洪峰流量推理公式法在青苔坑排洪渠设计中的应用

洪峰流量推理公式法在青苔坑排洪渠设计中的应用
摘要：我国现有的水文测站较少，但雨量站分布较丰富，在无流量资料且流域面积较大的地区，采用洪峰流量经验公式法计算，计算过程较为复杂且误差较大。

文章采用广东省洪峰流量推理公式法来进行计算，过程简单明了，并采用城市水文学法进行校核，两者结果较为接近，
关键词: 洪峰流量，经验公式法，推理公式法，城市水文学法
1 工程概况
青苔坑排洪渠位于广东省从化市河西片区，干流全长4.19km，集水面积7.04km2，其作用是收集青苔坑沿岸的雨水，并排入流溪河，实现高水高排，减轻城区内涝，是从化市城区治涝系统的重要组成部分，属流溪河一级支流。

青苔坑排洪渠担负着街口街、城郊街两街的防洪任务，是一条重要的排洪渠。

青苔坑排洪渠流经河西城郊街燕塘围、殷家庄、东里、田心、大墩、大车、街口街三多村、街口街北街市场、向阳小学、从化市中医院、河滨北路等地，最后经青苔坑水闸流入流溪河，因此，青苔坑的安全排涝问题十分重要，一旦河西片区发生内涝，城区受淹后果不堪设想。

该排洪渠在上世纪80年主要功能是作为城郊农田灌溉，受当时条件所限，标准较低，现有的出口排水流量仅25m3/s,过水能力相当有限。

随着城市的快速发展，青苔坑上游的农业用地转化为工业及居住用地，城区水面率逐年降低，可调蓄雨洪空间缩小，使得青
苔坑排涝负担加重。

因此，需对从化市城区青苔坑进行达标加固，但加固前必须先计算洪峰流量。

2 计算方法
2.1 计算方法选择
首先，青苔坑排洪渠穿越整个河西片区，雨洪是双面汇流，对于通常的广东省洪峰流量经验公式的雨洪是单面汇流，其汇流参数不适用于双面汇流，如套用广东省洪峰流量经验公式计算双面汇流的排洪渠设计流量要小的多，设计的行洪过流断面相对实际过流断面要小的多，工程上偏于危险，不合理也不切合实际[1][2]。

其次，青苔坑排洪渠的设计流量计算与农田排水渠流量计算比较相同，都属于双面汇流，两侧都有连片农田及塘、泊，地势平缓，且有一定容纳拦蓄的水深，故农田排水渠的设计流量常采用综合单位线或广东省推理公式法计算。

此处介绍的是广东省洪峰流量推理公式法，对于集水面积小于10平方公里、且上游无水库的工程较为适用。

本次算法较切合青苔坑排洪渠的双面汇流特性，计算出的渠道设计流量亦较符合实际。

3 计算公式及相关设计参数
3.1 计算公式及相关参数
(1) 计算公式
推理公式为：
①
②
式中：qm为设计洪峰流量（m3/s）；τ为汇流时间（h）；n为暴雨衰减系数；f为流域集水面积（km2）；l为河流长度（km）；j为河道平均比降,以小数计；sp为设计暴雨力；m为汇流系数；为净雨历时内平均损失率（mm/h）。

(2) 基础参数
1）工程设计标准
根据青苔坑在水系规划中的相关排涝标准，采用为10年一遇（p=10%）。

2）工程集水地理参数
集水特征参数
式中：l为河道干流河长；j为河道干流坡降；
3.2 相关设计参数计算
（1）设计点暴雨计算
所采用计算公式为：。

计算p=10%各历时点暴雨量
式中：为各历时暴雨参数；为皮尔逊ⅲ型曲线值表中各历时暴雨（p=10%）所对应的值。

表1 不同历时对应的点暴雨量
名称历时 1 6 24 72
58 101 130 167
1.51 1.49 1.66 1.74
87.58 150.49 215.8 290.58
（2）设计面暴雨计算
所采用计算公式为：。

计算p=10%各历时面暴雨量
式中：为点面换算系数，采用暴雨高区～t～f关系图。

表2 不同历时对应的面暴雨量
名称历时 1 6 24 72
0.93 0.962 0.98 0.985
81.45 144.77 211.48 286.22
4 青苔坑排洪渠计算
4.1 青苔坑排洪渠特征参数
对于青苔坑排洪渠，在不同的渠段处，其洪峰流量所对应的时刻是不同的。

