四川省小流域设计洪水分析及应用

　　【摘 要】设计用洪水流量对保证工程安全经济关系极大，对于小流域的桥涵水文计算，因很少有对应的水文站，通常采用暴雨推理法、径流形成法、直接类比法等方法。文章根据各类计算方法的适用特点，并结合四川省小流域特征，详细阐述了推理公式法的基本原理和计算方法。最后通过对四川南方城市规划新建沿山截洪沟为例进行了方案说明。

　　【关键词】小流域; 洪水流量; 推理公式法; 截洪沟

　　1 桥涵水文计算

　　在现代公路建设中，桥涵作为跨越河渠、宣泄洪水、沟通两侧灌溉水路及保证道路运行安全的泄水建筑物，其重要性不言而喻[1]。而桥涵水文又是公路、市政工程项目中桥梁、道路设计的重要因素之一，也是衡量是否符合相应的行业标准的最基本标准。

　　然而，桥涵水文与本行業其他专业有所不同，无论是前期的桥涵水文调查还是后期的水文分析计算本身并没有科学精密的指标要求，而是根据不同类型采用不同的途径和计算方法，亦或是通过将不同的方法得到的计算结果进行比较、论证后确定最终设计流量，使其更接近实际，更趋于合理。

　　针对小流域的桥涵水文计算，在有可靠的历史洪水位调查资料时，可采用形态调查法，但因大多数情况下小流域一般很少有相对应的水文站，更无法收集到观测流量，因此通常采用暴雨推理法、径流形成法、直接类比法。

　　2 什么是小流域

　　流域是指地表水及地下水的分水线所包围的集水区或汇水区，因地下水分水线不易确定，因此通常情况下指地面径流分水线所包围的集水区。

　　小流域通常是指二、三级支流以下以分水岭和下游河道出口断面为界的相对独立和封闭的自然汇水区域。水利上通常指面积在30～50 km2，特殊情况不宜小于3 km2或大于100 km2，或河道基本上是在一个县属范围内的流域。

　　3 小流域的特点

　　水文计算的目的均是为了确定桥涵的设计流量，从而通过设计流量确定桥涵的类型、孔径等相关规模指标。另一方面，如前所述，从水文角度看小流域本身具有流域汇流以坡面汇流为主、水文资料缺乏以及集水面积小等特性。这使得小流域在设计洪水计算时，与大中流域相比，有许多特点，主要表现在以下几点。

　　(1)绝大多数小流域都没有所属的水文流量监测站，无可靠的历史洪水位调查资料，也缺乏实测径流资料，因此小流域设计洪水计算一般在无资料情况下进行。

　　(2)小流域面积小，自然地理条件趋于单一，拟定计算方法时，允许作适当的简化，即允许作出一些概化的假定。例如假定短历时的设计暴雨时空分布均匀。

　　(3)小流域分布广、数量多。因此，所拟定的计算方法，在保持一定精度的前提下，将力求简便，一般借助水文手册即可完成。

　　(4)小型工程一般对洪水的调节能力较小，工程规模主要受洪峰流量控制，因此对设计洪峰流量的要求高于对洪水过程线的要求。

　　因此水文学上常常作为一个专门的问题进行研究。

　　4 小流域的洪水流量计算方法

　　小流域洪水流量分析与计算采用的方法较多，山区、丘陵区桥涵可采用暴雨推理法、径流形成法或地区性经验公式计算设计流量;平原地区桥涵在有可靠的历史洪水位调查资料的前提下，可采用形态调查法利用历史洪水位推算设计流量，也可采用地区性经验公式计算设计流量[2]。最终采用何种方法，还应根据当地资料情况与地区特点综合比较确定，若条件可以，应采用多种方法经核对比较后，选用最合理的方法来分析计算成果。

　　目前，四川省小流域计算主要采用两种方法：推理公式法和综合瞬时单位线法。其中，推理公式法已使用多年。在《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》[3]使用说明中指出：设计用洪水流量对保证工程安全经济关系极大。在使用《手册》时，应根据设计流域的面积大小、自然地理特点并尽量搜集了解已有的观测资料加以分析研究，以便合理地选用本《手册》综合提供的基本数据、各种参数和计算方法。

　　5 推理公式法

　　5.1 设计用暴雨量的计算

　　暴雨是形成洪水的直接因素。在无实测流量资料情况下，暴雨是推算设计洪水最基本的依据。

　　大量资料的统计成果表明，暴雨强度和历时的关系可用指数方程来表达，它反映一定频率情况下所取历时的平均降雨强度与t的关系，称为短历时暴雨量公式。暴雨量公式最常见的形式为：

　　式中：Ht，p代表历时为t，设计频率为p的暴雨量，Sp为雨力或雨率，相当于t=1 h的暴雨强度(以mm/h计)，与设计频率p有关，可分别由1/6 h、1 h、6 h或24 h雨量推求，n为暴雨参数，

　　各省根据本地区的水文气象特性编制出本地区的水文手册。以四川省1984年印发的《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》为例，手册中分别提供了年1/6 h(即10 min)、1 h、6 h、24 h的平均暴雨量，根据设计流域的中心点位置查出对应的历时暴雨均值，同时，根据变差系数Cv对应的等值线图(四川省Cs/Cv值均采用3.5)，进而通过皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数对应的Kp值求得该统计历时设计频率的雨量。

　　5.2 基本原理

　　由于流域上各点所形成的净雨距离出口断面的远近不同，加上坡面与河槽的调蓄作用，各净雨点汇集到流域出口断面的速度和时间都不一样。

　　如图1所示，将流域上净雨汇流历时相等的点，连成一组等值线，则形成了等流时线分布图。图中单元汇流历时为Δτ。每条等流时线上的水质点将在同一时间内到达出口断面。于是第一条等流时线上的净雨，经一个Δτ时间到达出口断面;第二条等流时线上的净雨，则经2Δτ时间到达出口断面，依此类推。两条等流时线间所包围的面积称为共时径流面积，用f1、f2、f3……表示。显然共时径流面积的总和为流域面积F。

　　τ为流域汇流历时，即净雨从流域最远点A到出口断面B所经历的时间;L为最大流程长度，即净雨从流域最远点A到出口断面B所经历的流程长度;vt为汇流速度，即净雨在单位时间所通过的距离。

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文章名称： 四川省小流域设计洪水分析及应用

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