张家口小流域洪峰流量计算方法的探析

王宁娟

（河北省水利水电勘测设计研究院，石家庄050081）

张家口小流域洪峰流量计算方法的探析

王宁娟

（河北省水利水电勘测设计研究院，石家庄050081）

目前，张家口地区许多工程所在的小流域内没有水文测站和水文资料。为了更好服务于工程设计，分析了张家口地区无实测暴雨径流资料的小流域内设计洪峰流量的计算方法及其优缺点，并给出了适合该地区的计算方法及建议适用范围。

张家口；小流域；洪峰流量

1 基本情况

张家口位于河北省西北部，地处京、冀、晋、蒙四省市交界处，南北长289.2km，东西宽216.2km，总面积3.68万km2。目前，张家口市辖7区13县，地势西北高、东南低，阴山山脉横贯中部，将张家口市划分为坝上、坝下两个不同的地貌单元——坝上高原区和坝下低中山盆地。张家口属于温带大陆性季风气候，境内河流分属5大水系，即大清河水系、潮白河水系、滦河水系、永定河水系、内陆河水系。张家口水文局共下设水文站15处，水位站1处，雨量站212处，蒸发站7处，水情报汛站89处，地下水观测站89处，水环境监测站55处。目前，张家口地区许多工程所在的小流域内是没有水文测站和水文资料的。为了更好的服务于工程设计，本文探讨分析了张家口地区无实测暴雨径流资料的小流域内设计洪峰流量的计算方法及其优缺点，并给出了不同方法的建议适用范围。

小流域一般指集水面积不超过1000km2的小河流，小流域设计洪水是水利、交通、铁路、城镇和工矿企业防洪工程中广泛遇到的问题，其主要特点是：①实测暴雨径流资料短缺，甚至无降雨资料，各种计算方法中有关的参数都需通过地区综合分析确定；②流域面积小，自然地理条件趋于单一，拟定计算方法时，允许适当简化，即作一些概化和假定等。

张家口地区无实测暴雨径流资料的小流域设计洪水，《河北省张家口市水文水资源手册》（1998年，以下简称《手册》）中推荐由暴雨途径间接推算设计洪水。其中关于洪峰流量的推求，《手册》给出了经验公式法和推理公式法两种方法；并说明了经验公式主要适用于集水面积100～1000km2的区域，对于更小的流域，如果没有其他方法可用，适用范围也可适当向下外延，但最小不能小于20km2。根据SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算规范》（以下简称《规范》），流域面积在300km2以下的地区可采用推理公式进行汇流计算。

为分析张家口地区无实测暴雨径流资料的小流域设计洪水适宜的洪峰流量计算方法，考虑到经验公式和推理公式对面积的要求，对7个流域进行了相应计算，同时对于推理公式分别考虑了《手册》和《规范》中推荐的产汇流计算方法。

2 不同方法的对比

2.1 流域特征值

考虑到计算方法对面积的要求，针对7个不同面积的流域，分别采用经验公式和推理公式进行洪峰流量的计算，其流域特征值如表1。

表1 流域特征值

2.2 设计洪峰流量计算

由于所选流域无实测流量资料，故设计洪水通过暴雨途径进行计算。由暴雨途径间接推算设计洪水，包括设计暴雨、产流计算和汇流计算3个环节。

2.2.1 设计暴雨

2.2.1.1 设计暴雨统计参数

小流域设计暴雨历时采用24h，根据《手册》中不同历时暴雨均值H和变差系数Cv等值线图，查得流域中心暴雨特征值，为了进行对比分析，设计暴雨参数皆采用表2值，不再进行折减。

表2 流域暴雨统计参数

2.2.1.2 设计雨型

设计雨型是指暴雨在时间上的分配过程，雨型直接影响到洪水过程和洪峰流量的计算。

根据《规范》，同时结合河北省实际情况，在2000年进行南水北调中线工程初步设计水文分析时，确定了对中小面积交叉河流24h设计雨型统一选用“63·8”暴雨横山岭站雨型，横山岭雨型主雨位属后位，即最大1h雨位位于第17位，比较安全。

《手册》中没有使用雨型，而是直接用以表2基础计算出的设计暴雨，在双对数纸上绘制H～t曲线，内插出1～24h的雨量，作为雨量过程。

2.2.2 产流计算

降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失后，剩下的部分称为净雨，净雨最后转化为径流。降雨转化为净雨的过程为产流过程，产流计算即推算设计净雨过程。

根据《规范》，同时结合河北省实际情况，净雨过程的推求采用初损—平均后损法计算，平均后损值主要根据流域下垫面特性选定，参考河北省南水北调中线工程初步设计水文成果，本次分别选取了平均后损值（稳渗）为3mm/h和5mm/h两种情况进行扣损。计算时由时段面雨量减平均后损值，然后从最末时段向前累加净雨深，直至与总径流深相等为止，其余部分为初损。总径流深则由次暴雨P～径流R关系查得。

