广西水利水电ＧＸ ＷＡＴＥＲ ＲＩＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１２（２） ・水文水能・ 浅谈经验单位线法在岩溶区洪水计算中的应用 李斌 （广西水利电力勘测设计研究院，广西南宁５３００２３） 【摘要】由于缺乏实测水文资料，桂北、桂西片区域岩溶地区水利工程设计洪水计算一直都是个难 题。介绍了采用经验单位线法计算岩溶地区设计洪水的方法及流程。 【关键词】岩溶；经验单位线；洪水计算 【中图分类号】Ｐ３３３ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】１００３－１５１０（２０１２）０２—００２２—０４ １ 概述 目前，广西各水利工程设计洪水计算采用的方 法主要有两种：①对于大江大河上设有水文站，水 的地表径流过程就是流域汇流曲线，如果净雨计算 的时段很短，趋于瞬时，相应的径流过程线就称为 瞬时单位线。其基本公式为： １ ／ 、 一１ 文观测资料较充足的，采用水文比拟法搬移水文测 站的成果；②对于没有流量观测资料的区域，一般 （０，￡） 赢 ｊ ｅ－ｔ／ｋ 式中：ｕ（ｏ，ｔ）—— 时刻瞬时单位线纵高； 厂——伽马函数； ｎ——相当于线性水库的个数（调节次数或 调节系数）； 主要采用《广西暴雨径流查算图表》中的瞬时单位 线法和推理公式法通过设计暴雨推求设计洪水。 但在岩溶地区水文站点少，特别是伏流、暗河区集 水面积比重较大的中小流域，能满足设计洪水计算 要求的水文站网布设是不多见的，比如在水文测站 严重缺乏的桂西北，第一种方法比较难有机会用 卜水库型线性蓄泄方程的汇流历时（反 映流域汇流时间参数或调蓄系数）； ｅ——自然对数的底； 时刻。 到。而桂西北许多岩溶高度发育的区域，地表集水 面积只占总面积的小部分，由于地下暗河、落水洞 纵横交错，给流域参数的获取带来极大的困难，有 些参数甚至是根本无法取得的（比如河长和坡降）， 决定瞬时单位线的参数是ｎ、Ｋ，只要这两个参 数确定，单位线就确定了。广西水文局采用全区多 个水文测站的洪水及降雨资料对广西境内各区域 也无法采用第二种方法计算设计洪水。因此，在这 样的地方建设水利工程，我们只能想其它办法计算 设计洪水，经验单位线法是其中一种比较实用的、 可操作性较强的洪水计算方法。 的ｎ、Ｋ值进行了优选率定，得到各区域以流域面积、 河长及坡降等参数为变量的经验公式，给区内各地 的水利工程设计带来了极大的便利。然而在岩溶 地区，各地的岩溶发育程度不一样，许多岩溶高度 发育的小流域，各种流域参数无法获取，因此也不 ２ 经验单位线法与瞬时单位线法的 异同 经验单位线法也是单位线法的一种，它与瞬时 单位线法有差异，但也有相同之处。 瞬时单位线的定义ｎ１：一定面积，一定历时的单 位人流，经过流域调蓄后，在流域出口断面所形成 【收稿日期】２０１２—０２—２９ 能直接采用该瞬时单位线法进行洪水计算。 对于一个流域来说，出口断面出流的单位线是 由流域面积、河长、坡降及下垫面条件决定的，一个 流域出口断面单位线只有一条。经验单位线法与 瞬时单位线法产汇流模型是一样的，都是蓄满产流 模型及河网汇流，都是采用出口断面的单位线结合 【作者简介】李２２ 斌（１９８４一），男，广西灵川人，广西水利电力勘测设计研究院助理工程师，学士，主要从事水文水能规划设计工作。 广西水利水电ＧＸ ＷＡＴＥＲ ＲＩＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１２（２） 设计暴雨来推求设计洪水的方法。其差异在于对 单位线的推求方法不一样，瞬时单位线是采用流域 观测到各场洪水过程的洪峰； 面积、河长及坡降等流域特征参数计算得到，而经 验单位线则是根据出流断面的实测典型洪水过程 （２）设计流域内（或邻近）的雨量控制站在以上 水位测站观测期间对应的降雨量摘录资料； （３）设计流域出口观测断面的水位 流量关系 曲线，如不能实测可测量大断面计算。 ３．２．２ 资料处理 及产生该场洪水的相应降雨过程根据单位线法汇 流理论反向试算推求得到单位线。 在实测洪水中选取一场最大的洪水过程作为 ３经验单位线法推求设计洪水 ３．１流域基本参数的获取口１ 设计流域的集水面积是设计洪水必不可少且 典型洪水，并根据出口断面的水位 流量关系曲线 计算出该场洪水的流量过程线。 （１）河道型水利工程。河道型水利工程（如防 洪堤、护岸等）由于没有调蓄库容，实测的洪水过程 即为设计流域的实际来水过程。 （２）水库型水利工程。水库型水利工程（如水 库、水电站等）实测的水位流量过程只是经过水库 影响很大的参数。在岩溶发育地区，设计流域的水 文地质条件较为复杂。因此，应根据岩溶形态特征 和产汇流不同特性分别计算设计流域各单元面 积。包括岩溶区集水面积，非岩溶区集水面积；地 表集水面积，地下集水面积；外流域水量补给区集 水面积，设计流域水量漏失区集水面积；覆盖型闭 合洼地集水面积和伏流河段集水面积以及天坑、漏 斗区集水面积。 设计流域岩溶区集水面积占总集水面积的百 分数，是设计流域岩溶发育程度的重要指标。地表 调节过以后的出流（或下泄）过程，而非设计流域实 际的来水过程，特别是调蓄作用较明显的水库工 程，必须根据水量平衡原理分析入库来水流量过程 （即水库反推流法推求人库流量过程线）。计算公 式如下： 下＝Ｑ人一ａＷ／Ａｔ Ｑ人＝ａｘ∑Ｈｘ △ｔ （１） （２） 集水面积可根据地形分水岭勾绘确定，其中包括向 相邻流域漏失部分的集水面积；地下集水面积是指 地表集水面积减去漏失区集水面积，加上相邻外流 域水量补给区的集水面积；设计流域的总集水面积 式中： 下——计算时段内水库平均下泄流量； Ｑ人——水库时段内平均入库流量； △卜水库库容蓄变量； ａｔ——计算时段； ∑日－－一时段降雨量； 卜一水库集水面积； 口——洪水径流系数。 