安康市水利水电勘测设计院 陕西省安康市 725000
摘要：无域资料地区中小流域设计洪水的计算通常有由雨量资料推求和由流量资料推求和经验公式等途径。由于各计算方法适用范围不同，本次以陕西省安康恒河流域为例，采用多种方法分析计算设计洪水，综合分析确定各方法计算精度和适用范围，为安康地区中小流域设计洪水的推求提供一个可行的操作思路。
关键词：无资料地区；中小流域；设计洪水；安康地区；设计洪水；
安康地区属长江流域，汉江水系。区域内河流众多，河网密度每平方公里1.43公里，汉江由西向东横贯全市，汉江北岸支流由北至南、南岸支流由南至北汇入汉江，共同勾勒出安康水系“羽状”的特征格局。据统计，全市流域面积在5km²以上的河沟共942条，除汉江流域面积在1万平方公里以上外，其余941条河道流域面积均小于1万平方公里，其中流域面积1000～10000km²的有9条，100～1000km²的有65条，50～100km²的有60条，5～50km²的有807条。分布在汉江北岸，发源于秦岭南麓的汉江较大一级支流有子午河、池河、月河、旬河；分布在汉江南岸，发源于巴山北麓的汉江较大一级支流有任河、岚河、洞河、坝河、南江河。
安康市总面积为23529平方公里，仅设有15座水文测站，其中控制流域面积最小的水文站为蜀河水文站，其控制流域面积为581km²，即安康地区500km²以下流域均为无资料地区。安康大部分河流为无资料地区，无资料地区中小流域设计洪水的推求一直是中、小型水利工程设计当中的一个难点，现行推求设计频率洪水的计算方法难以应用于无资料的地区，因此，必须为无资料地区设计洪水的计算探寻一个可行的途径，以免洪水计算成果与实际偏差太大，影响工程的防洪安全和投资规模。本文以陕西省安康市恒河为例，采用由暴雨资料推求设计洪水的思路，并结合当地暴雨洪水图集和水文水手册记载的经验公式等多方法计算设计洪水，通过与水文测站实没洪水成果和调查历史洪水成果对比分析，说明由暴雨资料推求设计洪水和经验公式推求设计洪水的可靠性。
一、流域概况
恒河是月河左岸一级支流，发源于汉滨区与宁陕、镇安三县交界的千家坪，由北向南流向，于恒口集镇东侧汇入月河，河流全长113km，流域面积975km²，河道平均比降5.94‰。
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图1 恒河纵断面图
恒河下游设有杨家营水文站，杨家营水文站1957年5月由陕西省水利厅设立，1964年1月改由陕西省水文总站领导，施测断面以上集水面积931km²。该站曾变迁过两次，1975年1月基本水尺上迁50m改名杨家营（二）站，集水面积929km²；1999年1月该站下移至恒口示范区，集水面积973km²。
恒河流域地形北高南低，属秦岭南麓浅山区，山势陡峻，沟壑纵横，海拔高程280～2138m之间。流域呈叶脉状，流域内植被都较好，越向上游林木越茂盛，森林覆盖率约在70%以上，树木乔冠混杂，针阔叶混交，水土流失轻微，河流含沙量较小，水质良好。
表1 恒河流域各控制断面控制流域参数
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二、设计洪水计算方法
无资料地区的设计洪水，一般遵照“多种方法，综合分析，合理选定”的原油确定设计洪水。安康地区小流域设计洪水计算方法有水文比拟法、洪峰面积相关法、综合参数法、推理公式法和瞬时单位线法等，分别介绍如下：
（1）水文比拟法
一般以附近水文站为参证站，按面积比和2/3次方计算设计流域洪水。依据《安康地区实用水文手册》，对控制断面与水文测站控制面积之差不超过水文测站控制面积的20%，为有实测水文资料地区，可依据水文测站实测流量资料推求设计洪水。当控制断面与水文测站控制面积之差不超过5%时，可直接采用水文站资料结合历史调查洪水成果进行频率计算，推求其设计洪水。控制面积之差超过了5%，但小于20%，流域的自然地理条件比较一致，同属于一个水文分区的水文测站为参证站，可以采用水文比拟法确定其设计洪水成果。对于控制断面与水文测站控制面积之差超过水文测站控制面积20%的，水文比拟法计算结果仅作参考。
（2）洪峰面积相关法
洪峰面积相关法是目前采用的洪峰流量经验公式中最为简单的一种形式和方法。对于缺乏水文资料地区的工程项目规划中的设计洪水速算有着重要意义。《安康地区实用水文手册》根据地区洪水特性，将安康地区划分为汶池区、江北区、冷白区、任、洞区、岚大区、黄坝区、南江区共5个分区，通过参数拟合确定各分区参数。计算公式如下：
QP= KPFn
