謝 勇，王巧霞，曹立志

(1.四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，成都，610065；

2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

1 引言

面雨量是指一定時段內(nèi)一定面積上的平均降水量，能夠客觀反映整個區(qū)域降水情況，是中小流域暴雨洪水計算的重要參數(shù)。

設(shè)計流域面雨量計算公式為：

利用常規(guī)雨量資料估算面雨量主要有等雨量線法、泰森多邊形法、算術(shù)平均法、反距離加權(quán)法和逐步格點訂正法等多種方法，每種方法有其優(yōu)點和適用范圍，同時也存在各自的局限性[1-2]。

表1 面雨量計算方法優(yōu)缺點

2 工程應(yīng)用探討

2.1 流域概況

某工程位于四川省涼山州東部三灣河流域，三灣河是昭覺河一級支流，金沙江二級支流，發(fā)源于力比少哈山脈東麓，在昭覺縣城南3km處匯入昭覺河。工程地點以上流域面積565.9km2，河長47.1km，比降14.5‰。區(qū)域內(nèi)地形起伏大，地貌復(fù)雜多樣，高山區(qū)荒無人煙，水文氣象長期觀測站點稀疏，且分布于工程流域之外。

2.2 面暴雨計算方法討論

根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》(簡稱《手冊》)，無實測流量資料時，可采用暴雨洪水計算成果，流域面積一般在1000km2以內(nèi)?！妒謨浴分型扑]的設(shè)計面暴雨計算有三種方法。

2.2.1 繪制概化雨圖

根據(jù)設(shè)計流域所在的分區(qū)和地形條件，選定某一典型暴雨雨圖的軸向，求出不同面積概化雨圖的長短半徑以及相應(yīng)的等雨深值，繪制設(shè)計歷時的概化雨圖，按面積加權(quán)計算流域平均雨量。應(yīng)注意所選的典型雨圖與設(shè)計流域之間不應(yīng)有高大山體阻擋且不宜相距太遠。

2.2.2 查算分區(qū)綜合暴雨時面深關(guān)系

設(shè)計流域不超出“使用上限面積”，且流域的形狀和方位與所在分區(qū)內(nèi)綜合雨圖的形狀方位一致或相差甚微；或者設(shè)計流域的面積很小而形狀接近圓形或等邊形時，所計算的面平均雨量有一定代表性，否則將會產(chǎn)生比實際雨量偏大的情況，應(yīng)使用概化雨圖的方法計算面雨量。

2.2.3 修正系數(shù)法推求

繪制雨圖操作繁瑣，可以用面折減系數(shù)修正分區(qū)綜合暴雨時面深關(guān)系，概化處理推求面暴雨。由于不同流域面積形狀和選用典型暴雨雨圖軸向的不同，概化雨圖計算的面平均雨量會有較大差異，流域面積在500km2以內(nèi)為宜。如計算中選用的典型暴雨雨圖軸向與統(tǒng)計分析中已選用的典型暴雨差別較大時，即使在500km2以內(nèi)也宜繪制概化雨圖計算[3]。

選定工程流域附近最優(yōu)暴雨雨圖軸向，分別繪制100km2、300km2、500km2、700km2、1000km2概化橢圓雨圖，典型雨圖與設(shè)計流域之間有高大山體阻擋、相距太遠，重合部分極少；在綜合分區(qū)圖中，工程流域?qū)儆冖?(金沙江下段)，6h面深關(guān)系的使用上限面積為60km2，24h面深關(guān)系的使用上限面積為70km2，工程流域超出“使用上限面積”；修正系數(shù)法推求面暴雨時，流域面積在500km2以內(nèi)為宜，而設(shè)計流域565.9km2。綜上，《手冊》中推薦的三種設(shè)計面暴雨計算方法均超出使用條件，工程應(yīng)用受限。

2.3 等雨量線法面暴雨計算

2010年審定出版的《四川省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集》提供暴雨洪水計算需要的10min、1h、6h、24h等短歷時點雨量等值線成果。由于工程流域內(nèi)無雨量測站，工程流域外雨量測站稀疏且分布不均勻，利用常規(guī)雨量資料估算面雨量常用方法中，考慮工程流域特點、各方法的優(yōu)缺點和適用范圍，以及暴雨洪水計算資料情況，本文采用等雨量線法計算面暴雨。

等雨量線法計算公式為：

圖1 工程流域24h暴雨等值線分布

表2 流域面暴雨計算成果

2.4 成果驗證

目前國內(nèi)外的面雨量檢驗比較方法主要有兩個方向。比較常見的是利用觀測降水建立雨量插值模型，然后將未參與建模的觀測值與該點的插值結(jié)果進行比較來檢驗。另外一種常用的驗證面雨量準(zhǔn)確性的方法是將計算結(jié)果提供給水文模型，并將模型計算流量結(jié)果與實況觀測比較[4]。

昭覺河干流上有昭覺水文站，控制流域面積650km2，工程流域占比87%，可以采用水文比擬法計算洪水。故本文采用面暴雨成果提供給推理公式進行暴雨洪水計算，將洪水計算成果與水文比擬法比較，間接檢驗面暴雨計算的合理性。推理公式法計算時，其他流域參數(shù)均不變，僅輸入不同方法計算的面暴雨，計算成果主要受面暴雨影響。

表3 三灣河流域洪水計算成果

對比發(fā)現(xiàn)，采用等雨量線法面暴雨推求洪水和水文比擬法成果量級相當(dāng)，低頻率洪水略大，高頻率洪水略??；而分區(qū)綜合暴雨時面深關(guān)系和修正系數(shù)法面暴雨推求洪水成果特別小，各頻率洪水均比水文比擬法成果小30%以上。綜合分析工程流域地理特征和各種方法的使用范圍，等雨量線法應(yīng)用較好，洪水成果與水文比擬法接近，應(yīng)用于工程實踐可行。

2.5 推廣運用

為了進一步驗證等雨量線法面暴雨推求洪水成果的可靠性，應(yīng)用于湖南省長沙市麻林河流域。某工程地點以上集雨面積166.4km2，河長24.7km，比降1.0‰。將等雨量線法面暴雨推求設(shè)計洪水結(jié)果與水文比擬法設(shè)計洪水結(jié)果同列于表5。

表5 麻林河流域洪水計算成果

計算成果表明，等雨量線法面暴雨推求洪水成果可達到工程應(yīng)用精度。綜上，中小流域設(shè)計洪水面暴雨計算作如下應(yīng)用推廣：

(1)工程流域面積較小時，四川地區(qū)不大于25km2，直接采用點雨量代替面雨量。

(2)工程流域面積較大時，建議增加等雨量線法計算面暴雨。

3 結(jié)論

中小流域暴雨洪水計算，當(dāng)流域內(nèi)可用的雨量站點稀少、分布不均勻時，可采用暴雨參數(shù)圖集研究成果查算短歷時點暴雨，運用等雨量線法推算設(shè)計流域面暴雨。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，等雨量線法計算工作效率大幅提高，精度滿足工程應(yīng)用要求。

流域降雨是一個十分復(fù)雜的過程，且由于流域面雨量是推導(dǎo)量，缺乏來自真實值的直接驗證，關(guān)于流域面雨量計算的檢驗以及各種計算方法的比較一直是個難題。工程實踐中，應(yīng)采用多種方法、多種手段對比分析綜合取值。