通过计算不同渠段处的最大洪峰流量，即可对青苔坑排洪渠在不同渠段处的实际断面尺寸进行校核和优化。

根据青苔坑排洪渠所处的地理现状特征，将整个渠道分成4段，其特征参数见表3。

表3 青苔坑排洪渠分段情况
名称桩号集水面积（km2）渠长(m) 渠底坡降
象岗里——西塘村0+000～0+698 61.3 698 1/1042
西塘村——殷家村0+698～2+176 204.14 1478 1/869 殷家村——东里村2+176～2+975 171.2 799 1/986
东里村——青坑桥2+975～3+768 124.08 793 1/4500 青坑桥——出口水闸 3+768～4+238 46.9 470 1/2160
4.2 设计洪峰流量qm的推求
以青苔坑排洪渠出口断面处的洪峰流量为例进行qm的具体推求。

（1）假定τ值附近（1～6小时）几个t值，采用3.1.1中的推理公式①计算不同历时段的qm～t，见表4，然后点绘qm～t关系曲线。

表4 不同历时t的设计洪峰流量qm
t(hour) htp面
mm f
(mm/hour) f×t
(mm) htp面
(mm) htp面/t
(mm/h) qm
(m3/s)
0.5 63.19 1.5 0.75 62.44 124.88 244.41
1.0 81.45 1.5 1.5 79.95 79.95 156.47
1.5 100.19 1.5
2.25 97.94 65.29 127.79
2.0 111.54 1.5
3.0 108.54 5
4.27 106.21
3.0 120.20 1.5
4.5 11
5.7 38.57 75.48
4.0 134.82 1.5 6.0 128.82 32.21 63.03
6.0 144.77 1.5 9.0 135.77 22.63 44.29
（2）选定m值后，假定几个qm值，采用3.1.1中的推理公式②计算不同历时段的qm～τ值，见表5，然后点绘qm～t关系曲线。

表5 不同τ下的设计洪峰流量qm
qm(m3/s) 20 50 80 100 200 300
τ（小时） 6.33 5.04 4.48 4.23 3.56 3.22
（3）qm～t、qm～τ关系曲线
采用推理公式①、推理公式②所计算出的设计洪峰流量值，进行曲线绘制，具体如图1所示。

图1qm～t、qm～τ关系曲线图
（4）qm、τ值的确定
qm～t、qm～τ两条曲线交点的纵、横坐标即为所求τ时刻的设计洪峰流量值qm；
qm=54.8立方米/秒，τ=4.78小时
经复核τ值确定在1～6小时时段范围内，假定较为合理。

5 青苔坑排洪渠流量校核
为了对推理公式所算出的洪峰流量进行更准确检验，文章采用城市水文学法对出口断面的洪峰流量进行复核。

应用水科院水文所方法计算公式[3]：
出口断面的洪峰流量计算结果如表6所示；
表6 不同τ下的设计洪峰流量qm
af
699.4 4.9 3.04 0.44 0.96 1.06 5.2 3.17 58.8
通过计算结果可知，2种方法所得的计算结果较为接近，故采用广东省推理公式法来进行青苔坑洪峰流量推理较为合理，计算结果满足工程设计要求。

6 结语
推理公式法的最大优点是公式十分简单，仅有的三个变量物理意义明确，公式结构又具有一定的物理基础。

公式既不同于一般的雨洪径流工程为基础的复杂程序，也不同于综合资料得出的经验公式，并且它推算的计算结果与水文学推理公式法计算的结果较为接近，因此在实际工程设计过程中具有很好的应用前景。

参考文献
[1] 赵斌,龚建新.推理公式法在乌鲁木齐市周边山洪沟设计洪水计算中的应用[j].兰州:甘肃水利水电技术. 2010,46(8):4-6 [2] 陈家琦,张恭肃.小流域暴雨洪水计算[m].北京:水利水电出版社,1985.
[3] 马学尼,黄廷林. 水文学[m].北京:中国建筑工业出版
社,1998.
作者简介：何万春，男，重庆人，工程师，主要从事城市规划及给排水工程设计。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。