楊碧波

（陜西省商洛水文水資源勘測(cè)局，陜西商洛726000）

瞬時(shí)單位線法在移民安置洪水分析中的應(yīng)用

楊碧波

（陜西省商洛水文水資源勘測(cè)局，陜西商洛726000）

移民安置是解決貧困群眾脫貧的重要舉措，移民安置點(diǎn)洪水分析評(píng)價(jià)是保證避災(zāi)移民搬遷安置工程安全的重要保障。針對(duì)商洛境內(nèi)洪水的特點(diǎn)，采用臨近武關(guān)水文的雨量資料，用瞬時(shí)單位線法推求安置點(diǎn)相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水、洪量、洪水持續(xù)時(shí)間，對(duì)安置點(diǎn)自身安全、河道行洪、第三方等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)得出結(jié)論。商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高合理、可靠、是安全的，用瞬時(shí)單位線法計(jì)算結(jié)果可作為確定商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水分析參考成果。

瞬時(shí)單位線；暴雨；設(shè)計(jì)洪水；分析

移民安置是解決貧困群眾脫貧的重要舉措，移民安置點(diǎn)洪水分析評(píng)價(jià)是保證避災(zāi)移民搬遷安置工程安全的重要保障。通過(guò)承擔(dān)商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)的防洪評(píng)價(jià)工作，從實(shí)際踏勘、測(cè)量、計(jì)算，完成對(duì)本安置點(diǎn)的洪水分析與評(píng)價(jià)。依據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洪水計(jì)算過(guò)程中，分別使用經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法、水文比擬法進(jìn)行洪峰流量計(jì)算，這些方法共同的特點(diǎn)是，只反映洪峰流量大小對(duì)工程的影響，沒(méi)有定量反映出洪水過(guò)程及洪水持續(xù)時(shí)間對(duì)工程安全的影響。瞬時(shí)單位線法通過(guò)建立流域模型用數(shù)學(xué)公式、S(Q)曲線不僅推求出洪峰流量大小，而且對(duì)洪量和洪水持續(xù)時(shí)間進(jìn)行定量分析，通過(guò)對(duì)洪水三要素的定量分析對(duì)安置點(diǎn)自身安全、河道行洪、第三方等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 概況

商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)，位于清油河左岸，預(yù)計(jì)安置群眾30戶，114人，占地面積27.0畝，沿河方向長(zhǎng)約720m，寬約25m。建設(shè)清油河鎮(zhèn)清油河村河?xùn)|安置點(diǎn)，是清油河鎮(zhèn)城鎮(zhèn)化發(fā)展建設(shè)的迫切需求。根據(jù)中華人民共和國(guó)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2013）規(guī)定，本安置點(diǎn)防護(hù)區(qū)總?cè)丝谛∮?0萬(wàn)人，耕地面積均不足30萬(wàn)畝，安置點(diǎn)防護(hù)區(qū)的等級(jí)為Ⅳ級(jí)，即采用20年防洪標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 瞬時(shí)單位線法

瞬時(shí)單位線法是凈雨歷時(shí)趨于無(wú)限小的情況下，利用數(shù)學(xué)公式、S(Q)曲線等，推求流域上均勻分布的單位凈雨量在流域出口斷面處形成的地面徑流量過(guò)程線，由暴雨資料推求流量過(guò)程的一種方法，是應(yīng)用水文學(xué)中最基本的分析工具之一，是無(wú)水文資料地區(qū)推求設(shè)計(jì)洪水的重要方法之一。

2.1 瞬時(shí)單位線法原理

瞬時(shí)單位線法的原理是采用納希瞬時(shí)單位線模型，單位線有兩個(gè)假定即倍比假定、疊加假定，其基本公式是：

式中：U(0，t)為t時(shí)刻瞬時(shí)單位線縱高；n為相當(dāng)于線性水庫(kù)個(gè)數(shù)或調(diào)解次數(shù)；為K為相當(dāng)于流域匯流時(shí)間的參數(shù)；t為相應(yīng)時(shí)間;Γ（）

n-n的伽瑪函數(shù)。在實(shí)際中，因凈雨歷時(shí)不可能趨于無(wú)線小，需將瞬時(shí)單位線轉(zhuǎn)換為時(shí)段單位線，一般用S曲線法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如下式。

