鄧超聯(lián)，吳亞楊

(1.深圳市廣匯源水利勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518020； 2.國家電投集團(tuán)廣西興安風(fēng)電有限公司，廣西 桂林 541300)

河流的防洪安全是水務(wù)工作的重點(diǎn)，河流洪峰流量計(jì)算是水利設(shè)計(jì)項(xiàng)目的關(guān)鍵一環(huán)。在缺乏實(shí)測流量資料情況下，水利設(shè)計(jì)工作中常采用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水方法[1- 2]，廣東省水利設(shè)計(jì)主要有綜合單位線法、推理公式法和廣東省洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式法[1]。在實(shí)際應(yīng)用中，三種方法所需的數(shù)據(jù)及計(jì)算方法有所差別，綜合單位線及推理公式方法需要輸入各歷時(shí)(1/6h、1h、6h、24h、72h)暴雨參數(shù)及相關(guān)地理參數(shù)(流域面積、河長、河道比降)經(jīng)產(chǎn)匯流理論計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，而經(jīng)驗(yàn)公式方法僅需要24h暴雨參數(shù)及相關(guān)地理參數(shù)通過簡單公式計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。一般而言，計(jì)算參數(shù)越多，需要資料則越多。雖能反映流域的地域特性，但由于計(jì)算相對復(fù)雜，且各參數(shù)取值差異性較大，從而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不確定性增大[3- 4]。因此，在具體工程計(jì)算中如何選用方法至關(guān)重要，使計(jì)算成果既簡便又符合設(shè)計(jì)精度要求。

根據(jù)《深圳市2016年水務(wù)統(tǒng)計(jì)手冊》[5]統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，深圳市集雨面積大于1km2的河流共計(jì)310條(如茅洲河、觀瀾河、龍崗河、坪山河、深圳河)，1～10km2的小河流241條[4](如牛湖水、鵝公嶺河、木古河、石溪河)，兩者之比為77.7%，小河流占比較大。而小流域設(shè)計(jì)洪水時(shí)，綜合單位線及推理公式方法必須量測流域特征指標(biāo)[6]，如坡降和河長，或需要超短歷時(shí)(1/6h)暴雨資料，由于工程條件限制或超短歷時(shí)暴雨資料缺乏，上述兩種方法在使用中受到一定程度限制。另外，經(jīng)驗(yàn)表明，采用綜合單位線方法計(jì)算小流域洪峰流量結(jié)果偏大。按照《廣東省暴雨徑流使用手冊》[3]，除水庫工程外，集雨面積小于10km2的其它工程，可采用洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式。因此，結(jié)合實(shí)際情況，廣東省洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式是最適合的推算深圳市河流洪峰流量的方法之一，具有廣泛性、實(shí)用性和便捷性。

因此，文章以深圳市10km2以下的河流為研究對象，利用既與洪峰流量相關(guān)性最大又容易獲得的計(jì)算參數(shù)，如集雨面積、降雨量等，開展河流洪峰流量成果的量級化分析研究，從而在驗(yàn)證洪峰流量計(jì)算成果合理性方面有直觀的判斷，并應(yīng)用于深圳市實(shí)際工程設(shè)計(jì)中。

1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法

1.1 原理

《廣東省洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式》的計(jì)算方法適用于除水庫工程外、集雨面積小于10km2的水利工程，其綜合圖解試錯法和最小二乘法確定參數(shù)[3- 4]。其形式有兩種，一種引入?yún)?shù)θ=L/J1/3反映河流的匯流因素[4][7]的形式，見公式(1)和(2)，另一種考慮較難量取河長L及河流平均坡降J時(shí)選用的形式，見公式(3)。

C1洪峰經(jīng)驗(yàn)公式：

QP=C1H24PF0.84/θ0.15

(1)

θ=L/J1/3

(2)

C2洪峰經(jīng)驗(yàn)公式：

QP=C2H24PF0.84

(3)

式中，QP—洪峰流量，m3/s；C1、C2—隨頻率而異；H24P—相應(yīng)頻率24h暴雨值，mm；F—集雨面積，km2；θ—河流的匯流因素；L—河流長度，km；J—河流平均坡降?？紤]小型工程對流域特征值中的河長L—河流平均坡降J值資料難以量取，為計(jì)算簡便，常采用公式C2，故文章計(jì)算洪峰流量時(shí)采用C2公式。

