謝直卉

（四川省電力設計院，成都 610071）

火力發(fā)電廠貯灰場是火電廠水工建筑的重要組成部分，考慮到山谷型貯灰場的防洪要求，常在其周圍山坡上設置截洪溝等防洪工程。為了對防洪工程的設計提供建議和必要的資料依據，須對貯灰場區(qū)域進行設計洪水計算，以保證貯灰場的安全運行。

山谷型火電廠貯灰場的排洪計算實質為小流域暴雨洪水問題，通常需推算設計洪峰流量、設計洪水總量和設計洪水過程線等水文要素。目前，小流域設計洪水計算方法較多，大體上可分為半成因半經驗方法和區(qū)域性經驗公式法。半成因半經驗方法以暴雨形成洪水的原理為基礎，經過若干概化及對某些參數的經驗處理，推導出洪水要素與有關因素之間的關系公式，常采用推理公式法。區(qū)域性經驗公式法則是在大量實測資料分析的基礎上，對各相關區(qū)域劃分區(qū)片進行地區(qū)綜合，建立洪水要素及其影響要素之間的經驗關系；其優(yōu)點是公式結構型式簡單、計算方便，而不足在于若考慮的參數越少，則反映不同流域自然地理條件的特殊差異性也越差［1］。

貯灰場壩址以上集水面積一般小于10 km2，其洪水計算屬特小流域洪水計算。灰場截洪溝等防洪工程的設計多受設計洪峰所控制，灰場一般庫容較小，對洪水調蓄能力有限，設計洪峰對灰?guī)煊绊戄^大，對洪水總量及洪水過程線要求相對較低，因此，電力工程小流域設計洪水計算多數情況著重于設計洪峰的推算。特小流域設計洪峰流量計算方法有推理公式法和經驗公式法，由于各地區(qū)地形、下墊面植被、土壤等因素不盡相同，各類計算方法公式各有特點和一定的適用性。經驗公式具有顯著的地區(qū)相關性，無論在公式之間或地區(qū)上，其參數均不得任意移用。而推理公式計算簡便，對原始資料要求相對不高，所以，此法在火力發(fā)電工程中得到廣泛應用。本文以四川某一山谷型電廠貯灰場為例，結合當地區(qū)流域情況，主要采用推理公式法計算貯灰場設計洪水。

1 基本原理

推理公式法是把流域的產匯流條件進行均化及概化后，以暴雨形成洪水的成因分析為基礎，利用等流時線原理得出推算洪峰流量公式。使用時有兩個基本假定：一是流域匯流符合線性規(guī)律；二是在流域匯流歷時τ之內，產流強度為時空均勻不變的常數。這一假定實質上是不考慮匯流過程中流域的調蓄作用，認為匯流速度沿流程不變。這樣才可由等流時線的線性疊加原理，推導出洪峰流量公式。

根據凈雨歷時tc與匯流歷時τ之間的關系，將洪峰流量的形成條件分為全面匯流（tc＞τ）和部分匯流（tc＜τ）兩種情況。水科院法以全面匯流造峰為理論基礎，認為設計洪峰流量Qm是凈雨歷時tc等于流域匯流歷時τ的設計暴雨所形成，得出設計洪峰流量公式為［2］：

當tc≥τ時，

當tc＜τ時，

式中Qm為設計洪峰流量（m3／s）；ψ為洪峰徑流系數；Sp為設計頻率的雨力（mm／h）；H24p為設計頻率p的最大24 h雨量（mm）；τ為匯流時間（h）；n為暴雨衰減指數；F為流域面積（km2）；μ為損失參數，即產流歷時內流域平均入滲率（mm／h）。

為了滿足山谷型貯灰場防洪建筑物的設計，除需要一定頻率的設計洪峰外，還需要設計洪水總量及設計洪水過程線。設計洪水總量由設計暴雨來推求，即

式中WP為設計洪水總量（萬m3）；α為徑流系數；HTP歷時為T的設計暴雨（mm）；F為設計流域面積（km2）；h為徑流深（mm）。

用典型洪水過程線放大為設計洪水過程線。通過分析實測典型洪水，結合本地區(qū)自然地理條件和暴雨洪水特性，進行綜合得出概化過程線。

2 算例分析

2.1 流域概況

某貯灰場位于大渡河左岸支流臨江河的右岸一級小支流曹溝的上游支溝，灰場壩址以上集水面積0.192 km2，溝長0.620km，流域平均坡降51.36‰；流域為丘陵地貌，形狀呈扇形，溝谷為V形，邊坡多為陡巖；地層主要為砂巖、泥巖，坡地覆蓋較薄，一般0～3 m；域內植被較好，山坡多成片松林和灌叢，局部竹林，覆被度60%以上。