將S（t）曲線移后△t，則兩條S曲線的縱高差值除以△t，就是計(jì)算時(shí)段為△t的單位線，其算式如下。只要求出n、k，查S（t）曲線，可求得單位線q(△t,t)。瞬時(shí)單位線的n、k參數(shù)，用矩法計(jì)算求得。

2.2 瞬時(shí)單位線法優(yōu)點(diǎn)

瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水與匯水面積法、綜合參數(shù)法和推理公式法相比，優(yōu)點(diǎn)是該方法是建立起流域模型，模擬出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的洪水過(guò)程，不僅求出了設(shè)計(jì)洪峰流量而且推出了設(shè)計(jì)洪水總量及設(shè)計(jì)洪水持續(xù)的時(shí)間，而其他三種方法只是求出了設(shè)計(jì)洪峰流量。對(duì)于移民安置點(diǎn)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，推算出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水的三要素可對(duì)以后的項(xiàng)目區(qū)建設(shè)提供較為科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，更加為評(píng)價(jià)工程安全及防汛采取措施提供全面支撐。瞬時(shí)單位線法計(jì)算的核心是凈雨的推求，凈雨推求的關(guān)鍵是找一個(gè)恰當(dāng)?shù)膮⒆C雨量站，隨著中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，雨量站站點(diǎn)密度增加很多，為該方法的使用提供了必要的硬件支撐，是今后無(wú)水文資料地區(qū)洪水分析的重要方法之一。

3 瞬時(shí)單位線法的應(yīng)用

3.1 參證站資料的三性分析

3.1.1 資料的可靠性分析

本次暴雨量設(shè)計(jì)采用了流域中心附近站武關(guān)站的雨量資料，武關(guān)水文站為省級(jí)重要水文站。該站按照國(guó)家及行業(yè)頒布的技術(shù)規(guī)范和陜西省水文局下達(dá)的《測(cè)站任務(wù)書》進(jìn)行資料觀測(cè),其資料經(jīng)武關(guān)水文站整編,商洛水文局審查,陜西省復(fù)審,長(zhǎng)江流域機(jī)構(gòu)匯編刊印，因此所選用的資料是可靠的。

3.1.2 資料的一致性分析

武關(guān)水文站雨量觀測(cè)設(shè)施自設(shè)立以來(lái)，位置一直固定，資料系列一致性好。

3.1.3 資料系列代表性分析

武關(guān)站有1959-2015年的57年的實(shí)測(cè)雨量資料，在樣本數(shù)量上具有一定的代表性。

3.2 設(shè)計(jì)洪水推算

清油河鎮(zhèn)清油河村河?xùn)|安置點(diǎn)所在區(qū)域?qū)儆跓o(wú)水文資料地區(qū)，本次采用臨近的武關(guān)水文站實(shí)測(cè)雨量資料，用頻率法推求設(shè)計(jì)暴雨，按《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》地區(qū)綜合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）來(lái)推求暴雨的時(shí)程分配，按蓄滿產(chǎn)流方式進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算，用初損后損法推求地面設(shè)計(jì)凈雨推求地面設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程，根據(jù)安置點(diǎn)流域面積，比降和相關(guān)參數(shù)，利用S曲線將瞬時(shí)單位線轉(zhuǎn)換為1小時(shí)的時(shí)段單位線的匯流計(jì)算實(shí)現(xiàn)由降雨推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，從而對(duì)項(xiàng)目所在地的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

3.2.1 推求設(shè)計(jì)面暴雨

武關(guān)雨量站位于本流域中心附近，以武關(guān)站為參證站，根據(jù)武關(guān)站1959-2015年57年的雨量資料，分別統(tǒng)計(jì)其歷時(shí)為1小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)時(shí)段內(nèi)最大點(diǎn)降雨量，用頻率法推求20年一遇的設(shè)計(jì)暴雨量，見下表3.1。在設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨確定后，由點(diǎn)面系數(shù)公式將點(diǎn)雨量換算成面雨量，換算結(jié)果見表1。