表1 廣東省洪峰經(jīng)驗(yàn)公式C1、C2隨頻率的取值

一般情況下，當(dāng)集水區(qū)域內(nèi)中小型水庫控制面積超過本工程集水面積15%時(shí)，必須考慮洪水的地區(qū)組成[3]。在實(shí)際工作中為偏安全考慮可忽略水庫調(diào)蓄能力不進(jìn)行洪水組合，一方面深圳市小型水庫眾多，64座小(1)型水庫和83座小(2)型水庫，水庫的調(diào)蓄能力不高；另一方面深圳市水庫下游和河流周邊的區(qū)域人口密集，防洪壓力大，工程設(shè)計(jì)時(shí)較多偏安全考慮。因此，文章計(jì)算河流洪峰流量時(shí)不考慮洪水組成工況，按天然情況進(jìn)行計(jì)算。

1.2 計(jì)算步驟

(1)計(jì)算流域集雨面積值F。利用地形圖勾畫河流各斷面以上的流域面積，當(dāng)F<10km2時(shí)，可采用C2洪峰經(jīng)驗(yàn)公式。

(2)推算相應(yīng)頻率24h暴雨值H24P。分析河流附近滿足“三性”(代表性、可靠性和一致性)的雨量站獲得24h暴雨均值H24和變差系數(shù)CV；若無，則參考其所屬的9大流域雨量成果資料。利用CS=3.5CV，求得模比系數(shù)KP，即可求得H24P=H24KP。

(3)模擬洪峰流量QP。將F值、H24P值和表1中C2取值代入公式(3)，則可求得河流的洪峰流量值。

2 暴雨資料數(shù)據(jù)分析

深圳市水務(wù)部門向來重視水文資料的編印，《深圳市水文資料年鑒》匯編了33個(gè)雨量站點(diǎn)資料，政府和相關(guān)企事業(yè)單位在2005年、2014年和2016前后相繼匯編了《深圳市防洪(潮)規(guī)劃報(bào)告(修編)(2002～2020年)》[8](以下簡稱《2004年防洪潮》)、《深圳市防洪潮規(guī)劃修編及河道整治規(guī)劃 河道整治規(guī)劃報(bào)告(2014～2020)》[9](以下簡稱《2014年防洪潮》)和《深圳市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃(全市簡本)》[11](以下簡稱《2015年排水防澇》)。兩個(gè)防洪潮成果列出了深圳市5大流域的點(diǎn)雨量均值H24和變差系數(shù)Cv，《2015年排水防澇》成果提出了9大流域的H24P，見表2[8- 10]。

由于文章擬將雨量資料應(yīng)用于集雨面積小于10km2的河流，故設(shè)計(jì)雨量不需作點(diǎn)面折減[3]?！?014年防洪潮》和《2015年排水防澇》匯編時(shí)間相近，通過比較其成果，兩者相差不超過6%，差異較小，且由于《2015年排水防澇》包括更多流域成果，為保持一致性，文章引用《2015年排水防澇》的H24P設(shè)計(jì)雨量值。從表2可看出，深圳市東部的大鵬灣水系、大亞灣水系和深圳河流域的年最大24h設(shè)計(jì)雨量值較其它流域大。

3 方法應(yīng)用

以深圳市集雨面積小于1km2和1～10km2的小流域河流作為研究對象，結(jié)合已有的流域設(shè)計(jì)雨量成果，利用廣東省洪峰經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算其河流洪峰流量，從而獲得深圳市9大流域相應(yīng)面積范圍的河流洪峰流量量級化數(shù)據(jù)。

3.1 研究對象

在河流集雨面積F<10km2范圍內(nèi)，根據(jù)深圳市官方統(tǒng)計(jì)成果劃分多個(gè)流域不同面積河流。深圳市各大流域的河流數(shù)量分布見表3。

