面积比法计算设计断面洪水中面积指数的确定

面积比法计算设计断面洪水中面积指数的确定

刘连梅，信增标，王保东，田燕琴(水利部河北水利水电勘测设计研究院，天津 300250)

【摘 要】： 南水北调中线工程河北段460多km，共与大小河沟200多条相交，有不少河沟交叉断面设计洪水需要采用面积比法计算。为此，对海河流域 部分河流实测降雨洪水资料作了分析，得出了不同时段洪量的面积指数范围，为南水北调中线工程设计提供了依据。

【关键词】： 南水北调中线工程；设计洪水；面积比法；面积指数 1 问题的提出

在设计洪水计算时，当设计断面无实测资料，但其上游或下游建有水文站实测资料，且与设计断面控制流域面积相差不超过3%，区间无人为或天然的 分洪、滞洪设施时，可将水文站实测资料或设计洪水成果直接移用于设计断面；若区间面积超过3%， 但小于20%，且全流域暴雨分布较均匀时，常用面积 比法将水文站设计成果进行推算。该方法的关键是面积指数的选取。在海滦河流域以往一般根据经验取值，在只对计算洪峰流量时,面积指数一般选用0.5 ～ 0.7；计算时段洪量时面积指数没有选定范围。南水北调中线工程河北省段460多km，共与大小河沟200多条相交，有不少河沟交叉断面设计洪水需要采 用面积比法计算,为此对海河流域部分河流实测降雨洪水资料作了分析，得出了不同时段洪量的面积指数范围，为中线工程设计提供了依据。 2 河流、水文站及洪水资料的选取2.1 河流及水文站的选取原则

一般讲，一条河的上下游两站流域面积小于20%时，可作为分析对象。但海滦河流域实际上水文站网稀少，因此选取时将区间面积放宽到30%，个别站放宽 到35%。基本满足此条件的河流及水文站见表1所列。 2.2 洪水资料的选取

洪水资料的选取应符合以下3条原则：(1)尽量选取较大的洪水资料；(2)选取流域内降雨分布比较均匀的场次洪水；（3）对上游修建大中型水库的河 流，应选取建库前的资料。

由于滦河和桑干河流域面积过大，包含了迎风山区、背风山区和高原区，难以出现全流域均匀降雨，未选用洪水资料。其他4条河8个代表站流域面积

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从170km2～6420km2，而且既有山区站，又有丘陵和平原站，基本可以代表一般的设计流域情况。

根据以上几条原则，共选取了20场较大的洪水资料，分别对洪峰、24h、3d及6d（或7d）洪量进行分析。

表1 选取河流及水文站一览表

3 分析方法及成果 3.1 分析方法

按洪峰及洪量面积比拟定计算公式，求算每场实测洪水洪峰洪量面积比指数n值。

式中 F1、F2—分别为上下游水文站控制流域面积（km2）； Q1、Q2—分别为上下游水文站洪峰流量（m3/s）； W1、W2—分别为上下游水文站时段洪量（m3）； n—面积指数。

各河实测洪水洪峰及洪量面积指数分析成果如表2所列。 3.2 对成果的几点说明

(1)由于冶河微水站至下游平山站区间流域面积相差不足20%，但因微水站以下与以上地形地貌、河道特性有很大不同，即使同场同次暴雨，一般都是

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区间洪峰形成较早，而微水站洪峰形成时间较长，河槽调蓄能力大，且常有坦化，因此常出现平山站洪峰小于微水站的现象。在统计的8场洪水中有5场洪 水为上大下小，另有2场洪水上下游基本接近，只有1场洪水平山站洪峰明显大于微水站。 可能由于同样原因，24h洪量也有不少次洪水是上大下小。鉴于 这种情况，该河洪峰和24h洪量面积指数分析结果不予选用。 表2 面积指数分析成果表

(2)沙河上游1958年修建了大型水库， 所以在建库前只能选取3场洪水，其中2场洪水的洪峰也出现了上大下小的情况，因此沙河无可靠的洪峰面积指 数分析成果供选用。

(3)瀑河无实测洪峰资料，靠瀑河水库水位及泄量反推求得的洪峰流量精度难以保证，因此未做洪峰面积指数分析；因瀑河流域面积较小，对24h和3d 洪量进行了分析。 4 结 论

(1)洪峰面积指数：由于上下游洪峰变化受槽蓄、区间入流等影响十分敏感，其指数一般资料不易满足， 在没有大量分析成果之前，建议仍用规范或 教科书推荐的经验数据。

(2)洪量面积指数：从以上4条河20场洪水分析成果可以看出：24h～6d洪量的面积指数有较明显的规律性， 即时段越长，指数越大。从径流的时间地 域分布理论看，一场洪水的总量面积指数应近似于1。如将各河计算结果按洪水场次进行平均作为地区综合成果，24h、3d和6d洪量面积指数分别为0.65、 0.80和0.88。虽然本次分析资料较少，面积指数分析比较困难，所得初步分析成果及基本规律仍然为南水北调中线工程水文计算确定面积指数范围提供了 依据。

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