表1 在各時(shí)段下相應(yīng)頻率的點(diǎn)雨量（單位：mm）

3.3.2 設(shè)計(jì)面雨量的時(shí)程分配

根據(jù)商洛地區(qū)水文手冊(cè)，按地區(qū)綜合概化成典型雨型（用百分比表示）來(lái)推求暴雨的時(shí)程分配。流域面積大于100 km2的流域選用24小時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配雨型求其時(shí)段降雨量。

3.3.3 時(shí)段凈雨推求

由暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，首先假定設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水是同頻率的。根據(jù)我區(qū)水文氣象、地質(zhì)地貌、下墊面等因素確定產(chǎn)流方式為蓄滿產(chǎn)流。①清油河安置點(diǎn)處于長(zhǎng)江流域前期影響雨量Pa=2/3Im=53.3 mm,土壤最大蓄水量Im=80.0 mm；②初損量的計(jì)算：P初損=Im/3=26.7 mm，根據(jù)商洛地區(qū)實(shí)際，在推流中采用一次扣除的方法，即蓄滿產(chǎn)流的概念，當(dāng)本降雨加上設(shè)計(jì)情況下Pa達(dá)到Im時(shí)，全部為損失，然后所有雨量則全面產(chǎn)生徑流；的因此按蓄滿產(chǎn)流方式計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程的凈雨過(guò)程。③扣除潛流量，商洛地區(qū)潛流量占產(chǎn)流總量的20%，潛流量的計(jì)算右產(chǎn)流總量乘以潛流所占的百分比除以產(chǎn)流時(shí)段所得。④地面凈雨過(guò)程：從各時(shí)段的地面凈雨量中，分別扣除初損和潛流量逐時(shí)段扣除得到地面凈雨過(guò)程。

3.3.4 推求設(shè)計(jì)洪水

（1）根據(jù)《商洛地區(qū)水文手冊(cè)》，結(jié)合清油河安置點(diǎn)流域面積、比降和地區(qū)綜合參數(shù)確定m1,m2。

①造峰雨歷時(shí)tp確定，公式如下：

式中：F為流域面積（km2）;為主河道平均比降（‰），取整后求得tp是5小時(shí)。

②造峰平均雨強(qiáng)確定，公式如下：ip=htp/tp=17.1 mm/小時(shí)

③m1和m2的確定，公式如下：

（2）計(jì)算n、k值,公式如下：n=1/m2=1.74，

（3）用S（t）曲線將瞬時(shí)單位線轉(zhuǎn)化成1毫米的1小時(shí)的時(shí)段單位線

由n值在商洛地區(qū)水文手冊(cè)S（t）曲線表中查出不同t/k所相應(yīng)的S（t）值，并按t=t/k×k，求出t值，以0為起始時(shí)間，S（t）為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)做出S（t）曲線，見圖1。根據(jù)S（t）曲線，每隔1小時(shí)讀取一個(gè)S（t）值，生成一列S（t）值；將S（t）值錯(cuò)后一個(gè)△t值得出另一列S（t）值；同一時(shí)間t的S（t）值相減即為1小時(shí)無(wú)因此單位線。按Q=1×F/3.6△t,求出總量為1毫米的1小時(shí)單位線。

（4）設(shè)計(jì)洪水過(guò)程

圖1 清油河村安置點(diǎn)20年一遇時(shí)段單位線S(t)曲線圖

時(shí)段單位線分別乘以各時(shí)段的凈雨量，按錯(cuò)開一個(gè)時(shí)段相疊加，得地面徑流過(guò)程，計(jì)算出各時(shí)段的潛流量，基流量與地面徑流過(guò)程相加，即為設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，見圖2。經(jīng)計(jì)算，本工程區(qū)20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為970 m3/s。洪水總量約2029萬(wàn)m3，洪水持續(xù)時(shí)間約15小時(shí)。

4 設(shè)計(jì)洪水分析評(píng)價(jià)