表3 深圳市各流域河流數(shù)量分布 單位：km2

注：深圳市對集雨面積F<1km2的河流數(shù)量未統(tǒng)一，因此文章未列出。

表2 深圳市各流域年最大24h設(shè)計(jì)雨量H24P成果表

注：《2014年防洪潮》成果采用《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》[11]查算成果。

3.2 洪峰流量計(jì)算

將表1的C2、表2的H24P代入公式(3)，流域面積按1、5、10km2劃分計(jì)算，結(jié)果詳見表4。深圳市小流域的防洪標(biāo)準(zhǔn)大部分為20年一遇～50年一遇，由表4可看出深圳市小流域河流洪峰流量值的量級化分布，當(dāng)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇時(shí)，流域面積小于1km2的河流洪峰流量小于25m3/s，1～5km2的河流洪峰流量小于96m3/s，5～10km2的河流洪峰流量小于172m3/s。

將表2各流域的H24P取算術(shù)平均值得出深圳市的H24P，集雨面積從0～10km2范圍內(nèi)按遞增1km2劃分，代入公式(3)計(jì)算得到深圳市小流域河流洪峰流量隨面積遞增的變化，如圖1所示。集雨面積1km2以下的河流遭遇5年一遇洪水時(shí)其洪峰流量接近10m3/s，集雨面積10km2以下的河流遭遇5年一遇洪水時(shí)其洪峰流量接近70m3/s。

表4 深圳市各流域河流洪峰流量值

圖1 深圳市小流域河流不同流域面積相應(yīng)頻率的洪峰流量變化圖

4 結(jié)語

在小流域河流洪峰流量簡化計(jì)算、精度滿足要求工作的背景下，文章利用廣東省洪峰經(jīng)驗(yàn)公式方法，對深圳市小流域河流的洪峰流量數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，可為集雨面積小于10km2的工程提供參考。文章引用的各流域雨量資料為官方匯編、通過評審的參考資料，且對年份相近的成果進(jìn)行比較，兩者相差小，引用成果合理可靠。分析對象涵蓋了市各流域，流域面積范圍1～10km2以及防洪標(biāo)準(zhǔn)5～100年一遇各種情況。研究結(jié)果普適性較強(qiáng)，可應(yīng)用于市各個(gè)小流域河流的洪峰流量設(shè)計(jì)。

此外，“河長制”的推行，由各級黨政主要負(fù)責(zé)人擔(dān)任河長，實(shí)地跟蹤督察，統(tǒng)籌抓好河流整治提升工作，協(xié)調(diào)各方解決復(fù)雜水問題。文章提出深圳市各流域河流洪峰流量成果的量級化數(shù)據(jù)，可作為各方現(xiàn)場實(shí)地討論分析問題的初判指導(dǎo)，在檢驗(yàn)洪峰計(jì)算結(jié)果合理性上提供直觀的判斷與理論依據(jù)，為后續(xù)的防洪減災(zāi)水利工程設(shè)計(jì)提供參考。一般情況下，工程設(shè)計(jì)采用的雨量資料應(yīng)自行收集、統(tǒng)計(jì)附近雨量站系列數(shù)據(jù)，經(jīng)過“三性”分析，并與以往成果進(jìn)行比較最后確定。受數(shù)據(jù)可獲取性的限制，文章未進(jìn)行不同流域各雨量站雨量系列資料統(tǒng)計(jì)分析，需在未來進(jìn)一步探討。

[1] 牟萍, 袁明道, 曾錦輝. 廣東省小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核的有關(guān)問題[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2013(09): 22- 23.

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[8] 深圳市水務(wù)局, 深圳市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院. 深圳市防洪(潮)規(guī)劃報(bào)告(修編)(2002～2020年)[R]. 深圳市水務(wù)局, 2005.

[9] 深圳市水務(wù)局. 深圳市防洪潮規(guī)劃修編及河道整治規(guī)劃 河道整治規(guī)劃報(bào)告(2014～2020年)[R]. 深圳市水務(wù)局, 2014: 9- 10.

[10] 深圳市規(guī)劃和國土資源委員會, 深圳市水務(wù)局, 深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司, 等. 深圳市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃(全市簡本)[R]. 深圳市規(guī)劃和國土資源委員會, 2015: 5- 6.

[11] 廣東省水文局. 廣東省暴雨參數(shù)等值線圖[M]. 廣州: 廣東省水文局, 2003.