張錦霞李秋子王予蜀（.鶴壁水文水資源勘測(cè)局，河南鶴壁 458000；.鄭州水文水資源勘測(cè)局，河南鄭州 450000；.鄭州市水利工程監(jiān)理中心，河南鄭州450000）

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關(guān)于前期徑流對(duì)洪峰流量影響問題的探討

張錦霞1李秋子2王予蜀3
（1.鶴壁水文水資源勘測(cè)局，河南鶴壁 458000；2.鄭州水文水資源勘測(cè)局，河南鄭州 450000；3.鄭州市水利工程監(jiān)理中心，河南鄭州450000）

【摘要】設(shè)計(jì)洪水是指水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)中所指定的各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水。在計(jì)算洪峰流量時(shí)，一般都考慮了前期徑流對(duì)后一時(shí)段集流速度的影響。本文以F.F斯奈德的經(jīng)驗(yàn)公式論證，并以南灣水庫(kù)壩址雨洪匯流數(shù)據(jù)為例，說明，對(duì)大型水利水電工程而言，考慮前期徑流影響與否，對(duì)水庫(kù)的工程規(guī)模無大影響。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程 地面徑流 洪峰

徑流是指降雨及冰雪融水或者在澆地的時(shí)候在重力作用下沿地表或地下流動(dòng)的水流。徑流有不同的類型，按水流來源可有降雨徑流和融水徑流以及澆水徑流；按流動(dòng)方式可分地表徑流和地下徑流，地表徑流又分坡面流和河槽流。

洪峰是當(dāng)發(fā)生暴雨或融雪時(shí)，在流域各處所形成的徑流，都依其遠(yuǎn)近先后匯入河槽，這時(shí)河水流量開始增加，水位相應(yīng)上漲。隨著匯入河網(wǎng)的徑流從上游向下游匯集，河水流量繼續(xù)增大。當(dāng)流域大部分高強(qiáng)度的徑流匯入時(shí)，河水流量增至最大值，稱此時(shí)流量為洪峰流量，單位為立方米/秒。用坐標(biāo)紙繪出流量過程，可見洪水過程中間高、兩頭低，形似山峰，故稱為洪峰。洪峰對(duì)應(yīng)的流量為洪峰流量。洪水成因不同，洪水漲落過程相應(yīng)不同。相似的降雨過程，在濕潤(rùn)地區(qū)和干旱地區(qū)流量過程卻不大相同。干旱地區(qū)峰形尖瘦，濕潤(rùn)地區(qū)峰形平緩，主要原因是這兩類流域的洪量中地面徑流和地下徑流比例不同。濕潤(rùn)地區(qū)洪水地下徑流比重大，而干旱地區(qū)洪水幾乎全部是地面徑流；流域下墊面不同，洪水過程也不同。

設(shè)計(jì)洪水是指水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)中所指定的各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水。合理分析計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，是水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中首先要解決的問題。水利水電工程的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，一般采用兩種途徑，一是根據(jù)實(shí)測(cè)流量資料直接推求，二是根據(jù)雨量資料間接推求。根據(jù)雨量資料推求設(shè)計(jì)洪水包括設(shè)計(jì)暴雨、產(chǎn)流、匯流計(jì)算。

雨洪的匯流過程，包括地面徑流和地下徑流兩種很復(fù)雜的匯流過程。地面徑流不僅量大，分配集中，而且匯流速度快，對(duì)雨洪過程起著決定性的作用。而地下徑流的影響相對(duì)很小，所以，在雨洪匯流計(jì)算中，往往只分析計(jì)算地面徑流的匯流過程，不考慮地下徑流的影響。

地面徑流的匯流過程，又包括坡面匯流和河網(wǎng)匯流兩個(gè)階段，由于坡面流程短，調(diào)節(jié)作用小，對(duì)出流斷面雨洪過程的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于河網(wǎng)匯流，所以在計(jì)算時(shí)，往往略去坡面匯流階段，而直接用凈雨代表坡面出流，經(jīng)過河網(wǎng)匯流計(jì)算出斷面的流量過程。

河網(wǎng)計(jì)算比較復(fù)雜，水體運(yùn)動(dòng)受河網(wǎng)水力條件所支配，沿程的匯流速度不同，又有兩側(cè)入流不均勻和干支流洪水干擾等問題，很難準(zhǔn)確計(jì)算出其匯流過程。目前多采用水文學(xué)方法近似求解，主要方法有經(jīng)驗(yàn)間位線，河網(wǎng)匯流曲線，等流時(shí)線及推理公式等。

