永嘉县五尺溪小流域设计暴雨的计算

金棋武，杨汉锡，吴晓翔，金锦强

(1.浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州　310012；2.温州永嘉县水利局，

浙江 永嘉　325117；3.温州市瓯飞开发建设投资集团有限公司，浙江 温州　325000)



永嘉县五尺溪小流域设计暴雨的计算

金棋武1，杨汉锡2，吴晓翔1，金锦强3

(1.浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州310012；2.温州永嘉县水利局，

浙江 永嘉325117；3.温州市瓯飞开发建设投资集团有限公司，浙江 温州325000)

摘要：结合永嘉县五尺溪小流域降雨径流洪水特征，分别采用石柱站实测暴雨资料排频配线和《浙江省短历时暴雨》图集查算得到设计暴雨成果.成果表明频率适线法设计暴雨成果比查图法较大，分析了成果差异的原因，又通过对龙溪水库设计暴雨成果与五尺溪本次规划设计暴雨成果比较表明，二者均较为接近，从而在小流域规划设计推荐使用查暴雨图集算得的暴雨成果.

关键词：五尺溪；小流域；设计暴雨

0引言

永嘉县小流域暴雨洪水由于短历时、区域性明显、突发性的特点，常常导致山洪暴发和诱发加重地质灾害，是山洪灾害防避方案编制的重点.洪水暴发计算是方案编制的基础，小流域设计暴雨计算方法主要有经验公式法、推理公式法、瞬时单位线法等，各种方法有其特点[1-8].

五尺溪小流域位于永嘉县岩头镇中部，是楠溪江中游右岸的一条支流，沿途流经碎坑、石匣、麻家溪、张公平、岭里、岭外、水东、水西、五上、五下、岭根、南垟、协岙、塆里、岩头等村镇后汇入楠溪江.流域内地势西高东低，呈带状分布，沿溪有梯田和谷地，近岩头镇两岸有分散小片平原，流域内森林植被覆盖良好，五尺溪小流域包括岩头镇、五尺办事处、表山办事处，图1为五尺溪小流域楠溪江交汇位置图.五尺溪小流域面积较大，流域溪床高且窄，泄洪能力不足；加上上游河道山高坡陡，河道比降大，一旦遭遇大暴雨时，洪水汹涌而下，形成较大洪峰，使洪水位猛涨，流域出口与楠溪江交汇，出口段洪水位直接受楠溪江洪水位控制，上游河道坡陡流急下游河道受楠溪江洪水倒灌影响是频发洪灾的地理环境因素.

五尺溪流域除近些年来新建的龙湖滩段河道整治、五尺段河道整治有合乎标准的防洪堤外，其余村庄虽然修建了一些水利防洪设施，但大部分工程由于建造时间早，标准较低，质量不高，加上资金不足，管理维护跟不上，防洪堤根本经不起洪水冲击，局部地段堤防残缺不全，直接威胁两岸农田和村庄的安全.

为有效降低小流域在山洪灾害发生条件下人员伤亡和财产损失的风险,以山洪灾害防避为重点，以防避方案编制为主要手段，进行五尺溪小流域防洪避洪规划非常必要.水文计算是规划设计的基础，本文即是对五尺溪流域的水文计算进行的分析比较研究.

1降雨径流洪水特征

1.1水文测站分布

设计流域内无水文测站，相邻流域设有石柱水文站，该站于1956年设立，观测资料经统一整编、校对，精度可靠.各测站情况(见表1).

图1　五尺溪小流域楠溪江交汇位置图

测站水系河名观测地点设立年份/年观测项目备注石柱瓯江大楠溪沙头镇石柱村1956降雨量、水位、泥沙渡头瓯江大楠溪岩头镇降雨量岭外瓯江五尺溪五尺办事处降雨量岭外

1.2降雨径流洪水特征

五尺溪小流域全年季节变化明显，流域降水量年际变化大，多年平均降雨量1 786 mm，降水较为充沛.流域内径流以降水补给为主，径流年际变化较大，汛期(4～9月)径流占全年的径流比例较大.