《手册》中产流计算过程是用前面所提到的1～24h的雨量过程，直接查次暴雨P～径流R关系，从而得到不同历时的面雨量对应的净雨深。

2.2.3 汇流计算

对于洪峰流量的推求，《手册》中的经验公式法和推理公式法，适用范围最小不能小于20km2。《规范》中的推理公式适用于流域面积在300km2以下的地区。

2.2.3.1 经验公式法

公式基本形式如下：

2.2.3.2 推理公式法

公式基本形式如下：

式中 Qm为洪峰流量（m3/s）；h为在全面汇流时代表相应于τ时段的最大净雨，在部分汇流时代表单一洪峰的净雨（mm）；F为流域面积（km2）；τ为流域汇流历时（h）；m为汇流参数；L为沿主河道从出口断面至分水岭的最长距离（km）；J为沿流程L的平均比降（以小数计）。

其中，汇流参数作为推求设计洪峰的重要因子，河北省在南水北调中线工程初步设计时对其进行了专门研究，并应用于水文计算中m=0.7θ0.137，《手册》中m=0.9θ0.35，其中θ=L/J1/3。 7个流域的汇流参数m值计算结果见表3。

表3 汇流参数m值比较

2.2.4 计算成果

为了分析张家口地区无实测暴雨径流资料的小流域设计洪水适宜的洪峰流量计算方法，考虑到经验公式和推理公式对面积的要求，用同样的暴雨参数对7个流域进行了50年一遇设计洪峰流量的计算，同时对于推理公式分别考虑了手册和规范中推荐的产汇流计算方法。对比结果如表4。

表4 不同流域50年一遇设计洪峰流量成果对比 单位：m3/s

2.3 适用方法的探析

从不同方法的计算过程以及计算结果，同时结合实际工程经验来看，张家口地区小流域洪峰流量计算方法探讨分析如下:

（1）从产流计算过程来看，《手册》中产流计算没有考虑雨型，并且利用次暴雨P～径流R关系查得不同历时的面雨量对应的净雨深，计算过程不符合河北省实际资料情况和规范规定。

（2）从汇流参数m值来看，《手册》中m值公式计算得出的结果远超出规范范围，不符合规范的规定。省南水北调m值公式计算得出的结果即符合我省小流域实际情况，又符合规范的规定。

（3）从计算面积来看，流域面积接近100～1000km2的区域，经验公式与推理公式规范初损后损法、省m值公式计算的结果基本吻合；面积较小的流域，经验公式计算的成果已经失真。这也印证了《手册》中经验公式的适用范围。

（4）从计算结果来看，流域面积在经验公式与推理公式都适用的范围之内（100～300km2），经验公式与推理公式规范初损后损法、省m值公式、稳渗为5mm/h的计算结果基本吻合。

3 结语

为了更好的服务于工程设计，本文探讨分析了张家口地区无实测暴雨径流资料的小流域设计洪峰流量的计算方法及其优缺点，得出结论与建议如下：①流域面积约为100～1000km2的区域，可以使用经验公式；当流域面积小于100km2，经验公式计算的成果已经失真，此时建议使用推理公式规范初损后损法、省m值公式、稳渗为5mm/h的计算方法；②流域面积小于300km2的区域，建议使用推理公式规范初损后损法、省m值公式、稳渗为5mm/h的计算方法。

［1］河北省张家口水文水资源勘测局.河北省张家口市水文水资源手册［R］.1985.

［2］SL44—2006，水利水电工程设计洪水计算规范［S］.

［3］河北省水利厅勘测设计院，河北省水文总站.河北省中小流域设计暴雨洪水图集［R］.1985.

［4］河北水利水电勘测设计研究院.南水北调中线工程总干渠漳河北～北拒马河中支南渠段初步设计水文分析报告［R］.2000.

［5］季学武，王俊，等.水文分析计算与水资源评价［M］.北京：中国水利水电出版社，2008.

The analysis of flood peak flow calculation method in small project watershed in Zhangjiakou

WANG Ning-juan
（Hebei Research Institute of Investigation ＆ Design of Water Conservancy ＆ Hydropower，Shijiazhuang 050081，China）

Up to now， many small project watershed have no hydrological station and data in Zhangjiakou region.In order to service the engineering design better，this paper analysis the calculation method for designing flood peak flow in ungauged small basins，and gives the suitable methods and its scope of application finally.

Zhangjiakou；small watershed；flood peak flow

TV122

B

1672-9900（2015）06-0019-04

2015-09-06

王宁娟（1983-），女（汉族），河北宁晋人，工程师，主要从事水文规划工作，（Tel）13722793266。