海湾水库洪峰流量经验公式的推求

康耀+　万小刚　王存良　张福林

[摘要]小流域设计洪水在工农业生产中具有重要的意义。文章通过同流域的洪水系列资料计算洪水各统计参数，对本地区经验公式中的各系数进行了复核。

[关键词]小流域；设计洪水；统计参数；经验公式

海湾水库是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养殖的小（一）水库，位于皇甫川支流纳林川支沟小杨凯沟上，行政区划隶属于准格尔旗沙圪堵镇长胜店村（原纳林乡任三窑村）。小杨凯沟（又名忽鸡图沟）是纳林川的支沟，发源于庙梁山脊处，河道全长8.41km，河道平均比降8.479‰，坝址位于沟口上游1.47km处，坝址以上流域面积10.65km2。

根据相关规范要求，在小流域上修建水利工程时，必须进行设计洪水的计算。因此，小流域设计洪水在工农业生产中具有重要意义。小流域设计洪水的计算方法很多，可以由流量资料推求设计洪水，也可以由暴雨资料推求设计洪水，但在小杨凯沟流域中没有水文观测站，缺乏实测的流量资料或暴雨洪水系列资料，因此拟采用经验公式法计算设计洪水。

经验公式是在缺乏和调查洪水资料时常用的一种简易方法。在一定的流域内，水文、气象和地理条件具有一定的共性，影响洪峰流量的因素和水文参数也往往存在一定的变化规律。我区1977年发布的《内蒙古水文手册》按地区特点划分若干分区，分别编制地区的洪水经验公式，自使用以来，为我区各部门的工程建设发挥了巨大作用。但考虑到该手册发布时间较早，水文系列也较短，且未能考虑到近年来各种人类活动对生态环境尤其是下垫面的影响，故在本次计算时拟通过现有的资料对经验公式中的各参数进行复核。

一、自然地理特征

纳林川发源于准格尔旗原布尔陶亥苏木的坝梁村，由北向东南流经原纳林乡、沙圪堵镇至榆树塔转向东南至陕西省府谷县郝家圪旦与十里长川汇合，汇合后下游称皇甫川，流入黃河。纳林川主河道长91.2km，流域面积2142 km2，河道平均比降3.21‰。纳林川上游为沙质丘陵区，中、下游为土质丘陵沟壑区。上游土壤植被稀疏，有流动、半流动的沙丘。

二、理论依据及计算途径

1、公式模型的建立

2、洪水频率分析

根据数理统计理论，选定频率曲线分布线型，用统计参数估计法由洪水样本推求洪水总体分布的方法，一种是由洪水系列的统计特征推求洪水总体的统计参数，如矩法、概率权重矩法和线性矩法；一种是适线法，将系列中的每项洪水由大到小依次排列，采用经验频率公式求得每项洪水样本的绘点位置（超过频率），得到洪水的经验点据分布，选定总体（频率分布曲线线型），并按一定的适线准则，选择经验分布于总体分布拟合良好的统计参数，从而推求洪水设计值。本次计算选用适线法。

2.1 经验频率公式

由于洪水系列中未包含历史洪水资料，故采用连续系列洪水经验频率公式（数学期望公式）。

2.2 洪水频率曲线线型

根据我国许多长期洪水系列分析结果和多年来设计工作的实际经验，认为P-Ⅲ型适用于全国大多数河流的水文特征，因此水利水电部门规定频率曲线线型采用P-Ⅲ型。

2.3 洪水统计参数的确定

在对系列资料一致性、合理性、代表性审查的基础上，利用适线（见图1），确定纳林川流域洪峰系列统计参数如下：

三、洪峰流量地区经验公式

按照式（1）的模式，求得纳林川流域多年平均洪峰流量的地区经验公式：

四、成果应用及对比

1、与现有经验公式计算结果对比

《内蒙古水文手册》中，C值为14.1，Cv为1.4（查等值线图为1.1，当流域面积小于100km2时加0.1～0.3，流域面积越小加的越大），Cs/Cv为3。此外，某科研院所在本水库临近流域进行水文计算时曾通过将沙圪堵站与窟野河的阿镇站、新庙站、王道恒塔站、神木站的洪峰均值及其它参数进行地区综合法确定出本地区综合公式如下：

经验系数与本次计算结果接近，但统计参数略有不同。现将各方法计算结果列表如下：

2、结果分析

通过以上结果比较，发现水文手册法计算的洪峰流量均值比本次计算结果小很多，分析原因认为是水文手册发布于1977年，采用的水文系列只有11年左右，而通过56年的洪水系列来看，本流域1977年以后发生的洪峰大于均值的洪水有11次，尤其是最大洪水发生在1989年，将洪水的均值拉高。地区综合法的均值与本次计算结果相近，但变差系数Cv远大于本次计算结果，变差系数的大小反应了洪水在多年中的变化情况，故分析其原因是由于使用地区综合法时采用的多为窟野河流域水文测站的数据，窟野河流域洪峰变化相对较大，而纳林川流域洪峰变化相对稳定导致的结果。

五、结论

计算洪峰流量的地区经验公式是根据一个地区各河流的实测洪水和调查洪水资料，找出洪峰流量与各影响因素之间的相互关系，建立起来的关系方程式。而影响洪峰流量的因素是多方面的，包括地质地貌特征（植被、土壤、水文地质等）、几何形态特征（集水面积、河长、比降、河槽断面形态等）以及降雨特性。因此，方程式都是根据当地实测经验数据制定的，地区性很强。

参考文献：

[1] 叶守泽主编.水文水利计算. 水利电力出版社.1992

[2]刘光文.水文分析与计算.水利水电出版社.1989

[3]叶秉如.水利计算及水资源规划.水利电力出版社.1995

[4]水利电力出版社.周之豪，沈曾源水利水能规划中国水利水电出版社2008

[5]内蒙古水文手册.1977