一种无历史资料小流域洪水重现期推求方法与流程

本发明涉及水利计算
技术领域：
，涉及小流域发生的洪水重现期推求方法，特别涉及一种无资料地区小流域洪水重现期推求方法。
背景技术：
：小流域是指流域面积小于300km2的流域，现有的无资料地区小流域洪水重现期确定，一般采用试算法，采用水文比拟法或设计暴雨推求断面设计洪水，与小流域洪水比较、多次试算，确定重现期。水文比拟法，选取同流域或临近降雨产流条件相似、流域面积较为接近的设有水文站流域，将该水文站作为参证站，推求参证站洪水频率曲线，在参证站频率曲线上，查取频率，采用水文比拟法推算到计算流域同频洪水，与小流域发生洪水比较、经多次试算，确定洪水重现期。设计暴雨推求设计洪水，依据省或当地水文手册雨量等值线成果图、变差系数等值线图推求设计暴雨，采用推理公式法由设计暴雨推求设计洪水，与小流域发生洪水比较、经多次试算，确定洪水重现期。水文比拟法适用于计算流域与参证站流域面积较为接近、产汇流条件相似的情况，一般来说，部分小流域，难以找到满足计算精度的参证站。因为绝大部分水文站流域面积都在500km2以上，而小流域的流域面积在300km2以下，很多流域面积甚至小于50km2，由于流域面积相差过大，通过水文比拟法计算的设计洪水误差较大，难以反映小流域洪水重现期真实情况。现有方法采用试算法计算，通过推求设计断面的设计洪水与发生洪水比较，确定发生洪水的重现期，要多次计算洪水频率才能得到与发生洪水相同的洪水，试算法计算较为复杂，步骤多，计算周期长，给防汛抢险指挥带来不便。现有方法通过推求参证站的洪水频率推求设计站的设计洪水，确定设计站洪水重现期，不是直接制作小流域设计频率曲线。随着计算机软件编程的发展，需要将频率曲线编程，放入计算机软件，根据发生洪水流量，迅速自动查线，得到洪水频率、确定洪水重现期，因此，过去现有的经验方法难以满足新技术发展的需要。技术实现要素：为克服上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种无历史资料小流域洪水重现期推求方法。为了实现上述任务，本发明采用的技术解决方案是：一种无历史资料小流域洪水重现期推求方法，其特征在于，包括下列步骤：1)在工作地图确定设计流域边界，在设计流域选取一个或多个设计断面，量算各设计断面面积、河长比降等流域特征值；2)使用雨量等值线、变差系数等值线计算流域各设计断面设计暴雨，即依据省或当地水文手册成果的年最大1小时、3小时、6小时、12小时、24小时雨量等值线成果图和变差系数等值线图，推求计算各设计断面的2年、3年、5年、10年、15年、20年、33年、50年、100年、150年、200年、……一遇的暴雨；3)采用推理公式法根据设计断面的暴雨推求设计洪水，计算设计断面2年、3年、5年、10年、15年、20年、33年、50年、100年、150年、200年、……一遇的洪水；4)将各设计断面频率计算成果点绘在海森频率纸上，得到无资料地区小流域各设计断面的洪水频率曲线；5)根据已知发生洪水流量，查洪水频率曲线，得到洪水重现期。本发明的无历史资料小流域洪水重现期推求方法与现有技术相比，带来的有益效果是：在无资料地区小流域，附近没有降雨、产流条件相似、面积接近的参证水文站情况下，通过设计暴雨推求设计洪水，点绘到海森频率纸，可以直接得到频率曲线，通过查频率曲线确定发生洪水的重现期，而不是传统通过试算确定洪水重现期，因此，本发明的无历史资料小流域洪水重现期推求方法更加直接、便捷。设计暴雨推求设计洪水过程中使用的雨量等值线成果图、变差系数等值线图，推理公式法计算公式采用的参数，通过收集资料、洪水调查、分析计算、地区综合得到，更能反映流域实际情况，也充分考虑与临近流域的关系，设计洪水成果更加合理，确定洪水重现更加科学准确。能够直接通过计算、点绘得到无资料地区小流域频率曲线，为下一步计算机编程，便捷的确定洪水重现期提供了基础。尤其是在防洪抢险时需要快速确定某一小流域断面发生洪水的重现期，可以同于预先做好的频率曲线或计算机程序迅速得到，如果按照传统的经验方法计算推求洪水频率、确定重现期，需要2-5天工时，而且计算出的成果还需要审查、修改，总共需要5-7天。