《水资源研究》第３３卷第２期（总第１２３期）２０１２年６月 地区综合法在洪水设计中的应用 邹文安 ，任建业 （１．吉林省水文水资源局，吉林长春１３００３３； ２．通化市水利水电勘测设计研究院，吉林通化１３４０００） 摘 要：设计洪水分析方法较多，归纳起来有推理公式法、地区经验公式法、综合单位线以及水文模型等。其 中，推理公式法和水文模型法属利用暴雨资料推求设计洪水，如罗斯托莫夫法、水科院法、新安江模型等；而地 区经验公式法、综合单位线则属于用流量资料推求设计洪水，如地区综合法、相关法、经验单位线法等。以地区 综合法为例．简要介绍该方法创建过程，并以洪水设计实例加以论证。 关键词：地区经验公式法；创建；设计洪水；实例 １ 方法简介 设计洪水分析地区综合法即地区经验公式法，是应用流量 时段数，ｉ＝２４ ｈ，３ ｄ，７ ｄ，３０ ｄ；Ｃ 力变差糸数；Ｃ 为倔态糸数。 ２．２洪水特征值设计 洪水特征值计算公式为 Ｑ ＝Ｋ． ＝ 资料推求设计洪水的一种方法。其原理是：在同一个流域或邻 近流域内各水文站点上的气象、水文、地理、下垫面和洪水特性 等条件相似或相近，影响次洪水的洪峰／洪量（变差系数）大小 （５） （６） 主要因素是集水面积，其他因素可用一个综合系数反映，其计 算公式为Ｙ＝＿厂（Ｆ）。为此，按水文分区选用水文站，在双对数 式中，Ｑ 为设计最大流量，ｍ３／ｓ； 为设计时段洪量，１０ ｍ ；Ｋｐ 为模比系数；其余符号意义同上。 坐标上分别点绘各水文站最大流量／各时段洪量（变差系数）与 集水面积相关关系，据此创建该水文分区洪水参数与面积的地 区经验关系式，作为该区域工程水文洪水设计一种重要方法。 若在该区域新建工程时，则根据该工程控制（集水）面积和已建 ２．３放大系数计算 设计洪水过程采用典型年实际洪水过程进行缩放，放大系 数采用以下公式计算。 最大流量放大系数：Ｋ ＝ （７） 立经验关系式即可推算其各种频率下的洪水设计参数。 该方法主要应用在资料短缺地区的大中型流域工程水文设 计中。 最大１ ｄ洪量放大系数： 。＝ 最大３ ｄ洪量放大系数：Ｋ们＝ （８） （９） ２ 经验公式 ２．１洪水统计参数 Ｑ ＝Ｃ。Ｆ ＝．最大７ ｄ洪量放大系数：Ｋ盯＝ （１） （１。） （１１） ＣＦ ，（２） （３） 最大３。ｄ洪量放大系数：Ｋ盯。＝ Ｃ ＝ Ｆ） 式中，Ｋ 、Ｋ 。、Ｋ 、Ｋ 、Ｋ 。为最大流量、时段洪量放大系数； Ｑ｛殳 、Ｑ 为设计最大流量、典型年最大流量，ｍ ／ｓ； 、 为 Ｃ ＝－厂（Ｃ ） （４） 式中，Ｑ 为最大流量均值，ｍ ／ｓ；Ｃ。、Ｃ 为综合系数；Ｆ为集水面 积，ｋｍ ； 为经验指数； 为时段洪量均值，１０ ｍ ；ｉ为洪量统计 设计时段洪量、典型年时段洪量，１０ ｍ ；Ａｔ为最大流量时段长， ｈ 收稿日期：２０１２—０４—１６ 作者简介：邹文安，男，教授高级工程师，主要从事墒情监测、水文水资源研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｌｓｗｚｗａ＠１６３．ｏｏｍ ３２ ３创建经验关系式 经验关系式的创建主要包括以下几个步骤：水文分区、资料 ４洪水设计实例 二道松花江露水河上拟建一座水电站，工程集水面积３６５ 选用、洪水参数确定、建立洪水经验关系式。 ｋｍ 。根据该工程设计需要，需推算设计频率２００ ａ一遇（Ｐ＝ ０．５％）、１００ ａ一遇（Ｐ＝１％）、５０ ａ一遇（Ｐ＝２％）和２０ ａ一遇 ３．１ 水文分区 受自然地理、水文气象等条件影响，不同流域的水文条件差 异较大。水文分区就是按照水文现象相似性和差异性，将较大 （Ｐ＝５％）下的最大洪峰设计流量及最大１，３，７ ｄ及３０ ｄ设计 洪量。 流域划分为若干个区域即水文分区，每个分区内水文条件比较 一致，各分区之间存在着一定的差异。同一水文分区应有相似 一 ．