在匯流計(jì)算中，如果單位線的峰值或反映流域特征的參數(shù)有隨凈雨強(qiáng)度不同而變化的趨勢(shì)，則應(yīng)考慮非線性校正，至于是否需要考慮前期徑流對(duì)后一時(shí)段的集流速度的影響，則值得進(jìn)一步探討。

1 問題的提出

在計(jì)算洪峰流量時(shí)，一般都考慮了前期徑流對(duì)后一時(shí)段集流速度的影響，即：當(dāng)在規(guī)定選用的范圍內(nèi)，第二時(shí)段單位線的洪峰流量，一般可采用前一時(shí)段凈雨與第二時(shí)段凈雨深之和相應(yīng)的單位過程線。

以F.F斯奈德的經(jīng)驗(yàn)公式論證上述關(guān)系

斯氏不同rt的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

代表單位時(shí)段為 tr的單位線要素。

設(shè)Tr=12小時(shí)，Ri=40毫米。

斯氏經(jīng)驗(yàn)公式推算結(jié)果表明：

（1）單位線洪峰滯時(shí)隨單位時(shí)段增長(zhǎng)而增大，洪峰流量則隨單位時(shí)段增長(zhǎng)而減少。

（2）單位時(shí)段內(nèi)，洪峰流量隨凈雨強(qiáng)度增加而增大，這正是單位線要進(jìn)行非線性校正之故（但不能無限制外延，當(dāng)rt=ι時(shí)，指數(shù)為0）。

若按時(shí)段凈雨套相應(yīng)的單位線，然后徑流過程疊加，其結(jié)果將是）如何？為此通過實(shí)例進(jìn)行初步探討。

表1

············

2 前期徑流影響問題的探討

以南灣水庫(kù)壩址雨洪匯流為例，一是按上述方法考慮前期徑流的影響，二是不考慮前期

徑流的影響，計(jì)算結(jié)果如下表1。

由表1可見，考慮前期徑流影響與不考慮前期徑流影響，除20年一遇的洪峰流量?jī)烧咭恢峦?，其余幾種頻率的洪峰流量，考慮前期徑流影響的反比不考慮前期徑流影響的小1%，這是因?yàn)椋?/p>

一次雨洪在出口斷面形成的流量過程，是由各單位時(shí)段凈雨形成的徑流過程疊加而成的，考慮前期徑流的影響，單位線的洪峰流量雖增大了，但過程線變的尖瘦了，兩者對(duì)形成出口斷面的洪峰流量有相互抵消的作用，故從南灣水庫(kù)的洪峰流量計(jì)算實(shí)例來看，考慮與不考慮前期徑流影響差別不大，因此，對(duì)大型水利水電工程而言，考慮前期徑流影響與否，對(duì)水庫(kù)的工程規(guī)模無大影響。

洪峰流量和徑流量等水文要素的變化，都遵循一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，其出現(xiàn)可能性的大小或出現(xiàn)的頻繁程度，在數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)上稱為概率，在水文學(xué)上則習(xí)慣稱為頻率，屬于洪水要素方面的，稱作洪水頻率。在水文實(shí)際應(yīng)用中，關(guān)注的是由降雨所形成的流域出口斷面的流量過程。流域出口斷面的流量過程取決于流域內(nèi)的產(chǎn)流過程和匯流曲線，當(dāng)已知流域內(nèi)降雨形成的凈雨過程，則匯流計(jì)算的關(guān)鍵就是確定流域的匯流曲線。因此，只要確定出流域的匯流曲線，就可以推求流域出口斷面的流量過程。

水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)一般是以壩址設(shè)計(jì)洪水為依據(jù)。但水庫(kù)建成后，洪水是從水庫(kù)周邊匯入水庫(kù)，而不是壩址斷面的洪水，這些從水庫(kù)周邊匯入水庫(kù)（包括入庫(kù)斷面）的洪水稱為入庫(kù)洪水，它與壩址洪水有一定的差別，差異程度與水庫(kù)特性及典型洪水的時(shí)空分布有關(guān)。用人庫(kù)洪水作為設(shè)計(jì)依據(jù)更符合建庫(kù)后的實(shí)際情況，特別是對(duì)壩址洪水與人庫(kù)洪水差別較大的湖泊型水庫(kù)更為必要。

以上觀點(diǎn)僅為在工作中總結(jié)出的一點(diǎn)淺見，是否合理，還待進(jìn)一步探討。

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