采用本发明的无历史资料小流域洪水频率曲线推求方法可以提前制作频率曲线、提前完成审查、修改，预先制图或编程，确定设计洪水、重现期只需不到1分钟时间，大大提高了工作效率，在防汛抢险的紧急关头为缩短决策时间、提高工作效率提供了保障。充分利用的地区降雨等值线、变差系数、推理公式计算参数等成果，提高了计算精度和工作效率。附图说明图1是本发明的一种无历史资料小流域洪水重现期推求方法流程图；图2为两河皇冠镇区域流域图；图3为推理公式法计算图，该计算图为两河下游断面，十年一遇(p＝10％)洪水qm～τ、qm～t曲线。图4为两河上游、下游断面pⅲ频率曲线计算成果图。下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。具体实施方式按照本发明的技术方案，本实施例给出一种无历史资料两河流域某场洪水重现期推求方法，包括下列步骤：1)在工作地图确定设计流域边界，在设计流域选取一个或多个设计断面，量算各设计断面面积、河长比降等流域特征值；2)使用雨量等值线、变差系数等值线计算流域各设计断面设计暴雨，即依据省或当地水文手册成果的年最大1小时、3小时、6小时、12小时、24小时雨量等值线成果图和变差系数等值线图，推求计算各设计断面的2年、3年、5年、10年、15年、20年、33年、50年、100年、150年、200年、……一遇的暴雨；3)采用推理公式法根据设计断面的暴雨推求设计洪水，计算设计断面2年、3年、5年、10年、15年、20年、33年、50年、100年、150年、200年、……一遇的洪水；4)将各设计断面频率计算成果点绘在海森频率纸上，得到无资料地区小流域各设计断面的洪水频率曲线；5)根据已知发生洪水流量，查洪水频率曲线，得到洪水重现期。本实例给出的两河流域位于陕西省安康市宁陕县，属汶水河上游一级支流，在宁陕县黄冠镇有支流朝阳沟汇入，汇入口以下流域面积205.8km2，河流长度40.5km，河流比降41.4‰，本实施例计算选择汇入口下游作为下游断面，在汇入口上游1km出选择上游断面进行频率曲线推算，分别计算出上游断面、下游断面的频率曲线，经测量某场洪水在该河段下游段面洪峰流量为850m3/s，推求该场洪水的重现期。上、下游断面水文特征值见表1，流域概况见图2所示。设计断面选取应能够满足重现期查算需要，结合工作需要，在防汛重点位置选取设计断面，当有支流加入流域面积发生明显变化应在支流下游选取设计断面，为提高重现期计算精度、便于查算，也可加密选择设计断面。表1：两河上游、下游断面水文特征值统计表断面名称流域面积(km2)河长(km)比降(‰)上游断面205.840.541.4下游断面129.839.543.5暴雨是形成洪水的主要因素，在假定设计暴雨与设计洪水的频率相应和暴雨全面积笼罩的前提下，分析产流和汇流过程，进而推求设计洪峰流量。1、设计暴雨面雨量计算①设计暴雨历时不同集水面积采用不同设计暴雨历时，根据《安康市实用水文手册》，流域面积在300km2以下,采用设计暴雨历时为12h。②设计点暴雨根据《安康市实用水文手册》查得各河流设计断面1h、3h、6h、12h、24h的点暴雨量均值ht和变差系数cvt，取cs＝3.5cv，从p—ⅲ型曲线模比系数表上查得不同频率相应的kp值，按公式htp＝kpht，计算各频率不同历时的点暴雨值htp。③设计面暴雨量各历时设计面雨量由相应点暴雨量乘点面系数而得，点面系数αt的计算公式为：αt＝1/(1+atf)bt式中，at、bt表示参数，按《安康市实用水文手册》取值，见表2。f表示流域面积(km2)。表2：参数at、bt取值表设计面暴雨计算公式为：htf＝αt×ht式中，htf表示某历时t的设计面暴雨量(mm)；ht表示某历时t的设计点暴雨量(mm)。设计点暴雨计算成果见表3和表4。表3：设计暴雨计算表(上断面)表4：设计暴雨计算表(下断面)④设计面暴雨量的时程分配本实施例计算涉及河流，流域暴雨分区属陕南ⅰ分区，设计面雨量时程按《安康市实用水文手册》分配表确定,时程分配见表5，上断面、下断面降雨过程见表5、表6。