2.2 設計暴雨

暴雨強度是隨時間而變化的，且在地區(qū)上分布不均勻，但在特小流域推求設計暴雨時，由于流域面積較小，因而假定暴雨強度不隨時間而變化，并且忽略暴雨在地區(qū)上分布的不均勻性。本例根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》，貯灰場年最大（即10 min）、1 h、6 h、24 h設計暴雨由等值線圖查讀得出，即先查讀出各歷時暴雨均值和CV值，根據CV值和CS／CV＝3.5查Kp值表或Фp值表，根據下列公式計算出Hp值，該貯灰場設計暴雨成果見表1。

表1 貯灰場設計暴雨成果

2.3 設計洪峰流量

根據《四川省水文手冊》可查算出相應的計算參數，其中四川省綜合單站分析的匯流參數m值，建立了m～f（θ）的經驗關系（θ為流域特征值），θ＝，該貯灰場壩址以上集水區(qū)域屬青衣江～鹿頭山暴雨區(qū)，匯流參數m＝0.318θ0.204，產流參數μ＝6F－0.19（CV＝0.15，CS／CV＝3.5），統(tǒng)計計算各相關參數如表2所示：

表2 參數統(tǒng)計表

采用水科院推理公式法，推算出該貯灰場壩址以上設計洪峰流量成果如表3所示。

表3 貯灰場壩址設計洪峰流量成果

2.4 設計洪水過程線及設計洪水總量

設計洪水總量由設計暴雨來推求，計算得出：W1%＝5.52（萬 m3），W2%＝4.85（萬 m3），W5%＝3.94（萬 m3）。

由上述所計算出的設計洪水總量WP和設計洪峰流量Qm來計算設計洪水過程概化矩形歷時TP＝查閱《四川省水文手冊》，根據設計流域所在地區(qū)及暴雨洪水特點選定采用的概化過程線模型相對坐標y～x值，然后將其轉換為設計洪水過程線Q｀t～t；再根據設計流域的集水面積和所在水系，選用基流量公式Qo＝0.245F0.795，將Qo平均加入Q｀t～t，即得出設計洪水過程線Qt～t。貯灰場P＝1%、P＝2%、P＝5%的設計洪水過程線見圖1和表4所示。

圖1 灰場壩址設計洪水過程線

2.5 經驗公式法推求洪峰流量

影響洪峰流量的因素很多，采用經驗公式法難以反映復雜的自然因素對洪水的影響，但可用經驗公式法對洪峰流量作初步估算，以校核推理公式法推算的成果。

表4 灰場壩址設計洪水過程線成果

本區(qū)域屬青衣江、鹿頭山暴雨區(qū)，按照全國小流域暴雨洪水地區(qū)經驗公式法，Q＝KFn（K、n為經驗性參數），根據我國全國水文分區(qū)經驗公式成果，選取K＝23.62，n＝0.69，計算該貯灰場壩址以上設計洪峰流量為：Q1%＝8.32（m3／s），Q2%＝7.56（m3／s）。綜合上述計算結果，最后推薦由推理公式法計算出的設計洪峰流量成果：Q1%＝6.96（m3／s），Q2%＝6.28（m3／s），Q5%＝5.35（m3／s）。

3 結 語

各區(qū)域水文氣象、自然地理下墊面條件差別大，所依據的資料有局限性，在現有各種類型的方法中，統(tǒng)一使用一種方法比較困難。為了提高小流域設計洪水成果的精度及合理性，應采用多種途徑進行計算，經分析比較后合理選用設計值。電力工程中山谷型的貯灰場流域常常缺乏充分的實測雨洪資料，水科院推理公式法適用于匯水面積在500 km2以下流域設計洪水計算，在山谷型貯灰場中得到廣泛運用，具有一定實用性，但還需結合搜集當地流域資料、野外查勘等途徑對參數作出正確、合理的定量，根據設計需要計算出各項設計洪水指標，為電力工程中修建各種防洪及排水設施提供設計依據。

［1］董秀穎，等.特小流域洪水計算概論［J］.水文，2007，（5）.

［2］電力工程水文勘測計算手冊［M］.北京：中國電力出版社，1981.