進行計算。計算時，首先由各歷時點暴雨統(tǒng)計參數(shù)等值線圖查算工程集水區(qū)域中心點的各歷時點設(shè)計暴雨量，按暴雨定點定面關(guān)系換算為相應的面設(shè)計暴雨量，以同頻率不同歷時面雨量長包短控制按設(shè)計雨型求出設(shè)計暴雨的時程分配（即設(shè)計毛雨過程）；經(jīng)產(chǎn)流計算得設(shè)計凈雨過程，再通過廣東省綜合單位線法或推理公式法進行匯流計算，求得設(shè)計洪水過程線及洪水總量。
三.結(jié)語
在本地區(qū)已建的工程中，已經(jīng)多次應用等流時線法和廣東省綜合單位線法或推理公式法進行計算，效果較為理想，對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，淺談一下本地區(qū)設(shè)計洪水的計算方法，對于同類型的地區(qū)有一定的借鑒作用。但同時限于筆者水平和認識有限，還有很多方法未提及，需繼續(xù)在工作中結(jié)合實踐，進一步探求�！ �
