辽宁省无资料地区设计暴雨洪水计算方法的研究.docx
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辽宁省无资料地区设计暴雨洪水计算方法的研究
辽宁省无资料地区设计暴雨洪水计算方法的研究
辽宁省无资料地区设~1-
暴雨洪水~1-算75-法的研究
唐继业吴俊秀单丽
（辽宁省水文水资源勘测局）
江秋兰
（辽宁省水文水资源勘测局抚顺分局116000）
【摘要】本文针对辽宁省水工程设计中的实际情况,在认真总结经验的基础上,对流域特大暴雨重现期进行了探
讨;根据不同地区的产流特点,提出了分层扣损的饱卸产漉及非饱和流模型;建立了辽宁中部平厚区的三水”转
亿摸型;提出了综台经验单位线转换为瞬时单位线的流计算方法;在小流域设计洪永计算上,建立了推理公式辽
宁击和概化过程发法.形成一垂适合辽宁特点的无资料地区设计暴雨洪水计算方法.
【关键词】重现期模型单位巍
无资料地区暴雨洪水计算问题,一直是国内外水学科专
家学者在不断探索和研究的课题.《辽宁省中小河流（无资料
地区）设计暴雨洪水计算方法》一书经过3年的工作编制完
成.该书通过对大量水文气象资料分析.全面阐述了辽宁省
暴雨,洪水时空变化规律,探人分析了暴雨洪水相关参数,提
供出设计洪水计算的新理论,新方法和一系列新图件基础
资料详实可靠,计算方法先进,综合成果符合部颁档计洪水
计算规范》要求.
l基本资料与系列代表性分析
1.1基本资料
车成果分析暴雨资料的选用时段为最大10rain,Ih,6h,
24h,3d等5个时段.资料系列取自有资料以来截止到1995
年,选用站数达306站,年限在25～9O年之间,共有12857
站年.系列最长的站是沈阳,大连,营口,均为91年,起讫时
间为1905—1995年.
1.2亲列代表性分析
首先从定性上开始,绘制各次实测大暴雨等值线图,了
解气象成因与天气系统组合;绘制3d,24h暴雨各站历年实
测最高记录图;综合各次大暴雨等值线图,将历次笼罩范围
用不同颜色标在一张图上;综合各河洪水调查成果,绘制历
史大洪水笼罩范围用不同颜色标在一张图上;通过绘制长系
列站正倒累进均值,,∑（k一1）等分析图,识别丰枯水的交
替变化规律,判别代表性较好的时段和站别.在此基础上,又
做了定量分析:
长短系列对比分析,典型站改正以及暴雨重
现期怙算.
1.3暴雨重现期估算
此方法基本假定:
雨洪长系列中特大,次大的个数是相
应的;中小流域特大雨洪同次出现的机率基本一致;气候地
形一致区的暴雨可以移置.
基于以上假定后基本做法为:
选取某测站以上流域内有
特大暴雨和相应洪水的年份,根据洪水调查和历史文献的考
证,先确定洪水的重现期,再作流域内均匀雨量点不考虑重
现期的点雨量理论频率计算,求出各雨量点的均值及cv值
的流域平均值.又在流域平均附近,假设一组cv值,在
频率格纸上点绘K一N线,用各点求出的K值.在图上
查出不同cv值相应该次暴雨各点值的重现期jv,将各个
值相应的重现期相加求算术平均值,取与同攻洪水重现
期相等或接近的值,则流域内暴雨中心点雨量的重现期即
为所求.
2产流计算方法
在总结经验的基础上,应用填洼,下渗和水动力学原理,
分析全省东部湿润或半湿润,西部干旱或半干旱和中部平原
区的产流特点,提出适应不同地区的产流模型.
2.1东部,北部饱和产流模型
辽宁省东部,北部地区属于湿润或半湿润地区,特别是
东部地区年降水量较大,植被好,土壤覆盖层的下渗能力较
大,在流域内的大部分土地上,当土壤缺水量尚未满足时,所
有降雨都被土壤所吸收,不宜超渗产流.这部分地区采用饱
和产流模型,即辽宁饱和产流数学模型.蓄水容量曲线采用
指数曲线型,产流面积公式为:
F
otz.0=l—e一
（1）
式中——产流面积,k;
F——流域面积.k;
P_—一降雨量,mln;
._一流域特征参数.
产流计算公式为:
1,
R=P—1一D}（1一e）{2）,口,
式中R——径流量,rain;
o——流域韧始蓄水量,mm.
根据已有资料,优选出参数.蒸发采用双层扣损法.
2.2西部非饱和产流模型
辽宁省西部为干旱半干早地区,年降水量偏少,土壤下
.,
43..
渗能力较差,降雨后产流与否与流域包气带缺水量无关.主
要取决于雨强与下渗率的关系.根据霍顿下渗公式及其物理
意义,结合分析该地区的产流特点,模拟出非饱和产流模型:
下渗率在流域上分布是不均匀的,可用指数曲线来模拟下渗
率在流域空间分布特征,产流面积公式为:
=l—e（3）
式中b——流域参数,它反映流域下渗率的分配特征;
产一下渗率,mm/h.
时段径流深计算公式为:
一
R=AP—f（1一亨）zit（4）
f一=f—t+f—z=（）（,m—P
+
【一（）㈤
式中A一时段降雨量,mm;
——时段平均下渗率,mm/h;
i——时段平均雨强.mm/h;
L——流域最大蓄水量,mm;
P.——蓄水量,mm.
设计情况下,辽宁经过分析采用P.t=20ram,P.T=
40111/33
经验数据;
——稳定下渗率,mm/h.
根据已知资料.优选出参数
2.3中部平原区”三水”转化产漉模型
辽宁省中部平原区是辽宁省心脏地区.该地区地势平
坦,浅层土壤由亚沙土和亚粘土组成,土壤人渗能力较强,地
表径流较小.地下水开采较频繁,地下水运动以垂直交换为
主,水平运动微弱.该地区设有台安实验站,主要对天然流域
和潜水动态进行实验研究,从平原区”三水转化的物理概念
和转化规律出发,针对辽宁省平原区水资源特点,在实验研
究的基础上,研制了适应于该区的”三水转化模型.这一模
型将包气带土壤计算层分为上下两层,两层各有土壤张力水
的蓄水容量（田问持水量）WUM,fiLM作为各自土壤含水量
WUWL的上限.当流域的降水量到达地面,使上层土壤蓄满
并满足蒸发后,剩余的降水量RC补给下层,它使下层土壤
蓄满井满足土壤蒸发后剩余的水量RT,称为总产水量.总产
水量RT经过地下水库的调节,超出包气带重力水的蓄水能
力的水量称为地表径流量,所剩余的水量RG（RG=
RT—RS）为降雨人渗补给量.
231甚产水量r的计算
根据蓄满产流原理,流域的总产水量与土壤张力水的蓄
水容量分布有关,流域蓄水容量分布可用指数型曲线描述,
其产流面积公式为公式
（1）,总产水量公式为公式
（2）
2.32地表径流量酌计算
平原地区由于地势平坦,坡度小,河槽切割鞍浅,用上述
计算公式所计算的总产水量不能全部流出,而是通过包气带
重力水窖蓄人渗补蛤地下水库调节.水库的库容随地下水的
埋深而定,地表径流量与水库容量有关.由于流域各
点的重力水蓄水容量不同,可用抛物线型曲线来描述流域重
力水容量分布特征,其产流面积公式为:
—
44.
=
Fo
=1一（1一而VM）（6）
式中吼f——流域平均最大重力水容量（吼f=iooov2.u,
其中zⅣ为潜水极限埋深,m:
为给水度）;
一
最大点重力水容量.mm;
一
经验参数.
地表径流计算公式为:
RS一（Ⅲ+Ⅲ（』一气）”‘㈩
地下径流计算公式为:
RG=RT—RS（8）
式中——初始重力水容量,inla3;
co——相应的最大点重力水容量.roll|.
3汇流计算方法
在对辽宁省气候和自然地理条件分析的基础上,采用了
综台经验单位线法进行汇流计算,即分析单位时段内由单位
深度（10mm）的平均分布净雨量所产生的地面过程线（单位
线）.在此基础上对单位线的要素（洪峰流量,上涨历时）应用
地区综台的方法与流域特征（流域面积,河长,比降）建立相
关关系,求得经验公式.再借助瞬时单位线的理论公式,通过
一
定形式的转换,利用S（z）曲线求出任意时段的单位线.
3.1流域特性分析与经验公式
在单位线形成过程中,流域自然地理因素影响有两千方
面:
一十是水文地质,植被覆盖;另一个是流域几何特征,在
进行水文分区综台时,前一个因素可直接反映在经验公式系
数里,而后一个因素正式向无资料地区外延的参数,直接和
单位线峰值,上涨历时相关.在建立相关线时,根据每个几何
特征的影响程度,经过优选,找出单位线峰值q与』”.
..F关系较密切（为流域面积,k;f=F/为流域形
状系数;J为河道平均坡度,‰;L为河长,km）;单位线上涨
历时h与J关系较密切.
（1）综台经验单位线洪峰q公式（△t=lh单位线峰
值）:
q=DM（9）
式中M=J.一一,;Dg分别为相关线的截矩和斜
率,各个水文分区取不同的值.
（2）综台经验单位线上涨历时z公式:
z:
A’G（10）
式中G=—=;A,b分别为相关线的截矩与斜率,各个水
√J
文分区取不同的值.
3.2综台经验单位线转换为瞬时单位线
目前汇流计算大部分采用纳希（J.ENash）的瞬时单位
线法,此方法的难点在于参数n,K的推求.我们趋向于摆脱
纳希的求矩法,避免参数难以综台的缺点先按综合经验单
位线法确定其峰值和上涨历时,通过一系列的变换,求得参
数n,K和瞬时单位线,再通过s（I）曲线转换为任意时段的单
位线
4小流域（小于300km?