表5：降雨过程成果(上断面)单位：mm表6：降雨过程成果(下断面)单位：mm2、产流过程计算根据《安康市实用水文手册》，本实施例计算管线的河流穿越属ⅰ分区，im＝100mm，该区域前期影响雨量pa＝(2/3)im，确定前期影响雨量为67mm，扣除初损33.5mm，求得产流过程。将产流过程各时段的产流量累加起来，即为产流总量，乘以“潜流百分数”可得潜流总量，除以相应历时即得平均潜流量，再从单项产流中扣除平均潜流量，即得地面径流过程。3、汇流计算本实施例评价的河流面积小于300km2，适合用推理公式法进行汇流计算，推求设计洪水。①计算qm～τ曲线计算流域汇流参数分区属于陕南ⅰ分区，有关参数按相应经验公式确定根据《安康市实用水文手册》该流域参数按下式计算：θ＝l/(j1/3f1/4)将各参数带入后计算，根据计算的θ值确定m的公式为：m＝0.128×θ0.5927式中：l表示沿河槽汇流方向至分水岭的河长，km；f表示集水面积，km2；j表示与l相应的河道平均比降；按公式τ＝0.278×l/(mj1/3qm1/4)计算qm～τ曲线。②计算q～t曲线按公式q＝0.278f×h/t计算qm～t曲线。将qm～τ及qm～t两曲线绘于同一坐标系中，见图2，该图为推理公式法计算图，该图为两河下游断面，十年一遇(p＝10％)洪水qm～τ、qm～t曲线。两曲线交点的纵横坐标数值即为所求的洪峰流量和汇流历时，计算成果见表7、表8。表7：设计断面汇流推理公式法计算成果表(上断面)序号频率τ(h)qm(m3/s)序号频率τ(h)qm(m3/s)15012.7733.5815.927212309.899090.55.638723209.34119100.35.59514107.79236110.25.381044557.01363120.15.221220636.54421130.055.061365726.33555140.014.741775表8：设计断面汇流推理公式法计算成果表(下断面)序号频率τ(h)qm(m3/s)序号频率τ(h)qm(m3/s)15012.647815.7611102309.9113390.55.5213403209.12179100.35.3814954107.64357110.25.291592556.89549120.15.081845636.43723130.054.92110726.13862140.014.5927424、制作上、下断面频率曲线将计算成果点会在海森频率纸上，得到上断面、下断面频率曲线，见图4。根据本实施例的设计过程中的经验，点绘应注意以下技术环节：①针对洪水频率计算，海森频率纸的纵坐标为流量值，单位m3/s。②应根据计算成果最大值，即10000年(p＝0.01％)的流量，确定海森频率纸纵坐标最大值。③海森频率纸纵坐标流量均匀排列，应合理布置，每格数据长度宜选择1、2、2.5、5的整数倍，以方便将来查图计算。④海森频率纸横坐标为频率(p)，单位％，横坐标不均匀分布，不同频率位置由坐标纸给定，不需要重新调整。⑤当计算同一小流域2个以上断面洪水频率时，宜将各断面频率曲线绘制在同一副海森频率纸上，便于对比定线，也方便今后查算。⑥同一小流域2个以上断面频率曲线时，应注意上下游关系，一般来说下游断面的设计洪水，应大于同一频率上游断面设计洪水。⑦同一小流域2个以上断面频率曲线成果，应为一组pⅲ频率曲线，下游断面频率曲线位于上游断面频率曲线上方。⑧实现过程中,应反复对比，合理分析，综合确定频率曲线。5、根据断面发生洪水流量，查洪水频率曲线，得到洪水重现期。经测量某次洪水下游断面洪峰流量为850m3/s，查图4，850m3/s流量对应洪水频率为p＝1.8％，洪水重现期为：1/p＝1/0.018＝56。则该场洪水重现期为56年。重现期查算应注意，查频率曲线得到洪水频率，洪水频率取倒数、并取整得到洪水重现期；当已知流量断面与设计断面重合或断面面积差小于3％时，直接使用已知流量查算洪水重现期；当已知洪水断面与设计断面不重合或断面面积差大于3％时，采用水文比拟法计算最近设计断面流量，查算洪水重现期。当前第1页12