河西洪水流量计算公式

随着气候变化的影响，极端天气事件变得更加频繁和剧烈，洪水风险也不断增加。准确估算洪水流量对于制定有效的防洪措施至关重要。河西地区位于黄河中下游，受季风气候影响，暴雨集中，洪水频繁发生。本文将介绍河西洪水流量计算中常用的公式，为洪水预报和防洪规划提供科学依据。

1. 经验公式

经验公式是基于多年观测资料，建立起来的一种关系式。其优点是简单易用，计算快速。常用的经验公式有：

《青海河西区设计洪水雨量公式》

：

P=3000-500H

式中：P为设计洪水雨量（mm）；H为流域海拔平均高度（m）。 《河西洪水流量公式》

：

Q=1.96FM0.75

式中：Q为每秒洪水流量（m3/s）；F为流域面积（km2）；M为流域海拔均高（m）。

2. 理性公式

理性公式基于降雨径流过程的机理，考虑了降雨强度、流域特征和地表条件等因素。其形式为：

Q=CiA

式中：Q为每秒洪水流量（m3/s）；C为径流系数；i为降雨强度（mm/min）；A为流域面积（km2）。

径流系数C根据流域地表植被、土壤性质、坡度等影响因素确定。常用的计算公式有：

《中国河川洪水流量计算规范》

：

C=0.1+0.15S-0.085S2-0.00045S3

式中：S为流域植被密度（%）。 《水土保持学》

：

C=[2420A-0.237+9.37S-0.049]/[1+15A-1.4+50S-0.68]

式中：A为流域面积（km2）；S为流域坡度（%）。

3. 抽样统计法

抽样统计法基于实测洪水资料，利用统计方法建立洪水流量分布曲线的公式。其形式为：

QT=μQav

式中：QT为重现期为T年的洪水流量（m3/s）；μQav为洪水流量分布曲线的平均值；Qav为多年平均洪水流量（m3/s）。

洪水流量分布曲线的平均值Qav和变异系数Cv可以根据多年实测洪水资料计算得到。重现期T年的洪水流量QT可以通过查阅洪水频率曲线或利用Gumbel、Log-Pearson-III等统计分布模型确定。

4. 分区域洪水流量计算公式

分区域洪水流量计算公式将流域划分为几个子区域，分别计算各子区域的洪水流量，再叠加得到流域总的洪水流量。常见的公式有：

《河西区大型山区河流洪水计算规范》

：

Qm=ΣαiQi

式中：Qm为流域总洪水流量（m3/s）；αi为各子区域面积之比；Qi为各子区域的洪水流量（m3/s）。 《西大滩水库分析与计算》

：

Qm=ΣaiQi

式中：Qm为流域总洪水流量（m3/s）；ai为各子区域流淌时间之比；Qi为各子区域的洪水流量（m3/s）。

分区域洪水流量计算方法可以考虑不同子区域的降雨分布和流域特点，提高计算精度。

5. 实例计算

现计算流域面积为1000km2，平均海拔为2000m，植被密度为50%，坡度为5%，重现期为50年的河西地区的洪水流量。

使用经验公式计算：

根据《河西洪水流量公式》：

Q=1.96FM0.75

Q=1.96×1000×20000.75=5912m3/s

使用理性公式计算：

根据《中国河川洪水流量计算规范》：

C=0.1+0.15S-0.085S2-0.00045S3

C=0.1+0.15×50-0.085×502-0.00045×503=0.525

降雨强度i可以通过降雨频率曲线或统计分布模型确定，此处假设为50年重现期降雨强度为100mm/h

Q=CiA

Q=0.525×100×1000=52500m3/s

使用抽样统计法计算：

根据实测洪水资料，计算得多年平均洪水流量为2000m3/s，变异系数为0.45。

根据Gumbel分布，重现期为50年的洪水流量为：

QT=μQav×[exp(1+KTCv-KT2Cv2/2)-1]

KT为Gumbel分布标准简化为：

KT=2.326347√2ln(1/U)

U=1-1/T

计算得K50=4.463

Q50=2000×[exp(1+4.463×0.45-4.4632×0.452/2)-1]≈12200m3/s

使用分区域洪水流量计算公式：

将流域划分为两个子区域，子区域面积之比为1:1，根据子区域的降雨分布和流域特点，计算得每个子区域的洪水流量分别为2000m3/s和3000m3/s。

根据《河西区大型山区河流洪水计算规范》：

Qm=ΣαiQi

Qm=0.5×2000+0.5×3000=2500m3/s

6. 适用范围和注意事项

以上洪水流量计算公式适用于不同的工程应用和流域特征。在使用时需要注意以下几点：

经验公式的适用范围受限于建立公式所用观测资料的区域和气候条件。 理性公式适用于小流域，对于大流域需要考虑流域的形态特点和降雨时相。 抽样统计法要求有足够的实测洪水资料，且观测资料的代表性反映流域的洪水规律。