的水文气候、下垫面、洪水特性等条件，这些相似条件决定了该 区域洪水主要影响因素的一致性。 通常情况下，水文分区应按照河流集水区域划分，一个完整 一／ Ｑｍ＝ｌ ５５３Ｆ。 。 的水文分区应包括５ ０００ ｋｍ 以下所有河流；若河流面积较大， 将其划分成多个分区，一个分区内最大河流集水面积原则上不 超过１０ ０００ ｋｍ ；较大河流往往穿越多个分区，若上游完整地处 于一个分区内，则上游段集水区域可当做一个中等河流看待。 ３．２ 资料选用 可按水文分区选用水文站，每个分区不少于３站，干支流、 上下游应均有水文站分布；若分区内水文站点少，也可使用资料 系列较短、资料可靠的已裁撤水文站点；选用的水文资料系列应 同步，应对洪水资料和样本进行“三性”审查，历史洪水调查资 料参加洪水统计参数计算；为增加资料系列长度和代表性，对洪 水资料和样本可适当插补延长，如有历史洪水资料调查的测站 采用本站洪峰流量与最大１ ｄ洪量相关关系进行插补。 ３．３洪水参数确定 洪水参数包括洪水均值、变差系数、偏态系数等，包括最大 流量和各时段洪量两类样本参数。其中，洪水均值与变差系数 先用矩法计算，包括连续系列和不连续系列两种情况，先初步适 线协调，最后通过比较两类样本均值与集水面积双对数相关图 关系确定。通常情况下，最大流量、时段洪量均值随着集水面 积Ｆ增大而增大，变差系数Ｃ 随着集水面积Ｆ增大而减小。 适线采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线，调查洪水考证期、特大值 个数采取人工置数，实现不连续资料系列样本频率统计和样本 均值计算；可人工调整样本均值、Ｃ 值，适线时应注重高水点据 拟合程度等。 偏态系数可利用当地沿用的经验数来确定。如，吉林省最大 流量偏态系数为：Ｃ ：２．５Ｃ ，最大７ ｄ洪量则为Ｃ ：２．ＯＣ 。 ３．４建立洪水经验关系式 经验关系式创建平台可用Ｅｘｃｅｌ软件，具体做法为：利用 Ｍｉ ｏ 。ｆｔ Ｅｘｃｅｌ中“图表”中的“ＸＹ散点图”绘图功能，点绘水文 分区各水文站的最大流量、时段洪量的样本均值与集水面积，， 最大流量、时段洪量样本变差系数ｃ 与集水面积Ｆ的双对数相 关图，通过添加“乘幂”趋势线、率定公式等技术手段，建立各水 文分区最大流量、时段洪量的样本均值 与集水面积Ｆ、变差系 数ｃ，．与集水面积Ｆ的双对数相关图（图１～４为吉林省牡丹江 水文分区部分相关图成果），再由已创建的双对数相关图点据 率定幂函数经验公式，其综合表达式为 ｙ：ｍＦ （１２） 式中，ｌ，为最大流量（洪量）均值或变差系数，１１１ ／ｓ（１０ ｉｎ ）；ｍ 为系数（截距系数）；，为集水面积，ｋｍ ；ｒｔ为幂指数（坡度系 数） １０００ 集水面积 ｋｍ 最大流量均值Ｑ 与集水面积，相关关系 ／ 口／ ：５．ｑ２ｌ６Ｆｏ 集水面积Ｆ／ｋｍ 图２ 最大１ ｄ洪量均值 ．与集水面积，相关关系 ６ 妊 睹 ｛ＩＩｌｊ 螟 ＿Ｋ ｃ ：１．９３８８８Ｆ。 咄 图３ 最大流量变差系数ｃ 与集水面积Ｆ相关关系 ０ 氟 删 ！ ＋＜ Ｇ＝１．９３３５２Ｆ 集水面积Ｆ／ｋｍ２ 图４ 最大１ ｄ洪量变差系数ｃ 与集水面积Ｆ相关关系 由于该河流上没有水文站，集水设计面积又大于３００ ｋｍ ， 属无资料的大中型流域，因此，可采用地区综合法来计算。 （１）确定拟建工程位置及计算公式。露水河是二道松花江 一级支流，发源于吉林省安图县二道白河镇西秃顶子山，集水面 ３３ 积５９４ ｋｍ ，河长６５．４ ｋｍ，在距汉阳屯水文站上游１ ｋｍ处汇入 二道松花江。 似，按照吉林省水文分区成果，露水河可直接利用二道松花江的 洪水参数与面积经验关系式进行洪水设计，洪水参数计算公式 见表１。 该河流气象、水文、地理、下垫面等条件均与二道松花江相 表１ 二道松花江洪水参数经验公式 （２）最大流量／时段洪量设计。