深圳市小流域河流洪峰流量的量级化分析

2018年第5期水利规划与设计水文水资源DOI：10.3969/j.issn.1672-2469.2018.05.022深圳市小流域河流洪峰流量的量级化分析邓超联##吴亚杨2(1.深圳市广汇源水利勘测设计有限公司，广东深圳518020*2.国家电投集团广西兴安风电有限公司，广西桂林541300)摘要：目前水利工程设计对河流洪峰流量的量级数据需求不断提高，文章在深圳市9大流域水系现有年最大24h暴雨成果的基础上，利用广东省洪峰流量经验公式分析全市河流集水面积0~10km2范围内不同防洪标准的洪峰流量，获得随集雨面积变化相应的洪峰量级数据。研究表明，面积在1km2和10km2以下的河流遭遇5年一遇洪水时其洪峰分别接近10m3/s和70m'/s。文章结论可作为现场实地讨论环境下的初判指导，为后续的水利工程防文献标识码：5文章编号：1672-2469(2018)05-0068-05洪减灾设计提供参考。关键词：深圳市；小流域；洪峰流量；量级分析中图分类号：TV122河流的防洪安全是水务工作的重点，河流洪峰流量计算是水利设计项目的关键一环。在缺乏实测流量资料情况下，水利设计工作中常采用暴雨资料推求设计洪水方法[1-]，广东省水利设计主要有综合单位线法、推理公式法和广东省洪峰流量经验公式法[1]。在实际应用中，三种方法所需的数据及计算方法有所差别，综合单位线及推理公式方法需要输人各历时（1/6h、1h、6h、24h、72h)暴雨参数及相关地理参数（流域面积、河长、河道比降）经产汇流理论计算设计洪水，而经验公式方法仅需要24h暴雨参数及相关地理参数通过简单公式计算设计洪水。一般而言，计算参数越多，需要资料则越多。虽能反映流域的地域特性，但由于计算相对复杂，且各参数取值差异性较大，从而导致计算结果的不确定性增大[3-]。因此，在具体工程计算中如何选用方法至关重要，使计算成果既简便又符合设计精度要求。根据《深圳市2016年水务统计手册》[5]统计数据，深圳市集雨面积大于1km2的河流共计310条(如茅洲河、观澜河、龙岗河、坪山河、深圳河），1~10km2的小河流241条[4](如牛湖水、鹅公岭河、木古河、石溪河），两者之比为77.7%，小河流占比较大。而小流域设计洪水时，综合单位线及推理公式方法必须量测流域特征指标[)]，如坡降和河长，或需要超短历时（1/6)暴雨资料，由于工程条件限制或超短历时暴雨资料缺乏，上述两种方法在使用中受到一定程度限制。另外，经验表明，采用综合单位线方法计算小流域洪峰流量结果偏大。按照《广东省暴雨径流使用手册》[3]，除水库工程外，集雨面积小于10km2的其它工程，可采用洪峰流量经验公式。因此，结合实际情况，广东省洪峰流量经验公式是最适合的推算深圳市河流洪峰流量的方法之一，具有广泛性、实用性和便捷性。因此，文章以深圳市10km2以下的河流为研究对象，利用既与洪峰流量相关性最大又容易获得的计算参数，如集雨面积、降雨量等，开展河流洪峰流量成果的量级化分析研究，从而在验证洪峰流量计算成果合理性方面有直观的判断，并应用于深圳市实际工程设计中。1设计洪水计算方法1(原理《广东省洪峰流量经验公式》的计算方法适用于除水库工程外、集雨面积小于10km2的水利工程，其综合图解试错法和最小二乘法确定参数[3-]。其形式有两种，一种引人参数+=X/J1/3反映河流的汇流因素[4][7]的形式，见公式（1)和（2)，另一种考虑较难量取河长X及河流平均坡降J时选用的形式，见公式（3)。收稿日期：2017-10-31作者筒介：邓超联（1986年一），女，工程师。•68+水文水资源水利规划与设计2018年第5期1洪峰经验公式！V〇=1.24〇，&4/0。&5(1)+=X/J’3(2)1洪峰经验公式！Vo=1.24,84(3)式中，Vo—洪峰流量，m3/S;1、1一随频率而异；.!4〇—相应频率24h暴雨值，mm;F一集雨面积，km2;+—河流的汇流因素；X—河流长度，km;J—河流平均坡降。考虑小型工程对流域特征值中的河长X—河流平均坡降J值资料难以量取，为计算简便，常采用公式1,故文章计算洪峰流量时米用1公式。表1广东省洪峰经验公式！、C&随频率的取值频率0/%0525102010.0720.070.0670.0640.060.05610.0560.0530.050.0460.0440.041一般情况下，当集水区域内中小型水库控制面积超过本工程集水面积15@时，必须考虑洪水的地区组成[3]。在实际工作中为偏安全考虑可忽略水库调蓄能力不进行洪水组合，一方面深圳市小型水库众多，64座小（1)型水库和83座小（2)型水库，水库的调蓄能力不高；另一方面深圳市水库下游和河流周边的区域人口密集，防洪压力大，工程设计时较多偏安全考虑。因此，文章计算河流洪峰流量时不考虑洪水组成工况，按天然情况进行计算。1.2计算步骤(1)计算流域集雨面积值F。利用地形图勾画河流各断面以上的流域面积，当F10km2时，可采用12洪峰经验公式。(2)推算相应频率24h暴雨值.40。分析河流附近满足“三性”（代表性、可靠性和一致性）的雨量站获得24h暴雨均值.4和变差系数1m;若无，则参考其所属的9大流域雨量成果资料。利用1=3.5Cm，求得模比系数A〇，即可求得.40=.24。(3)模拟洪峰流量V〇。将F值、.40值和表1中1取值代人公式（3)，则可求得河流的洪峰流量值。2暴雨资料数据分析深圳市水务部门向来重视水文资料的编印，《深圳市水文资料年鉴》汇编了33个雨量站点资料，政府和相关企事业单位在2005年、2014年和2016前后相继汇编了《深圳市防洪（潮）规划报告（修编）(2002~2020年）》[8](以下简称《2004年防洪潮》）、《深圳市防洪潮规划修编及河道整治规划河道整治规划报告（2014~2020)》[9](以下简称《2014年防洪潮》）和《深圳市排水（雨水）防涝综合规划（全市简本）》[11](以下简称《2015年排水防涝》）。