式中：QP——频率为P的设计洪峰流量（m³/s）；
F——设计流域面积（km²）；
n——指数；
KP——设计频率为P的经验参数。
（3）综合参数法
《安康地区实用水文手册》以流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础建立多因素经验公式，计算公式如下：
QP=K6Pη×Fα×H6Pβ×Jγ
式中：QP——频率为P的设计洪峰流量（m³/s）；
F——设计流域面积（km²）；
J——设计流域主河道平均比降（千分率的分子值）；
K6P——设计流域频率为P的6小时点雨量P～Ⅲ型曲线模比系数，K6P=f（P，Cv6，Cs），其中Cv6为6小时点雨量变差系数，偏态系数Cs=3.5Cv6；
H6P——频率为P的6小时设计点暴雨量（mm），H6P=K6PH6，其中H6为6小时点暴雨量均值；
η、α、β、γ——经验指数。
（4）由暴雨资料推求设计洪水
《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》中介绍了由暴雨资料推求设计洪水的方法，由暴雨资料推求设计洪水的方法有推理公式法和瞬时单位线法，推理公式法一般适用流域面积在300km²以下的流域，而300~500km²供参考使用。瞬时单位线法一般适用于流域面积在300～1000km²范围的流域，而1000～1500km²供参考使用。
三、洪水成果分析
按照以上介绍的洪水计算方法计算各控制断面不同频率洪水，洪水成果见图2。由图可知，一般由暴雨资料推求的设计洪水比水文比拟法和经验公式法计算结果大。由暴雨资料推求设计洪水方法中，一般瞬时单位线法计算结果要比推理公式法计算结果大。经验公式法计算结果随着流域面积的减小，其计算结果在几种方法计算结果排位中逐渐上升，其中综合参数法计算结果上升速度更快。
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图2 各控制断面洪水成果图
通过杨家营水文站洪水成果分析知，瞬时单位线法计算结果普遍偏大，瞬时单位线法计算结果比实测洪水（水文比拟法）成果大20%左右（池河马池（二）站偏大34%）。推理公式法计算结果与实测洪水成果接近，说明推理公式法计算结果较合理。两种经验公式法计算结果非常接近，略小于实测洪水成果，主要是因为经验公式是通过水文站实测资料拟合求得，说明《安康地区实用水文手册》编撰时采用的水文站设计洪水成果略低。
经调查分析，马坪河附近50年一遇洪峰流量为760m³/s，位于水文比拟法和推理公式法计算结果之间，说明水文比拟法计算结果偏小。特别是当参证站控制流域面积在1000km²以上时，采用水文比拟法推算设计流域面积在300km²以下时，计算结果往往偏小。当设计流域面积小于300 km²时，由于设计流域面积与参证站控制流域面积相差较大，其计算误差较大，一般不予采用。
四、结论
根据以上分析，总结安康地区中小流域设计洪水计算方法和采用成果结论如下：
（1）当工程区位于两水文站之间，可采用上下游水文站设计洪水成果插值求得工程区设计洪水成果。
（2）当工程区控制断面与水文测站控制面积之差不超过5%时，可直接采用水文站资料结合历史调查洪水成果进行频率计算，推求其设计洪水。
（3）当工程区控制断面与水文测站控制面积之差超过了5%，但小于20%，可以采用水文比拟法确定其设计洪水成果。
（3）当工程区控制断面与水文测站控制面积之差超过了20%，且工程区控制断面面积大于500km²，可以采用水文比拟法、瞬时单位线法和经验公式法计算，综合分析后，合理确定设计洪水成果。一般采用洪水成果在水文比拟法和瞬时单位线法计算结果之间较合理。
（4）当工程区控制断面与水文测站控制面积之差超过了20%，且工程区控制断面面积在300~500km²之间，可以采用水文比拟法、推理公式法和瞬时单位线法计算，综合分析后，合理确定设计洪水成果。一般推理公式法计算结果位于水文比拟和瞬时单位线法计算结果之间，认为推理公式法较合理。
（5）当工程区控制断面与水文测站控制面积之差超过了20%，且工程区控制断面面积小于300km²，可以采用洪峰面积相关法、综合参数法和推理公式法计算，综合分析后，合理确定设计洪水成果。一般认为推理公式法计算精度相对要高一些。
参考文献：
[1]王克平.许清香.冯民权.无资料地区小流域设计洪水计算方法研究.2008.
[2]陕西省安康地区水电局.安康地区实用水文手册.1983.
[3]陕西省水利水土保持厅.陕西省中小流域设计暴雨洪水图集.1985.