本流域的山洪成因主要由气旋雨、峰面雨以及台风雨的暴雨形成，所以洪水在量级上较大.由于五尺溪小流域两岸的坡度较大，汇流时间短，致使洪水陡涨陡落，洪水过程大多是单峰，属高峰尖瘦型.整个洪水过程的持续时间一般为1～3 d，其主要特点：一是季节性强.永嘉县的汛期在4～9月，其中梅汛期集中在4～6月，台汛期集中在7～9月，这段时期是五尺溪流域的暴雨洪水灾害的多发期.二是突发性强，来势凶，成灾快.五尺溪小流域山丘地区山高坡陡，溪流密集，洪水汇流时间短，其河流特征为典型的山溪性河流，河水暴涨暴落，丰枯悬殊大，一旦遭遇短历时暴雨，极易暴发洪水.三是破坏性强，危害重.山丘地区暴雨洪水灾害常常瞬间成灾，造成耕地受淹、民房倒塌、人员伤亡等.

2设计暴雨

2.1实测资料暴雨分析

五尺溪小流域内无水文、雨量测站，附近有石柱水文站，距离小流域中心约14 km.石柱站位于楠溪江干流上，设立于1956年，集雨面积1 273 km2，观测项目有降雨、流量和水位等，设计流域降雨分析以石柱站作为代表站.

设计流域设计暴雨采用石柱站实测暴雨资料，统计方法为全年最大三日、年最大一日降雨，通过排频配线，得到设计暴雨成果(见表2).年最大24 h雨量为年最大一日的1.13倍来计算得到.

表2　五尺溪小流域实测资料分析暴雨成果表　单位：mm

2.2设计暴雨设计暴雨(查浙江省短历时暴雨图集)

流域内无水文站、水位站，仅有岭外雨量站，由于流域内缺乏实测降雨资料，设计暴雨采用《浙江省短历时暴雨》图集查算.

查《浙江省短历时暴雨》图集中最大1 h、6 h、24 h点雨量均值等值线图及相应的变差系数等值线图，得到各历时平均点雨量；各历时面雨量均值由各历时平均点雨量乘以相应历时的点面系数，点面系数根据流域面积查相应的表而得.各历时点雨量Cv值即为面雨量Cv值，Cs取3.5Cv，成果(见表3)(由于浙江省短历时暴雨无最大3 h雨量可查，故本次最大3 h雨量资料采用附近石柱水文站降雨量资料经配线排频而得).

式中：HP—设计面雨量，mm；

KP—模比系数；

表3　五尺溪流域设计面雨量计算表

不同频率暴雨衰减指数n值由下列公式计算：

当Ti在1～6h之间，n1,6=1+1.285lg(H1/H6)；

当Ti在6～24h之间，n6,24=1+1.661lg(H6/H24)

经计算，不同频率的面雨量及衰减指数(见表4).

各天各历时设计面雨量按下列公式计算：当Ti在1～6h之间，Hi=H6(Ti/6)1-n1,6；当Ti在6～24h之间,Hi=H24(Ti/24)1-n6,24

表4　设计面雨量及暴雨衰减指数计算表

2.3设计暴雨合理性分析

根据2003年出版的《浙江省短历时暴雨》图集，查得流域的各频率设计暴雨值，将其与频率适线所得成果进行比较，详见表.由表可见频率适线法设计暴雨成果比查图法较大，适线1 h及24 h均值及各频率设计暴雨都比查图法大.分析原因，一方面是“浙江省短历时暴雨”图集是2002年之前的实测资料为基础整理得到，而五尺溪流域2002年以来，受几次台风影响产生了几次特大的降雨过程，从而影响到适线法成果，另一方面是石柱站距离五尺溪小流域较远，约14 km.故本次设计推荐使用暴雨图集算得的暴雨成果.

龙溪水库位于五尺溪支流龙溪上，龙溪水库设计暴雨成果与五尺溪本次规划设计暴雨成果均较为接近，相关成果比较(见表5).从设计暴雨成果比较可以看出，本次设计暴雨计算成果符合暴雨在该地区的分布规律，总体上比较协调，基本与《浙江省短历时暴雨》图集暴雨等值线分布特征相一致，故认为本次流域设计暴雨成果合理、可靠.

表5　流域设计暴雨成果与相邻流域及流域附近工程相关成果比较

3设计洪水

3.1产流计算

设计洪水的产流计算采用蓄满产流的简易扣损法.参照《浙江省短历时暴雨》中净雨过程的推求方法，净雨计算按初损后损法扣损，初损定为25 mm(假定土壤最大含水量为100 mm，土壤前期含水量为75 mm，则初损为25 mm)，后损为1 mm/h，稳渗为1.5 mm/h.

