“84办法”在特小流域洪峰流量计算中的应用

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摘要：“84办法”是安徽省水利部门在中小流域（10～300 km2）洪峰流量计算中的常用方法，但在特小流域中（ 关键词：“84办法”；安徽省；中小流域；特小流域；洪峰流量；洪水分析计算；基本线型回归模型
中图分类号：P338 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2014）06-0063-03
特小流域是指集水面积在10 km2以下的流域，而特小流域的暴雨洪水计算会直接影响铁路、公路小桥涵和小型水利水电工程的防洪排洪设计。目前，我国大部分特小流域没有实测径流资料，设计洪峰流量通常根据暴雨资料间接推求。常用的计算方法有中国水利水电科学研究院水文研究所公式法（以下简称推理公式法）和中国公路科学研究所经验公式法（以下简称经验公式法）[9-14]。
《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（以下简称“84办法”）是安徽省水利部门设计计算中小流域洪峰流量的常用方法，此方法主要在安徽省淮河以南、集水面积在10～300 km2之间的山丘区、小型水库计算设计洪水时使用。
本文根据掌握的资料和相关数据，采用推理公式法和经验公式法以及相关实测资料对“84办法”在特小流域洪峰流量计算中的可信程度进行分析讨论，为“84办法”在安徽省特小流域中的应用价值提供初步的参考依据。
1 研究区域概况
研究区域位于安徽省马鞍山市雨山区银塘镇，是一个现代农业示范园。由东北向西南有防洪渠贯穿整个园区，河段河势散乱多变，河槽穿行在两岸滩地之间，支流众多，但无外来支流汇入。
本区属于亚热带季风性湿润气候，气候温和，雨量适中，光照充足，全年冬寒、夏热、春暖、秋凉，四季分明，季风显著，梅雨集中。平均年日照时数为2 133 h，年平均气温15.8 ℃。据马鞍山历年气象资料，当地最大年降雨量1 888 mm（1991年），最大一日降雨量254.6 mm（1962年7月6日）；多年平均降水量为1 013 mm，降水量总体较为丰沛；降水主要集中在农作物生长季节的4月-10月，其中汛期5月-9月的降水量占全年的60%左右。历年平均无霜期为234 d。
2 参数选取与计算方法
2.1 参数选取
研究区域内的防洪渠主要用于汇集雨水，本文选取的计算断面位于研究区西南角（图1），防洪渠出口处，防洪设计标准为20年一遇。
研究区内防洪渠流域面积、河道长度、沿河长的平均加权比降分别为3.6 km2、5.332 km、7.8‰。防洪渠上游无国家或省级设立的水文站，缺乏实测流量资料。根据《马鞍山市防洪影响评价报告》，选取1953年-2012年马鞍山市长系列降雨资料进行频率计算，得到对应于50%、75%、85%、90%不同保证率年型的降雨量分别是1 013 mm、863 mm和789 mm、748 mm。
2.2 计算方法
特小流域的特性和变化规律与中小流域不同，特小流域的产、汇流现象，不仅受控于暴雨的时空分布，而且还要受到流域下垫面条件的制约，而这种制约的程度，又随各种下垫面有所不同。而此前，“84办法”主要在安徽省淮河以南，集水面积在10～300 km2之间的山丘区、小型水库计算设计洪水时使用，但此方法未曾在特小流域中有过应用与研究。因此，本文将“84办法”与推理公式法和经验公式法进行对比，通过数值分析，研究“84办法”在特小流域洪峰流量计算中的可信度。上述三种方法的计算公式如下：
式中：Qm为洪峰流量（m3/s）；F为汇水面积（km2）；η为洪峰修正系数；iT为T时段平均产流强度（mm/h）；K为径流模数。
3 计算结果的比较与讨论
3.1 三种方法计算结果比较
经过参数选取及计算后得到三种计算方法洪峰流量结果，详见表1。
从表1可以看出，“84办法”计算洪峰流量较之前两种方法偏小，本文分析存在偏差的原因如下。