利用表１中的经验公式，按 照式（５）、（６）进行洪水参数设计，包括最大流量，最大１ ｄ洪 以该水电站频率（２００ ａ一遇）设计洪水为例进行放大，放 大系数按公式（７）～（１１）计算，计算成果见表３。 表３ 某水电站设计洪水（Ｐ＝０．５％）计算结果 量，最大３，７，３０ ｄ洪量４种频率下的参数设计。设计成果见表 ２。 表２某水电站洪水参数计算成果 流量：ｍ ／ｓ；洪量：１０‘ｍ。 （４）洪水过程设计。按３０ ｄ洪水过程进行设计。其中，最 大１ ｄ洪量分成４个时段（最大流量为其中１个时段），分别为 ２：Ｏ０，８：００，１４：００和２０：００，时段间隔均为６ ｈ，采用代表站典型 年实际洪水过程进行缩放，各洪水参数放大系数应遵循以下分 （３）洪水过程放大系数计算。洪水过程设计采用邻近气 象、水文、下垫面、洪水特性等条件相似，且集水面积相差不大的 大蒲柴河水文站１９６０年７月３１日～８月２９ Ｅｔ的实际洪水过程 进行缩放。 配原则： ①最大流量放大系数分配在最大流量出现的时段。如表４ 中的８月２４日８时为最大流量时段，实测最大流量口 ＝８４２ ＩＵ ／ｓ，放大系数Ｋ ＝０．６１９，则设计最大流量Ｑ ＝５２１ ｍ ／ｓ。 表４某水电站３０ ｄ洪水过程设计成果 洪水时段／ 占实测流量Ｑ实／ （１ａｌ３．Ｓ－Ｉ） ４９．０ １０７ 放大系数Ｋ （ｍ３．ｇ－Ｉ） ０．４１９ ０．４１９ 设计流量Ｑ设 由洪水时段／ 阵等 。 实测流量Ｑ实 （ｍ３・ｓ－Ｉ） ２ｌ ２ ２７．４ 放大系数Ｋ （ｒｉｌ３．ｓ一 ） ０ ４１９ ０．４Ｉ９ 设计流量Ｑ设 （１１１３．ｓ一’） ８ ９ ＩＩ．５ 昔 。 … ｌ ２ （月．日＿时） ７．３１ ８．Ｉ （ｍ３．ｓ－Ｉ） ２Ｏ．５ ４４．８ 一 ｌ８ ｌ９ （月．日．时） ８．１７ ８．幅 ３ ８．２ ２ｌｌ ０．４１９ ８８ ４ ２０ ８．１９ ５１．４ ０．４１９ ２１．５ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ０ １ｌ ８ ３ ８．４ ８．５ ８．６ ８ ７ ８．８ ８．９ ８ １０ ２１７ ２２３ ｌ７９ １２３ ｌ２２ ８２．９ ７４．５ ５７．５ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ９０．９ ９３．４ ７５．０ ５１．５ ５１．１ ３４．７ ３１．２ ２４ ｌ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ ８ ２０ ８ ２１ ８．２２ ８．２３ ８．２４ ０２ ８．２４．０８ ８ ２４．１４ ８．２４ ２０ ５２．０ ８７．３ ７０．９ ２１５ ５３０ ８４２ ６９０ ４８２ ０．４１９ ０．５７７ ０．５７７ ０ ４３５ ０ ５５２ ０．６１９ ０．５５２ ０ ５５２ ２１．８ ５０．４ ４０．９ ９３ ５ ２９３ ５２１ ３８１ ２６６ １２ ｌ３ １４ １５ １６ ｌ７ ８．１１ ８．１２ ８．１３ ８．１４ ８．１５ ８．１６ ４５．０ ３６．９ ３１．２ ２６．６ ２３．５ ２３．５ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ０．４１９ ｌ８．９ １５．５ １３ ｌ ｌ１．１ ９．８ ９．８ ２６ ２７ ２８ ２９ ３０ ８．２５ ８ ２６ ８．２７ ８．２８ ８．２９ ２４４ １５０ ９７ １ ７０．６ ５７ ０ ０．４３５ ０ ５７７ ０．５７７ ０ ４１９ ０．４１９ ｌ０６ ８６ ６ ５６．０ ２９ ６ ２３ ９ ②最大１ ｄ洪量放大系数 。分配在最大１ ｄ洪量中除最 大流量时段外的其他３个时段。如表４中的８月２４日２：Ｏ０， １４：Ｏ０，２０：００三个时段放大系数 均等于０．５５２。 ④最大７ ｄ洪量放大系数Ｋ 分配在最大３ ｄ洪量相邻的 前２天、后２天。