瞬时单位线法在洪水分析中的应用论文_邢社奇

摘要：本文对商南县清油河镇清油河村安置点采用瞬时单位线法推求相应设计洪水、洪量、洪水持续时间，对安置点自身、河道行洪、第三方等进行防洪评价，使防洪评价更加具有实际意义。

关键词：瞬时单位线；暴雨；设计洪水；防洪评价

1基本情况

商南县清油河镇清油河村安置点位于清油河左岸，防护区的等级为Ⅳ级，采用20年防洪标准（重现期）进行设计，所在地在丹江一级支流清油河上，所处断面以上清油河流域面积209.83km²，河长32.65 km，河流平均比降22.66‰。清油河镇降水常以连阴雨、暴雨形式降落，连阴雨常伴有大暴雨，形成洪涝灾害、滑坡、泥石流、崩塌等。多年平均降雨量830.4mm，最大降水量1307.8mm（1983年），最小降水量为549.5mm（1999年），多年平均年降雨日为137天。降水多集中在7、8、9月份，降水量达179.7mm。

2 分析方法

瞬时单位线法是净雨历时趋于无限小的情况下，利用数学公式、S（Q）曲线等，推求流域上均匀分布的单位净雨量在流域出口断面处形成的地面径流量过程线，由暴雨资料推求流量过程的一种方法。

2.1瞬时单位线法介绍

瞬时单位线法的原理是采用纳希瞬时单位线模型，单位线有两个假定即倍比假定、叠加假定，其基本公式是：

U（0，t）=

式中：U（0，t）—t时刻瞬时单位线纵高；

n—相当于线性水库个数或调解次数；

K—相当于流域汇流时间的参数；

t—相应时间；

--n的伽玛函数。在实际中，因净雨历时不可能趋于无线小，需将瞬时单位线转换为时段单位线，一般用S曲线法进行转换，如下式。

将S（t）曲线移后⊿t，则两条S曲线的纵高差值除以⊿t，就是计算时段为⊿t的单位线，其算式如下。只要求出n、k，查S（t）曲线，可求得单位线q（⊿t，t）。瞬时单位线的n、k参数，用矩法计算求得。

2.2参证站资料的三性分析

①资料的可靠性分析

本次暴雨量设计采用了武关站的雨量资料，武关水文站为省级重要水文站，因此所选用的资料是可靠的。

②资料的一致性分析

武关水文站雨量观测设施自设立以来，位置一直固定，资料系列一致性好。

③资料系列代表性分析

武关站有1959-2015年的57年的实测雨量资料，在样本数量上具有一定的代表性。

2.3设计洪水推算

清油河镇清油河村河东安置点所在区域属于无水文资料地区，因此可以先推求设计暴雨，然后由瞬时单位线法进行分析计算，确定项目所在地的设计洪水，从而对项目所在地的安全风险进行评估。

（1）推求设计面暴雨

武关雨量站位于本流域中心附近，以武关站为参证站，根据武关站1959-2015年57年的雨量资料，分别统计其历时为1小时、3小时、6小时、12小时和24小时时段内最大点降雨量，用频率法推求20年一遇的设计暴雨量。在设计点暴雨确定后，由点面系数公式将点雨量换算成面雨量。

（2）设计面雨量的时程分配

根据商洛地区水文手册，选用24小时的设计暴雨时程分配雨型求其时段降雨量。具体方法是：先将最大1小时面暴雨量H1放置于表中雨峰位置，由最大3小时面暴雨量H3减去最大1小时面暴雨量H1，所得的差值乘以“H3-H1”栏中的时程分配百分数，即得3小时以内的分配过程；由最大6小时面暴雨量H6减去最大3小时面暴雨量H3，所得的差值乘以“H6-H3”栏中的时程分配百分数，即得6小时设计面暴雨时程分配雨型；由最大12小时面暴雨量H12减去最大6小时面暴雨量H6，所得的差值乘以“H12-H6”栏中的时程分配百分数，即得12小时设计面暴雨时程分配雨型；由最大24小时面暴雨量H24减去最大12小时面暴雨量H12，所得的差值乘以“H24-H12”栏中的时程分配百分数，即得24小时设计面暴雨时程分配雨型。

