关于前期径流对洪峰流量影响问题的探讨

张锦霞李秋子王予蜀（.鹤壁水文水资源勘测局，河南鹤壁 458000；.郑州水文水资源勘测局，河南郑州 450000；.郑州市水利工程监理中心，河南郑州450000）



关于前期径流对洪峰流量影响问题的探讨

张锦霞1李秋子2王予蜀3
（1.鹤壁水文水资源勘测局，河南鹤壁 458000；2.郑州水文水资源勘测局，河南郑州 450000；3.郑州市水利工程监理中心，河南郑州450000）

【摘要】设计洪水是指水利水电工程规划、设计中所指定的各种设计标准的洪水。在计算洪峰流量时，一般都考虑了前期径流对后一时段集流速度的影响。本文以F.F斯奈德的经验公式论证，并以南湾水库坝址雨洪汇流数据为例，说明，对大型水利水电工程而言，考虑前期径流影响与否，对水库的工程规模无大影响。

【关键词】水利水电工程 地面径流 洪峰

径流是指降雨及冰雪融水或者在浇地的时候在重力作用下沿地表或地下流动的水流。径流有不同的类型，按水流来源可有降雨径流和融水径流以及浇水径流；按流动方式可分地表径流和地下径流，地表径流又分坡面流和河槽流。

洪峰是当发生暴雨或融雪时，在流域各处所形成的径流，都依其远近先后汇入河槽，这时河水流量开始增加，水位相应上涨。随着汇入河网的径流从上游向下游汇集，河水流量继续增大。当流域大部分高强度的径流汇入时，河水流量增至最大值，称此时流量为洪峰流量，单位为立方米/秒。用坐标纸绘出流量过程，可见洪水过程中间高、两头低，形似山峰，故称为洪峰。洪峰对应的流量为洪峰流量。洪水成因不同，洪水涨落过程相应不同。相似的降雨过程，在湿润地区和干旱地区流量过程却不大相同。干旱地区峰形尖瘦，湿润地区峰形平缓，主要原因是这两类流域的洪量中地面径流和地下径流比例不同。湿润地区洪水地下径流比重大，而干旱地区洪水几乎全部是地面径流；流域下垫面不同，洪水过程也不同。

设计洪水是指水利水电工程规划、设计中所指定的各种设计标准的洪水。合理分析计算设计洪水，是水利水电工程规划设计中首先要解决的问题。水利水电工程的设计洪水计算，一般采用两种途径，一是根据实测流量资料直接推求，二是根据雨量资料间接推求。根据雨量资料推求设计洪水包括设计暴雨、产流、汇流计算。

雨洪的汇流过程，包括地面径流和地下径流两种很复杂的汇流过程。地面径流不仅量大，分配集中，而且汇流速度快，对雨洪过程起着决定性的作用。而地下径流的影响相对很小，所以，在雨洪汇流计算中，往往只分析计算地面径流的汇流过程，不考虑地下径流的影响。

地面径流的汇流过程，又包括坡面汇流和河网汇流两个阶段，由于坡面流程短，调节作用小，对出流断面雨洪过程的影响远远小于河网汇流，所以在计算时，往往略去坡面汇流阶段，而直接用净雨代表坡面出流，经过河网汇流计算出断面的流量过程。

河网计算比较复杂，水体运动受河网水力条件所支配，沿程的汇流速度不同，又有两侧入流不均匀和干支流洪水干扰等问题，很难准确计算出其汇流过程。目前多采用水文学方法近似求解，主要方法有经验间位线，河网汇流曲线，等流时线及推理公式等。

在汇流计算中，如果单位线的峰值或反映流域特征的参数有随净雨强度不同而变化的趋势，则应考虑非线性校正，至于是否需要考虑前期径流对后一时段的集流速度的影响，则值得进一步探讨。

1 问题的提出

在计算洪峰流量时，一般都考虑了前期径流对后一时段集流速度的影响，即：当在规定选用的范围内，第二时段单位线的洪峰流量，一般可采用前一时段净雨与第二时段净雨深之和相应的单位过程线。

以F.F斯奈德的经验公式论证上述关系

斯氏不同rt的经验公式如下：

代表单位时段为 tr的单位线要素。

设Tr=12小时，Ri=40毫米。

斯氏经验公式推算结果表明：

（1）单位线洪峰滞时随单位时段增长而增大，洪峰流量则随单位时段增长而减少。

（2）单位时段内，洪峰流量随净雨强度增加而增大，这正是单位线要进行非线性校正之故（但不能无限制外延，当rt=ι时，指数为0）。

若按时段净雨套相应的单位线，然后径流过程叠加，其结果将是）如何？为此通过实例进行初步探讨。

表1

············

2 前期径流影响问题的探讨

以南湾水库坝址雨洪汇流为例，一是按上述方法考虑前期径流的影响，二是不考虑前期

径流的影响，计算结果如下表1。

由表1可见，考虑前期径流影响与不考虑前期径流影响，除20年一遇的洪峰流量两者一致外，其余几种频率的洪峰流量，考虑前期径流影响的反比不考虑前期径流影响的小1%，这是因为：

一次雨洪在出口断面形成的流量过程，是由各单位时段净雨形成的径流过程叠加而成的，考虑前期径流的影响，单位线的洪峰流量虽增大了，但过程线变的尖瘦了，两者对形成出口断面的洪峰流量有相互抵消的作用，故从南湾水库的洪峰流量计算实例来看，考虑与不考虑前期径流影响差别不大，因此，对大型水利水电工程而言，考虑前期径流影响与否，对水库的工程规模无大影响。

洪峰流量和径流量等水文要素的变化，都遵循一定的统计规律，其出现可能性的大小或出现的频繁程度，在数理统计学上称为概率，在水文学上则习惯称为频率，属于洪水要素方面的，称作洪水频率。在水文实际应用中，关注的是由降雨所形成的流域出口断面的流量过程。流域出口断面的流量过程取决于流域内的产流过程和汇流曲线，当已知流域内降雨形成的净雨过程，则汇流计算的关键就是确定流域的汇流曲线。因此，只要确定出流域的汇流曲线，就可以推求流域出口断面的流量过程。

水库防洪设计一般是以坝址设计洪水为依据。但水库建成后，洪水是从水库周边汇入水库，而不是坝址断面的洪水，这些从水库周边汇入水库（包括入库断面）的洪水称为入库洪水，它与坝址洪水有一定的差别，差异程度与水库特性及典型洪水的时空分布有关。用人库洪水作为设计依据更符合建库后的实际情况，特别是对坝址洪水与人库洪水差别较大的湖泊型水库更为必要。

以上观点仅为在工作中总结出的一点浅见，是否合理，还待进一步探讨。

参考文献：

［1］丁辉.水文模型的分析、构建及其应用.中国科学院新疆生态与地理研究所，2007年硕士论文.

［2］张珏.基于非线性理论的石泉和安康水文站径流及洪水规律挖掘.西安理工大学，2009年硕士论文.

［3］曹玲，董安祥，窦永祥，牛金龙.黑河洪峰变化及其对全球气候变暖的响应，中国气象学会2006年年会.