两个防洪潮成果列出了深圳市5大流域的点雨量均值.4和变差系数1,《2015年排水防涝》成果提出了9大流域的.40,见表2[800]。由于文章拟将雨量资料应用于集雨面积小于10km2的河流，故设计雨量不需作点面折减[3]。《2014年防洪潮》和《2015年排水防涝》汇编时间相近，通过比较其成果，两者相差不超过6@，差异较小，且由于《2015年排水防涝》包括更多流域成果，为保持一致性，文章引用《2015年排水防涝》的.24〇设计雨量值。从表2可看出，深圳市东部的大鹏湾水系、大亚湾水系和深圳河流域的年最大24h设计雨量值较其它流域大。3方法应用以深圳市集雨面积小于1km2和1~10km2的小流域河流作为研究对象，结合已有的流域设计雨量成果，利用广东省洪峰经验公式计算其河流洪峰流量，从而获得深圳市9大流域相应面积范围的河流洪峰流量量级化数据。3.1研究对象在河流集雨面积F10km2范围内，根据深圳市官方统计成果划分多个流域不同面积河流。深圳市各大流域的河流数量分布见表3。表3深圳市各流域河流数量分布单位：km2序号分区名称河流/条合计F$105#F101#F51深圳河流域3685232茅洲河流域41147203龙岗河流域43142274观澜河流域31126135坪山河流域156366珠江口水系3824327深圳湾水系2642208大鹏湾水系4545369大亚湾水系355327合计3106937204注：深圳市对集雨面积F1km2的河流数量未统一，因此文章未列出。•69•2018年第5期水利规划与设计水文水资源表2深圳市各流域年最大24h设计雨量H2)p成果表序号流域名称年份统计参数设计雨量.4P/rnm备注.4,mm10二1@0二2@0二5@0二10@0二20@1深圳河20052100.38510.8423.7363.9363.9267.1采用20142000.50547.2483.2397.7332.1265.22016--520.6459.8377.7315.6251.92茅洲河20051610.41378.3340.5289.2249.2207.2采用20141680.50459.7405.9334.1278.9222.72016--465.8411.4338.0282.4225.43龙岗河20051900.41446.5401.8341.3294.0244.5采用20141750.50478.8422.8348.0290.6232.02016--495.3423.5347.9290.7232.14观澜河20051750.45440.7393.2329.3279.8228.5采用20141700.50465.1410.7338.0282.3225.42016--465.8411.4338.0282.4225.45坪山河20052100.42502.2451.0381.7327.7271.3采用20141900.52536.8472.1385.9320.0253.22016--506.9447.7367.8307.3245.36珠江口2005-------采用2014-------2016--479.5423.5347.9290.7232.17深圳湾2005-------采用2014-------2016--487.7430.8353.9295.7236.02大鹏湾2005-------采用2014-------2016--566.0496.0406.0336.8266.42005-------9大亚湾2014-------采用2016--561.7496.1407.5340.5271.8注：《2014年防洪潮》成果采用《广东省暴雨参数等值线图/,11-查算成果。'2洪峰流量计算将表1的C!、表2的.40代人公式（3)，流域面积按1、5、10km2划分计算，结果详见表4。深圳市小流域的防洪标准大部分为20年一遇~50年一遇，由表4可看出深圳市小流域河流洪峰流量值的量级化分布，当防洪标准为50年一遇时，流域面积小于1km2的河流洪峰流量小于25m3/-，1~5km2的河流洪峰流量小于96m3/-，5~10km2的河流洪峰流量小于172m3/s。将表2各流域的.40取算术平均值得出深圳市的.40,集雨面积从0~10km2范围内按递增1km2划分，代人公式（3)计算得到深圳市小流域河流洪峰流量随面积递增的变化，如图1所示。集雨面积1km2以下的河流遭遇5年一遇洪水时其洪峰流量接近10m3/-集雨面积10km2以下的河流遭遇5年一遇洪水时其洪峰流量接近70m3/S。•70•水文水资源水利规划与设计2018年第5期表4深圳市各流域河流洪峰流量值集雨面积C分级洪峰流量Vp/(m3/s)序号分区名称O_O_O_O_O_/km21@2@5@10%20%127.623.017.413.910.31深圳河流域5106.688.967.153.739.910190.9159.1120.296.171.5124.720.615.512.49.22茅洲河流域595.479.560.148.035.710170.8142.3107.686.063.9126.321.216.012.89.53龙岗河流域5101.581.861.949.436.810181.6146.5110.788.565.8124.720.615.512.49.24观澜河流域595.479.560.148.035.710170.8142.3107.686.063.9126.922.416.913.510.15坪山河流域5103.886.565.452.338.910185.9154.9117.093.569.6125.421.216.012.89.56珠江口水系598.281.861.949.436.810175.8146.5110.788.565.8125.821.516.313.09.77深圳湾水系599.983.262.950.337.410178.8149.0112.690