（3）时段净雨推求

由暴雨推求设计洪水，首先假定设计暴雨与设计洪水是同频率的。按蓄满产流方式计算设计过程的净雨过程。

（4）瞬时单位线法推求设计洪水

①计算参数

（1）造峰雨历时tp确定，公式如下：

tp=2.65×（F/J）0.212

式中：F--流域面积（km²）

J--主河道平均比降（‰），取整后求得tp是5小时。

②造峰平均雨强确定，公式如下：ip=htp/tp。求得ip是17.1mm/小时

③m1和m2的确定，公式如下：

m1=2.207×（F/J）0.258×（10/ip）0.5278-0.0753lgF

m2=809×（F/J）-0.153；求得m1是3.24，m2是0.58；

④计算n、k，公式如下：n=1/m2

k=m1/n；求得n是1.74，k是1.87；

⑤计算时段单位线

由n 值在商洛地区水文手册S（t）曲线表中查出不同t/k所相应的S（t）值，并按t=t/k×k，求出t值，见图5-1。

图3-1 清油河村安置点20年一遇时段单位线S（t）曲线图

⑥设计洪水过程

时段单位线分别乘以各时段的净雨量，按错开一个时段相叠加，得地面径流过程，计算出各时段的潜流量，基流量与地面径流过程相加，即为设计洪水过程，见图5-2。经计算，本工程区20年一遇设计洪峰流量为970m3/s。洪水总量约2029万m3，洪水持续时间约15小时。

3 评价分析

采用瞬时单位线不仅能计算出洪峰流量，而且能得到洪水总量和洪水持续时间，对分析工程安全有重要指导作用。

1.洪峰流量，反映出本工程设计洪水位高度。依据洪水演算推求设计水面线，确定工程安全标高。分析工程安全性。根据本工程的设计洪峰流量，经演算得到了设计洪水位。

2.洪水总量，反映河槽蓄水量，洪量大小也威胁堤防及护岸的安全，护岸工程受洪水长时间侵泡易造成垮塌，需要根据洪水侵泡情况采取护岸加固方法。本工程20年一遇设计洪量达到2029万m3，为确保护岸不垮塌，不影响第三方和河道现有堤防安全提出对护岸加固选材提出建议。

3.洪水持续时间，决定防洪的物资准备、人员调遣等。本工程20年一遇设计洪水持续时间为15小时，在防汛方面需要做好防汛物资准备和人员调遣方面的工作，防汛应急照明需要满足15小时，防汛人员按每班8小时需要2班人员参与防汛抢险工作。

4 比较

瞬时单位线法推求设计洪水与汇水面积法、综合参数法和推理公式法相比，优点是该方法是建立起流域模型，模拟出设计标准下的洪水过程，不仅求出了设计洪峰流量而且推出了设计洪水总量及设计洪水持续的时间，而其他三种方法只是求出了设计洪峰流量。对于移民安置点项目来说，推算出设计标准洪水的三要素可对以后的项目区建设提供较为科学的数据支撑，更加为评价工程安全及防汛采取措施提供全面支撑。由此看出，瞬时单位线法计算的核心是净雨的推求，净雨推求的关键是找一个恰当的参证雨量站，随着中小河流水文监测系统的建设，雨量站站点密度增加很多，为该方法的使用提供了较为准确的依据。

5 结束语

移民安置点设计洪水分析的重点是设计洪峰流量的推求，本次用瞬时单位线法推求洪水，既得到了洪峰流量，又得到了洪量、洪水持续时间，确定的设计洪水、洪水位、洪水时间等，为评价行洪安全、第三方安全以及自身防洪安全提供依据。随着雨量站网的不断加密建设，在今后的无资料地区洪水分析中应尽可能用多种方法进行综合分析论证。特别是瞬时单位线法的运用，更能使洪水评价具有实际意义。

论文作者:邢社奇

论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期

论文发表时间:2020/4/7

标签：洪水论文;  暴雨论文;  单位论文;  小时论文;  清油论文;  雨量论文;  时段论文;  《基层建设》2019年第32期论文;