“84办法”在进行设计洪水计算时，必须进行调洪演算修峰，绝不能够不经过具体分析直接套用“84办法”计算的洪峰流量作建筑物孔径或河道断面的设计流量。需要按照河段具体条件，分析汇流滞蓄特征，修改洪峰。在修改洪峰的过程中，需要确定洪峰修正系数，而这个系数的确定与流域的形状特征有关，然而不同的流域特征差异直接影响洪水过程，故必须认真在1 ∶ 10 000或1 ∶ 50 000的地形图上量算各项流域几何特征。在实际计算过程中，主要通过“同心圆”法对流域的形状参数进行估算，得到流域的长度和宽度，从而确定洪峰修正系数。因此，“84办法”计算的结果与前两种常用的计算方法存在偏差是客观的。
然而这种偏差（相对偏小10%左右）是在合理的离均量之内的，因此对于“84办法”在特小流域中计算洪峰流量的影响并不大。此外，由于本文在利用“84办法”计算洪峰流量时所采用的地区降雨资料系列较长，在确定洪峰修正系数时利用的地形图为1 ∶ 10 000，精度较高，所以本文所用依据均可靠，得到的计算结果可信度高。
3.2 回归模型的建立
为了进一步分析“84办法”与其它两种方法计算结果存在偏差的原因，本文针对“84方法”的特点并结合参数选取的要求，通过建立基本线性回归模型来研究“84方法”中四个参数（Q′m、F、η、R24）对洪峰流量Qm的影响。模型计算结果详见表2、图2、图3。
从表2模型的拟合程度来看，R2和调整R2都在98%以上，说明该模型整体上拟合得非常好；通过模型残差自相关的Q检验图（图3）的自相关（Auto Correlation）和偏相关（Partial Correlation）可以看出，Q统计量在滞后1至5阶的显著性概率（Prob）值都大于5%，所以可以接受原假设，即模型回归的残差序列不存在自相关；从表2中可以看出，显著性概率值（Prob）值都小于5%的显著性水平，说明模型回归的系数非常显著，从模型拟合的残差序列相关性来看，D-W 值为2.894 3，在[0，4]范围之间；从模型解释变量的估计值可以看出，Q′m、F、η的估计值大于0，而R24的估计值小于0；因此，Q′m、F、η的数值大小对洪峰流量的推求结果产生正相关，R24的数值大小对洪峰流量的推求结果产生负相关。
3.3 结果讨论
通过上一节模型建立、分析的结果，对今后的研究提出了新的议题。或许在利用“84办法”计算特小流域洪峰流量的过程中，是否可以在充分利用现有水文资料的基础上，开辟一些新的参数选取途径，用于进一步提高对参数的选取精度，保证计算的可靠性值得探究。
（1）对F选取的讨论。目前在计算洪峰流量过程中，水利工作者主要是利用地形图，通过对等高线的勾画，估算相应的流域面积。在今后的深入研究中，是不是可以利用DEM数据，通过Arcgis和ENVI等相关地理分析软件，利用卫星将流域面积的选取精度提高到新的阶段？
（2）对η选取的讨论。在系数η的选取中，需考虑其他因素如R1的影响。本文在选取R1时，是通过不同n各历时暴雨（净雨）与24 h暴雨（或净雨）比值表查取的。在以后的计算过程中，可以利用瞬时单位线法，通过对瞬时单位线参数k的计算选取，得到η的数值，这也提供了一个新的解决参数取值的思路，值得今后深入探究。
综上所述，“84办法“在特小流域洪峰流量计算中的应用是合理可行的，今后可以作为特小流域乃至无资料地区计算洪峰流量的方法之一。然而，还需要不断深入研究基础，使“84办法”可以逐步和中国水科院1958年推理公式法以及中国公路科学研究所经验公式法相互配合计算特小流域洪峰流量的典型方法。
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【摘要】："84办法"是安徽省水利部门在中小流域(10~300km2)洪峰流量计算中的常用方法,但在特小流域中(10km2)的应用较少。以安徽省马鞍山市雨山现代农业示范园内的防洪渠设计洪水分析计算为例,将"84办法"与特小流域中计算洪峰流量常用的两种方法即中国水科院1958年推理公式法和中国公路科学研究所经验公式法进行比较、分析与讨论,认为"84办法"在特小流域洪峰流量计算中的应用是合理可行的。

特小流域是指集水面积在10km2以下的流域,而特小流域的暴雨洪水计算会直接影响铁路、公路小桥涵和小型水利水电工程的防洪排洪设计。目前,我国大部分特小流域没有实测径流资料,设计洪峰流量通常根据暴雨资料间接推求。常用的计算方法有中国水利水电科学研究院水文研究所公式法

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