如８月２１，２２，２６，２７日放大系数Ｋ 均等于 ０．５７７。 ③最大３ ｄ洪量放大系数 ，分配在最大１ ｄ洪量相邻的 前１天、后１天。如８月２３，２５日放大系数 Ｗ３均等于０．４３５。 ３４ ⑤最大３０ ｄ洪量放大系数 ，。分配在除最大７ ｄ洪量以外 的各日洪量。如７月３１日～８月２０日、８月２８ Ｅｔ一２９日放大 系数 。均为０．４１９。 与面积经验关系式，且气象、水文、地理等条件与邻近河流相似 或相近时，可借用邻近河流进行洪水设计，否则，不宜应用本法； 超渗产流区也不宜采用本法。 ５结论 该方法创建的经验公式所用资料均来自于大量实测洪水资 料系列和调查历史洪水资料，设计成果具有相似水文气候、下垫 面、洪水特性等属性，设计精度高，符合实际，成果可靠，但受资 料的限制，经验公式区域性很强，不易外延，具有一定的局限性。 地区综合法设计面积应根据选用水文站集水面积进行控 制，一般情况下，设计最小面积应控制在１５０～２００ ｋｍ 之间，设 计最大面积应小于５ ０００ ｋｍ ；若新建工程所在区域无洪水参数 参考文献： ［１］ 水利部长江水利委员会水文局．水利水电工程设计洪水计算规范 ［Ｍ］．北京：水利水电出版社，２００６． ［２］ 吉林省水利厅．吉林省水资源［Ｍ］．长春：吉林科学技术出版社， ２００８． ［３］ 范世香，程银才，等．洪水设计与防治［Ｍ］．北京：化学工业出版 社。２００８． ・小资料・ 重点流域水污染防治规化出台 环保部、国家发改委、财政部、水利部５月１７日联合发布 《重点流域水污染防治规化（２０１Ｉ～２０１５年）》，要求到２０１５年 重点流域总体水质由中度污染改善重轻度污染，重点流域将划 江、黄河中上游、三峡库区及其上游、南水北调水源地及沿线 （丹江口库区及其上游）等。 （２）Ｉ～Ⅲ类是可以饮用的水，Ⅳ类是工业用水，Ｖ类是农 分为３１５个控制单元，筛选骨干工程５ ９９８个，估算投资３ ４６０ 亿元。 据介绍，《规化》的整体目标是，到２０１５年，城镇集中式饮 用水水源地稳定达到功能要求；Ｉ～Ⅲ类水质断面比例提高５ 个百分点，劣Ｖ类水质断面比例降低８个百分点。 此外，《规化》提出，到２０１５年全国重要江河湖泊水功能水 业用水。 （３）据２０１０年监测，３ ９０２个水功能区中，水质达标率仅 ４６％；１７．６万ｋｍ河流中３８．６％的河水劣于Ⅲ类；３３９个省界断 面中有４８．７％的水劣于Ⅲ类，目前，仍有７％的城镇饮用水水源 地达不到功能要求，这些都直接威胁城乡饮用水安全和人民身 心健康。 （王明华） 质达标率要提高到６０％，即６０％的水都可以作为饮用水。 （１）我国重点流域淮河、海河、辽河、太湖、巢湖、滇河、松花 ・小资料・ ５到１Ｏ年完成跨省水量分配方案 针对我国人多水少，水资源时空分布不均，人均水资源量仅 为世界平均水平的２８％，年均缺水５００多亿ｍ 。水利部部长陈 定额管理，提高各行各业用水的准入门槛。 同时，加快建设水资源配置和江河湖库水系连通工程，逐步 构建“四横三纵、南北调配、东西互济”的水资源宏观配置格局， 以及引排顺畅、蓄泄得当、丰枯调剂、多源互补、调控自如的江河 雷近日表示，今后将加快从供水管理向需水管理，从开发利用为 主向开发保护并重，从粗放低效利用向节约高效利用，从行政管 理向综合管理４个转变，努力解决水资源供需矛盾。 据了解，未来水利部将加快构建最严格水资源管理目标体 系。把全国层面的“三条红线”控制指标及阶段性管理目标逐 级分解，形成覆盖各流域和各省、市、县三级行政区域的水资源 湖库水网体系。建立国家水资源管理信息系统。从今年起用３ —５ ａ时间，基本建立起重要取水户、重要功能区和主要省界断 面３大监挖体系，保障“三条红线”控制指标可监测、可评价、可 考核。 （王明华） 管理硬约束指标体系。力争用５—１０ ａ时间，基本完成主要跨 省江河流域水量分配方案。完善用水定额指标体系，严格用水 ３５