城区小流域治理规划中的水文分析

左 燕 王光福

（襄阳市水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441003）

1 地理位置及自然地理条件

大李沟流域范围为东经112°00′ ～112°10′，北 纬32°02′ ～32°10′。集水面积83.87km2，河长15.8km，其中从普陀堰水库至普陀沟口为上段，在樊城区境内，主要以排泄大气降水及农田灌溉回归水为主，从普陀沟至小清河为下段。

2 大李沟河道出口断面洪峰流量计算

2.1 水文气象

大李沟流域内设有樊城雨量站,东经112°08′ 88″ ，北纬32°08′ 21″ ，收集了41年的降水资料,多年平均降水量884.0mm。从气候划分的范围上看，处于亚热带的北缘，属北亚热带季风气候类型，具有南北过渡型的气候特征。

2.2 降水量计算

大李沟流域河道内无水文站，缺乏实测水文资料，故无法直接由流量资料推算大李沟河道河口的洪峰流量，大李沟流域洪水分析，采用排涝模数法和瞬时单位线模型，由暴雨资料推求大李沟河道河口的洪峰流量。采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行频率分析计算，确定不同频率降水量;同时由于小流域所在的区域面积较小，用设计点暴雨作为设计面平均暴雨量，分析计算樊城站的雨量资料。由于区域内地表多为农田，降水汇流速度快，汇流距离较短，故采用最大24 小时降水资料进行排涝水文计算。

樊城站历年降水量频率分析成果

2.3 径流深计算

采用公式R=α·P

其中：α——径流系数；

P——设计降雨量。地区的径流系数与该地区的地面覆盖情况有关，由于流域经济的发展，混凝土等不透水地面比例变化大，地面变化增加，地区的径流系数变化较大，一般根据经验确定径流系数。本流域经验径流系数取0.50，计算得五十年一遇设计降雨量形成的径流深为110mm，二十年一遇设计降雨量形成的径流深为88.8mm。

2.4 大李沟设计洪峰流量计算

2.4.1 用排涝模数法计算大李沟洪家沟处设计洪峰流量。在计算中，先求出平均到每平方千米排水面积上的设计排涝模数，然后按排水沟设计断面所控制的排涝面积求出其排涝流量。本公式考虑了形成最大流量的主要因素，首先是反映了随着排涝面积的增大及其自然调蓄作用的增加而排涝模数减少的情况；其次还考虑了一次径流过程的峰量关系等。公式如下：

排涝模数q=kRmFn

通过仿真得到的导线芯棒应力云图如图6所示。由图6可知，导线芯棒耐压仿真最大应力为208.0 MPa，将它作为芯棒耐压判据，并将应力最大值的80%(即166.4 MPa)作为参考。

排涝流量Q=Fq

式中q——设计排涝模数（m3/s.km2）;

R——设计暴雨产生的径流深（mm）；

K——综合系数；

m——峰量指数；

n——递减指数；

本流域K 取0.03、m 取1、n 取-0.25，大李沟排涝区面积为83.87km2。

计算得五十年一遇的大李沟出口洪家沟处设计流量为103m3/s，二十年一遇设计降雨量形成的大李沟出口洪家沟处设计流量为82.8m3/s。

2.4.2 用瞬时单位线模型计算大李沟出口洪家沟处设计洪峰流量。本方法是设想流域的汇流作用可由串联的几个相同的线性水库的调蓄作用来代替，流域出口洪家沟的流量过程便是流域净雨经过这些水库调蓄后的出流。瞬时单位线的数学方程为：

式中n——线性水库的个数；

Г（n）——n的嘎玛函数；

K——线性水库的调蓄次数；

求得瞬时单位线后将其转化为时段单位线，公式如下：

式中h——Δt时段内流域降h（mm）的净雨量。

实用计算中瞬时单位线由S（t）曲线转化得来，公式如下：

在采用的雨型中扣除初损和稳损后得到净雨过程，与时段单位线相乘后得到地面径流过程。加上地下径流过程后，得到流域出口洪家沟的洪水流量过程，经计算得二十年一遇大李沟河道洪家沟处为84.7m3/s，五十年一遇大李沟河道洪家沟处设计洪峰流量为107m3/s。

3 结语

设计洪水计算途径很多，原则上都能适用于小流域，而排涝模数法和瞬时单位线法，在大李沟流域设计洪水计算中，充分考虑了影响流域汇流的各种因素，如流域的形状、纵坡比降以及流域的植被覆盖情况等，两种计算结果较合理。其结果可满足大李沟防洪综合治理规划的要求，符合国家规范对防洪的规定和大李沟防洪客观的实际，并且与城市整体防洪规划协调一致。

本文通过典型实例分析计算，充分验证了排涝模数法和瞬时单位线模型的可靠性、实用性，对当前的小流域水文计算的分析与应用有一定的参考价值。

［1］许大明，蔡文祥.水文计算［M］.南京：河海大学，1994.