3.2设计雨型

(1)日程分配

暴雨日程分配，根据《浙江省短历时暴雨》的常规办法，分配情况如下：

第一天面雨量：HⅠ=0.6×(H72-H24)；第二天面雨量：HⅡ=H24；第三天面雨量：HⅢ=0.4×(H72-H24)

(2)时程分配

采用暴雨衰减指数法.不同频率暴雨衰减指数n值由下列公式计算：当Ti在10～60min之间，n10，60=1+1.285lg(H10/H60)；当Ti在1～6h之间，n1，6=1+1.285lg(H1/H6)；当Ti在6～24小时之间，n6，24=1+1.661lg(H6/H24)

各天各历时设计面雨量按下列公式计算：当Ti在10～60min之间，Hi=H60(Ti/6)1-n10，60；当Ti在1～6h之间，Hi=H6(Ti/6)1-n1，6；当Ti在6～24h之间,Hi=H24(Ti/24)1-n6，24

(3)24 h雨型概化

24 h雨型分配采用《暴雨图集》中的分配方案即：设τ为单位时段，将24 h划分为24/τ个时段(取整时段)，按下列法则排列时段雨量.

3.3设计洪水

集雨面积大于50 km2，采用瞬时单位线法推求设计洪水；集雨面积小于50 km2，设计洪水采用浙江省推理化公式计算.

Q=0.278·C·ip·F

式中：C—径流系数；

ip—净与强度,mm/hr;

其中ip=hr/τ，

τ—汇流时间,h；

F—集雨面积,km2.

计算得流域内各村庄不同频率的洪峰流量，计算结果(见图2).

经工程相关分析，洪峰流量设计可作为工程规划设计的依据.

图2　不同位置集雨面积和流量关系曲线

4结论

利用频率适线法和查图法对永嘉县五尺溪小流域设计暴雨进行了计算，成果表明频率适线法设计暴雨成果比查图法较大，通过对龙溪水库设计暴雨成果与五尺溪本次规划设计暴雨成果比较表明，二者均较为接近；设计推荐使用暴雨图集算得的暴雨成果.为五尺溪小流域规划设计提供了可靠依据.计算结果和设计方法可供类似工程参考.

参考文献：

[1]邵利萍.无资料小流域洪水叠加计算方法初探[D].杭州：浙江大学,2009.

[2]何圣贤.长潭水库最大暴雨及短时暴雨计算分析[J].浙江水利水电专科学校学报,2013，25(1):48-51.

[3]陈建军.由暴雨资料计算小流域设计洪水[J].黑龙江科技信息,2010(19):285.

[4]叶萍,蔡红娟.杭州市青山水库防洪标准复核分析[J].浙江水利水电学院学报,2015，27(3):54-57.

[5]步春俊,何艳.温岭前溪小流域“7.26”洪水调查[J].浙江水利水电学院学报,2014，26(2):15-17.

[6]郑章忠,石向荣.小流域治理规划中的水文分析[J].浙江水利科技,2002(3):13-15.

[7]闵惠学.钱塘江流域“2011-06”暴雨洪水分析[J].浙江水利水电专科学校学报,2012，24(4):20-24.

[8]刘俊萍,韩君良.小流域截洪沟洪峰流量计算方法的比较[J].中国水运,2015(3):153-155.

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浙江水利水电学院学报编辑部

Calculation of Design Storm Wuchi Watershed in Yongjia

JIN Qi-wu1, YANG Han-xi2, WU Xiao-xiang1, JIN Jin-qiang3

(1.Zhejiang Quality and Safety Supervision and Management Center of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hangzhou 310012, China; 2.Yongjia Water Conservancy Bureau, Yongjia 325117,China; 3.Oufei Exploitation and Construction Co., Ltd., Wenzhou 325000, China)

Abstract:Combined with the features of rainfall runoff floods in Wuchi Creek watershed in Yongjia, design storm results are obtained according to the actual measurements of heavy rain and the atlas of “Zhejiang short duration storm”. Results show that the design storm by frequency curve-fitting method is heavier than that by figure-checking method, and the reason is also analyzed for the differences between the results. Compared the design storm results in Longxi Reservoir with the planning design storm in Wuchi Creek, the results are relatively close, thus the calculation by heavy rain atlas is recommended to design and check rainstorm in small watershed.

Key words:Wuchi Creek; small watershed; design storm

中图分类号：TV122.3

文献标志码：A

文章编号：1008-536X(2016)02-0018-05

作者简介：金棋武(1983-)，男，浙江永嘉人，硕士，工程师，主要从事水利工程质量监督和规划设计工作.

基金项目：浙江省自然科学基金项目(M503254)；浙江省教育厅科技计划项目(Z200909405)；浙江省水利科技计划项目(RC11092011)；国家自然科学基金(51479081)

收稿日期：2015-09-12