等雨量线法在中小流域设计洪水面暴雨计算中的工程应用探讨

谢 勇，王巧霞，曹立志

(1.四川电力设计咨询有限责任公司，成都，610065；

2.四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

1 引言

面雨量是指一定时段内一定面积上的平均降水量，能够客观反映整个区域降水情况，是中小流域暴雨洪水计算的重要参数。

设计流域面雨量计算公式为：

利用常规雨量资料估算面雨量主要有等雨量线法、泰森多边形法、算术平均法、反距离加权法和逐步格点订正法等多种方法，每种方法有其优点和适用范围，同时也存在各自的局限性[1-2]。

表1 面雨量计算方法优缺点

2 工程应用探讨

2.1 流域概况

某工程位于四川省凉山州东部三湾河流域，三湾河是昭觉河一级支流，金沙江二级支流，发源于力比少哈山脉东麓，在昭觉县城南3km处汇入昭觉河。工程地点以上流域面积565.9km2，河长47.1km，比降14.5‰。区域内地形起伏大，地貌复杂多样，高山区荒无人烟，水文气象长期观测站点稀疏，且分布于工程流域之外。

2.2 面暴雨计算方法讨论

根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》(简称《手册》)，无实测流量资料时，可采用暴雨洪水计算成果，流域面积一般在1000km2以内。《手册》中推荐的设计面暴雨计算有三种方法。

2.2.1 绘制概化雨图

根据设计流域所在的分区和地形条件，选定某一典型暴雨雨图的轴向，求出不同面积概化雨图的长短半径以及相应的等雨深值，绘制设计历时的概化雨图，按面积加权计算流域平均雨量。应注意所选的典型雨图与设计流域之间不应有高大山体阻挡且不宜相距太远。

2.2.2 查算分区综合暴雨时面深关系

设计流域不超出“使用上限面积”，且流域的形状和方位与所在分区内综合雨图的形状方位一致或相差甚微；或者设计流域的面积很小而形状接近圆形或等边形时，所计算的面平均雨量有一定代表性，否则将会产生比实际雨量偏大的情况，应使用概化雨图的方法计算面雨量。

2.2.3 修正系数法推求

绘制雨图操作繁琐，可以用面折减系数修正分区综合暴雨时面深关系，概化处理推求面暴雨。由于不同流域面积形状和选用典型暴雨雨图轴向的不同，概化雨图计算的面平均雨量会有较大差异，流域面积在500km2以内为宜。如计算中选用的典型暴雨雨图轴向与统计分析中已选用的典型暴雨差别较大时，即使在500km2以内也宜绘制概化雨图计算[3]。

选定工程流域附近最优暴雨雨图轴向，分别绘制100km2、300km2、500km2、700km2、1000km2概化椭圆雨图，典型雨图与设计流域之间有高大山体阻挡、相距太远，重合部分极少；在综合分区图中，工程流域属于Ⅴ1(金沙江下段)，6h面深关系的使用上限面积为60km2，24h面深关系的使用上限面积为70km2，工程流域超出“使用上限面积”；修正系数法推求面暴雨时，流域面积在500km2以内为宜，而设计流域565.9km2。综上，《手册》中推荐的三种设计面暴雨计算方法均超出使用条件，工程应用受限。

2.3 等雨量线法面暴雨计算

2010年审定出版的《四川省暴雨统计参数图集》提供暴雨洪水计算需要的10min、1h、6h、24h等短历时点雨量等值线成果。由于工程流域内无雨量测站，工程流域外雨量测站稀疏且分布不均匀，利用常规雨量资料估算面雨量常用方法中，考虑工程流域特点、各方法的优缺点和适用范围，以及暴雨洪水计算资料情况，本文采用等雨量线法计算面暴雨。

等雨量线法计算公式为：

图1 工程流域24h暴雨等值线分布

表2 流域面暴雨计算成果

2.4 成果验证

目前国内外的面雨量检验比较方法主要有两个方向。比较常见的是利用观测降水建立雨量插值模型，然后将未参与建模的观测值与该点的插值结果进行比较来检验。另外一种常用的验证面雨量准确性的方法是将计算结果提供给水文模型，并将模型计算流量结果与实况观测比较[4]。

昭觉河干流上有昭觉水文站，控制流域面积650km2，工程流域占比87%，可以采用水文比拟法计算洪水。故本文采用面暴雨成果提供给推理公式进行暴雨洪水计算，将洪水计算成果与水文比拟法比较，间接检验面暴雨计算的合理性。推理公式法计算时，其他流域参数均不变，仅输入不同方法计算的面暴雨，计算成果主要受面暴雨影响。

表3 三湾河流域洪水计算成果

对比发现，采用等雨量线法面暴雨推求洪水和水文比拟法成果量级相当，低频率洪水略大，高频率洪水略小；而分区综合暴雨时面深关系和修正系数法面暴雨推求洪水成果特别小，各频率洪水均比水文比拟法成果小30%以上。综合分析工程流域地理特征和各种方法的使用范围，等雨量线法应用较好，洪水成果与水文比拟法接近，应用于工程实践可行。

2.5 推广运用

为了进一步验证等雨量线法面暴雨推求洪水成果的可靠性，应用于湖南省长沙市麻林河流域。某工程地点以上集雨面积166.4km2，河长24.7km，比降1.0‰。将等雨量线法面暴雨推求设计洪水结果与水文比拟法设计洪水结果同列于表5。

表5 麻林河流域洪水计算成果

计算成果表明，等雨量线法面暴雨推求洪水成果可达到工程应用精度。综上，中小流域设计洪水面暴雨计算作如下应用推广：

(1)工程流域面积较小时，四川地区不大于25km2，直接采用点雨量代替面雨量。

(2)工程流域面积较大时，建议增加等雨量线法计算面暴雨。

3 结论

中小流域暴雨洪水计算，当流域内可用的雨量站点稀少、分布不均匀时，可采用暴雨参数图集研究成果查算短历时点暴雨，运用等雨量线法推算设计流域面暴雨。随着计算机技术的发展，等雨量线法计算工作效率大幅提高，精度满足工程应用要求。

流域降雨是一个十分复杂的过程，且由于流域面雨量是推导量，缺乏来自真实值的直接验证，关于流域面雨量计算的检验以及各种计算方法的比较一直是个难题。工程实践中，应采用多种方法、多种手段对比分析综合取值。