小流域设计洪水计算方法探讨

郭涛

（辽宁省沈阳水文局，辽宁沈阳110043）

［摘要］小流域洪峰流量形成与大流域不同，其特点是单项因素（雨强、地形、植被等）的变化作用比较突出。文中将小流域洪峰计算分解为河槽调蓄和山坡汇流二部分，充分考虑山坡水流过程对洪峰流量的影响，综合考虑汇流面积、汇流时间、河槽糙率、断面形状等因子进行洪峰流量计算。

［关键词］裂小流域汇流：洪峰流量：设计洪水；净雨强度；山坡汇流；河槽调蓄

1 问题提出

在小河流山洪灾害调查评价工作中，经常要进行小河流设计洪水计算，常用的方法有：推理公式法、经验公式法、综合单位线法和水文模型等方法，辽宁省常用经验公式法计算公式：

式中：QP——设计洪峰流量，m3/s；φP——径流系数；iP——降雨强度，mm/s；F——流域面积，km2。

但该公式的适用条件为流域面积要大于200 km2以上。在实际工作应用中，当流域很小时（汇流时间小于1 h），计算出的设计洪峰流量合理与否无法验证。介绍另一种算法，对同一流域进行计算，以验证原计算成果的合理性，供参考。

2 洪峰流量分析

对于小流域的洪水过程，在暴雨不均匀的情况下，洪峰流量的形成应该是部分流域面积同时汇流造成的洪峰，而全流域面积同时汇流造成的洪峰，只有在暴雨均匀的情况下才有可能发生，属于一种特例。

洪峰流量发生的规律是：净雨强度与最大同时汇水面积的乘积为最大时所形成。说明见图1。

图1（a）表明：净雨强度随时间增加而减小，是减函数；1（b）表明，汇流面积随降雨时间增加而增加，是增函数；1（c）表明，各对应时刻净雨与汇流面积组合（相乘）形成流量的规律。各对应时刻净雨与汇流面积相乘形成了流量，它随时间由小到大，到某一时刻出现了流量的最大值，即洪峰流量。它的出现并不在f=F和t=τ的时候，而是在一个特定时刻，这个时间称为形成洪峰时间，用tQ表示，其相应的汇水面积即是形成洪峰的同时汇水面积。

小流域洪峰流量形成与大流域不同，其特点是单项因素（雨强、地形、植被等）的变化作用比较突出。而大流域各单项因素在流域内的不同区域里分布不均匀而相互补偿，单项因素的计算值更具有综合性。另外，小流域主河槽相对较短，河槽调蓄影响较小，而山坡水流过程对流量的形成影响较大，而大流域正好相反。因此，影响小流域洪峰流量的因素很多，其主要因子为水量大小和汇集运动。

3 洪峰流量计算及检验

计算公式：

式中：QP——设计洪峰流量，m3/s；C——径流系数；S——降雨强度，mm/s；F——流域面积，km2；P——形成洪峰汇流面积系数，P=f/F由暴雨衰减系数查表1而得；P1——形成洪峰汇流时间系数，

由暴雨衰减系数查表1而得；n——暴雨衰减系数，短历时为n1、长历时为n2；

其中：K1——河槽汇流因子；K2——山坡汇流因子；

实际计算时，首先假定tQ＜t0＜1，采用短历时暴雨衰减系数n1、根据计算公式算得洪峰流量QP。然后依据

计算tQ，若满足假定条件，

则设计洪峰流量计算正确。

4 计算实例

以本溪市南芬区思山岭街道黄柏峪村所在小流域为例，计算设计洪峰流量。小流域地处辽河三级支流—细河流域上。

已知

表1 暴雨衰减系数表

n1P1P 0.30 0.82 0.97 0.35 0.79 0.96 0.40 0.75 0.94 0.45 0.71 0.92 0.50 0.67 0.89 0.55 0.62 0.86 0.60 0.57 0.82 0.65 0.52 0.77 070 0.46 0.71 0.75 0.40 0.64 0.80 0.33 0.56 0.85 0.26 0.45 0.90 0.18 0.33

计算结果：

再由tQ=1.00，可知tQ＜t0＜1,即原假定成立，洪峰流量计算正确。

5 结语

由以上计算可知，当采用后者公式计算时，由于充分考虑了河槽汇流和山坡汇流，计算出的设计流量略小。由计算过程可知，山坡汇流对计算流量的影响较大，所以实际应用时，对流域的长度和比降的量算要精确。两种方法计算的设计洪水相差不大，满足设计要求。

［中图分类号］P333

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2017）06－0037－02

[收稿日期] 2017-01-11