圖2 清油河村安置點(diǎn)20年一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖

采用瞬時(shí)單位線不僅能計(jì)算出洪峰流量，而且能得到洪水總量和洪水持續(xù)時(shí)間，對(duì)分析工程安全有重要指導(dǎo)作用。

4.1 洪峰流量

洪峰流量反映出本工程設(shè)計(jì)洪水位高度。依據(jù)洪水演算推求設(shè)計(jì)水面線，確定工程安全標(biāo)高。分析工程安全性。根據(jù)本工程的設(shè)計(jì)洪峰流量，經(jīng)演算得到了設(shè)計(jì)洪水位，考慮設(shè)計(jì)標(biāo)高，與設(shè)計(jì)地面高程比較（見表1），可以看出商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高合理、可靠考慮、是安全的。

4.2 洪水總量

洪水總量反映河槽蓄水量，洪量大小也威脅堤防及護(hù)岸的安全，護(hù)岸工程受洪水長(zhǎng)時(shí)間侵泡易造成垮塌，需要根據(jù)洪水侵泡情況采取護(hù)岸加固方法。本工程20年一遇設(shè)計(jì)洪量達(dá)到2029萬(wàn)m3，為確保護(hù)岸不垮塌，不影響第三方和河道現(xiàn)有堤防安全提出對(duì)護(hù)岸加固選材提出建議，需采用耐浸泡不易造成坍塌的M7.5漿砌石護(hù)坡。

4.3 洪水持續(xù)時(shí)間

洪水持續(xù)時(shí)間決定防洪的物資準(zhǔn)備、人員調(diào)遣等。本工程20年一遇設(shè)計(jì)洪水持續(xù)時(shí)間為15小時(shí)，在防汛方面需要做好防汛物資準(zhǔn)備和人員調(diào)遣方面的工作，防汛應(yīng)急照明需要滿足15小時(shí)，防汛人員按每班8小時(shí)需要2班人員參與防汛搶險(xiǎn)工作。

表1 商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)設(shè)計(jì)高程復(fù)核表

5 結(jié)語(yǔ)

移民安置點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水分析的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)洪水的推求，本次用瞬時(shí)單位線法推求洪水，既得到了洪峰流量，又得到了洪量、洪水持續(xù)時(shí)間，確定的設(shè)計(jì)洪水、洪水位、洪水時(shí)間等，為評(píng)價(jià)行洪安全、第三方安全以及自身防洪安全提供科學(xué)依據(jù)。經(jīng)綜合分析評(píng)價(jià)，可以看出商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高合理、可靠、是安全的；護(hù)岸加固需采用耐浸泡不易造成坍塌的M7.5漿砌石護(hù)坡；防汛搶險(xiǎn)時(shí)應(yīng)備足防汛物資，防汛人員應(yīng)安排2班人員等。用瞬時(shí)單位線法計(jì)算結(jié)果可作為確定商南縣清油河鎮(zhèn)清油河村安置點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水分析參考成果。隨著中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，雨量站站點(diǎn)密度增加很多，為該方法的使用提供了必要的硬件支撐，該方法建立水文模型，具有較高的技術(shù)含量，值得在今后無(wú)水文資料地區(qū)洪水分析中應(yīng)用。

Application of Instantaneous Unit Line Method in Resettlement Flood Analysis

Yang Bibo
（Shaanxi Province ShangluoHydrologyand Water Resources SurveyBureau Shangluo726000,Shaanxi）

Resettlement is an important measure to solve the poverty alleviation of poverty-stricken people.The analysis and evaluation of the resettlement sites is an important guarantee toensure the safety of evacuation and resettlement.According tothe characteristics of the flood in Shangluo,Using the rainwater data near Wu Guan hydrological data,the instantaneous unit line method is used to calculate the corresponding design flood,flood volume,flood duration,then analyzes and evaluates the safety ofthe settlements,river floods,third parties and get the conclution.The design standard of Qingyouhe Village,Qingyouhe Village,Qingnanhe Town,Shangnan County is reasonable,reliable and safe.The result of calculation method with instantaneous unit line method can be used as the result of the design of flood analysis of Qingyouhe Village,Qingyouhe Town, Shangnan County.

The instantaneous unit line method,the rainstorm,the design flood and toanalyze

TV122

B

1673-9000（2017）04-0006-02

2017-06-01

楊碧波（1982-），女，陜西藍(lán)田人，工程師，主要從事水文水利計(jì)算，水資源評(píng)價(jià)等工作。