】设计洪水计算方法
集水面积小于300km的设计洪水计算（下转第48页）
表5溢流堰面灌浆前压水试验成果表
\Ⅸ间（）0～
0.1O1—30
满泵送水
项目,\抬不起压力
段旋95l9
频率（%）27.2l5.26
累计（%）272424lG0
表6检查孔透水率分布范围统计
03一l0l5
监理棱准其单元工程合格率100%.17个单元工程被评为优
良,2个单元被评为台格,优良率895%,分部工程台格率
l呻%.优良率100%.
7防渗标准值之探讨
两年来的灌浆工程实践,发现设计防渗标准偏低,10Lu
的数值过大,不适台作为化学灌浆的防渗标准.例如:
15?
坝段
（0+3185）检查孔压水试验吸水量为10L,流量044L/rain,
透水率为074Lu,虽然小于1.0Lu的防渗标准.但数值偏
大:
经监理决定对此检查孔进行灌浆试验,结果灌进约lL浆
液,其原目标孔灌进3.3Lc这说明水泥灌浆压水试验其透水
率的台格标准不适台化学灌浆.
根据对检查孔透水率分布范围的统计（见表6）可以看出
检查孔透水率吕荣值小于0.01Lu的孔数有45孔,占总检查
孔孔数的71%.小于0.1Lu值的有55孔,占总检查孔孔数的
87%.小于03Lu值的有58孔,占总检查孔孔数的92%.实
践证明化学灌浆压水试验透水率的肪渗标准应选择0.1—
0.3Lu为宜.
8效果评价
日.灌浆封闭区域灌浆效果良好.
h灌浆前压水试验进水量尢的孔及缝眯灌人的浆液都
较多.
c.从溢流面和观测廊道灌浆前后的外观查看,灌浆前渗
蔼不止,灌浆后缝面干爽,堵漏效果显着.
d.从检查孔压水试验资料看出,进水量大大小于灌浆
前的压水试验进水量;透水率在00.74Lu之间,明显小于
灌浆前的透水率,且符台防渗设计标准.△
[作者简介]陈三湘,男,监理工程师
崔在旭,男,技术员,监理员
（上接第44页）方法,是采用经验相关与成因推理相结合的
途径
4.1设计洪峰流■公式
Q=0.278ip’F【11J
i=（12）
7
7:
fl’1（13）
J
式中Q——设计洪峰流量,m3/s;
设计洪峰径流系数;
ie——相当于汇流时间的设计面暴雨强
度,mm/h;
F——集水面积,kmz;
广一定频率下T历时的设计面雨量.nun;
r——汇流历时.h;
L——河流长度.km;
J——河道平均坡度,%.;
X,卜一地区汇流参数.
4.2设计洪■公式
=01a’’F（14J
式中n——洪量径流系数
4.3设计洪水过程
采用概化三角形和流域形状系数法推求过程.前锋用概
化三角形法,主峰用形状系数法.计算形状系数公式:
东部地区:
7=l15）
西部地区:
=（J6）
式中w”——最大24h设计洪水总量,:
—
48..
Q——设计洪峰流量,m’/s
5设计洪水的检查与验证
收集了大量集水面积在2000km以下.有水文资料的站
（库）点的设计洪水对本成果进行了较全面检查与验证:
a.运用1995年实际出现的特大暴雨洪水资料,验证辽
宁省的产汇流模型精度.大伙房水库:
实测径流深2832mm,
本方法推求的径流深为2643mm,误差6.7%;柴河水库:
实
测径流深247.2mm,本方法推求的径流深250.9mm,误差
1.5%;清河水库:
实测径流深2466tam,本方法推求的径流
深246.7mm.误差0;东洲站:
实测径流深405.7mm,本方法
推求的径流深382.0mm,误差5.8%;太东山堡站:
宴测径流
深392.2mm.本方法推求的径流深388.1mm.误差1.0%
b.收集设计院作的11个站（库）点的洪峰频率计算设
计成果,与车方法计算的结果相对照,误差均在允许范围之
内.收集1985年的观音阉水库和1996年的白石水库的初设
以及三查三定时的”水库特性汇总成果,结台豇河规划的有
关设计材料,从中选择具有水文资料的48个站（库）点,与已
有成果进行比较,其检验的精度为:
东部鸭绿江流域:
洪峰平
均误差8.9%,洪量平均误差6.3%;中部辽,浑,太丑东南沿
海:
洪峰平均误差8.0%,洪量平均误差8.7%;西部大小凌
河及饶阳河流域:
洪峰平均误差7.5%,洪峰平均误差
7.8%
6结语
《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方
法》在分析暴雨资料的基础上,编制出各种历时暴雨参数等
值线图,时面深关系和设计雨型;增加了超短历时（最大
10rain）暴雨等值线图丑10—60rain的暴雨衰减指数等参
数,为超小流域设计暴雨提供了科学依据.盛
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