由地表集水面积与地下集水面积之和，减去两者重 叠部分的面积组成。在工程实际操作中，设计流域 集水面积主要依据地形图、区域地质图并结合实地 调查得到。尤其在岩溶高度发育的小流域，地下集 水面积有时候占主要部分，在此类地区修建水利工 程时，设计洪水和年径流计算应特别重视地下水面 积的调查和研究。 ３．２经验单位线推求 （１）式中有 下和 人两个待求未知参数，由于 水库处于岩溶地区，且都是经过地下河调节后进入 水库，而 下的变化较入库的缓，因此可选取５、１０、 １５ ｄ等较长的计算时段，首先根据（２）式计算由水库 降雨产生洪水总量（洪水径流系数采用Ｏ．６７），通过 联解（１）、（２）式即得水库计算时段平均下泄流量， 然后由（１）式计算水库逐日入库流量Ｑ人。 ３．２．３净雨推求及径流分割 （１）实测洪水净雨推求。对于选取的实测洪水 过程，设计流域的雨量控制站必定有对应的产生该 ３．２．１资料收集 经验单位线的推求是该方法计算设计洪水的 关键所在，它直接决定了设计洪水结果的准确性。 经验单位线法推求设计洪水比瞬时单位线法对资 料的要求更高，除了计算设计暴雨采用的时段暴雨 外，还需要以下资料： （１）在设计流域出口断面设置水位观测站，观 测至少一年的汛期水位过程，测站应尽量专业，实 场洪水的降雨摘录过程，该降雨过程扣除设计流域 的降雨初损和下渗后得到该场洪水的净雨过程，并 计算出该场洪水的净雨总量。 （２）径流分割。采用直线斜分割法对选取的典 型洪水过程进行径流分割，分割出地表径流和地下 测的洪水水位过程直接决定了单位线的过程。测 站平时一Ｅｔ观测两次，洪水期间，应加大观测密度， 李斌：浅谈经验单位线法在岩溶区洪水计算中的应用 Ｑ Ｔ＝２ＷＴＩＴｒ 径流，得到典型洪水的地表及地下流量过程，并根 据分割的结果分别计算出该场洪水的地表径流总 量及地下径流总量。 净雨推求与径流分割相互印证，根据水量平衡 原理，一场洪水的地表径流量应与净雨的总量相对 应，其地下径流总量应与下渗雨量相对应，如出现 不对应则调整分割线或下渗量直至相互对应。 ＝式中：ｐ 下——潜流峰（ｍ ）； 下————一场降雨地下径流量； 地下洪水过程总历时。 通过经验单位线计算得的地表洪水过程，并加 上地下水过程及流域基流，得出计算的洪水过程应 与选取的实测洪水过程基本吻合。 ３．３流域设计洪水的推求 Ｆｘ／ｔ／１０ 式中： ＿＿径流量（万１ＴＩ。）； Ｆ一流域集水面积（ｋｍ ）； 降雨量（ｍｍ）。 ３．２．４试算经验单位线 试算的经验单位线通过验证后，便可结合设计 流域雨量控制站分析的设计暴雨、设计雨型、地下 径流过程等资料，根据单位线法的产汇流原理采用 经验单位线推求设计洪水。 根据径流分割得到典型洪水过程的地表径流 过程后，首先根据《广西暴雨查算图表》初步分析一 条初始单位线，计算时段可采用１ ｈ、３ ｈ等，根据产 生该场洪水过程的净雨过程采用单位线法计算洪 水过程线，并将计算的洪水过程线与分割出来的典 型洪水地表流量过程比较，通过反复修正经验单位 线，直至两者基本吻合，从而确定设计流域的经验 单位线。 ３．２．５经验单位线验证 （１）根据单位线的定义验证。单位线是在特定 流域上，单位时段内时空均匀分布的单位净雨所形 成的流域出口的直接径流过程线，单位净雨量一般 取１０ｍｍ。其计算公式为： ４结语 对于岩溶区域的设计洪水计算，经验单位线法 是一种较为准确的、可操作性较强的方法。但单位 线的纵高和形状完全由实测的洪水过程所决定，在 实际操作过程中，一般项目设计布设的临时水位或 流量测站很难做到专业化，也很难执行洪水期间高 密度的观测记录，难以观测到洪峰，实测资料甚至 可能只有日平均资料，如此实测洪水过程就在一定 程度上被坦化了，导致以此为依据推求得到的单位 线也将被坦化。这样的情况我们应该尽量避免，但 如果出现这样的情况，应该深入调查流域的历史洪 水，对计算的设计洪水考虑适当加大处理。 参考文献 ［１］广西水文局．广西暴雨径流查算图表．南宁：广西水文 局。１９８４ Ｈ＝３６ｘ３ｘ∑ ｇ ／Ｆ 式中：Ｈ－＿单位净雨（１０ｒａｍ）； ｑ，——单位线； — 殳计流域集水面积（ｋｍ ）。 （２）采用实测洪水验证。①在实测洪水过程中 再选取一场较大洪水，根据相应的实测降雨过程采 用试算得到的单位线计算该场洪水的地表径流过 程；②地下水回加。地下径流过程概化成三角形出 流，洪峰位于地表基本结束处，其总量等于地下净 雨量（稳渗量）；地下洪峰采用概化三角形计算式。 ［２】水利江水利委员会水文局，水利部南京水文水资 源研究所．水利水电工程设计洪水计算手册．【Ｍ】．北京：水利 电力出版社，１９９５ （责任编辑：刘征湛） 广西水利水电ＧＸ ＷＡＴＥＲ ＲＩＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１２（２） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｕｎｉｔ ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｋａｒｓｔ ａｒｅａ ｌｏｏｄ ｆｃａｉｃｕｌａｔｉｏｎ ＬＩ Ｂｉｎ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｏｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｋａｒｓｔ ａｒｅａ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｇｕａｎｇｘｉ ｏｒ Ｗｅｓｔ Ｇｕａｎｇｘｉ ｄｕｅ ｔｏ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｃｏｒｄｓ．Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔ＿ ｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｌｏｏｄ ｆｏｒｆ ｋａｒｓｔ ａｒｅａｓ ｂｙ ｅｍｐｉｉｃａｌｒ ｕｎｉｔ ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｋａｒｓｔ；ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｕｎｉｔ ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈ；ｆｌｏｏｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ （上接第１６页） 参考文献 ［１］宋擞，张怀军，李彦坡等．万家寨引黄人晋工程地质勘 飞．水库岩溶渗漏问题研究［Ｃ】．西部水利水 察与研究【Ｍ１．郑州：黄河水利出版社，２００７． ［３１ ＧＢ ５０４８７—２００８，水利水电工程地质勘察规范【Ｓ】． ［４１何发亮，谷明成，王石春．ＴＢＭ施工隧道围岩分级方法研 究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２１，（９）：１３５０－１３５４． （责任编辑：周群） 【２ 徐福兴，２］陈社。２００４． 电开发与岩溶水文地质论文选集，武汉：中国地质大学出版 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｙａｏｗａ・＿－Ｌｉｕｌａｎｇ ＴＢＭ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｅｔａｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｚｏｎｅ ＬＵＯ Ｊｉ－ｙｏｎｇ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｖｅｒａｌｌ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｅｔａｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｉｎｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｚｏｎｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｒｅａ ｉｎ ｒｅｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ，ｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｓｔｒａｔａ，ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｇｅｏｍｏｒｐｈｙ，ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｈｙｄｒｏ—ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｋａｒｓｔ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｄａｔａ，ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｕｔ。 ｎｏｗ ｒａｔｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ＴＢＭ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｃｈｅｎｃｕｎ—Ｂｅｉｓｉ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｓｈａｌｌｏｗ ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｍｏｓｔ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｕｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ； ｔｈｅ Ｂｅｉｓ１’一Ｌｉｕｌａｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ １５０～３００ｍ ｄｅｅｐ ｗｉｔｈ ｍｏｓｔ ｐａｒｔｓ ｂｅｌｏｗ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｄｉｖｉｄｅ；ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｍｅｎｔ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｓｅａｓｏｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｂｅｌｔ ｉｓ ７０ｍ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ；ｋａｒｓｔ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｂｅｈａｖｅ ａｓ ｗｅａｋｌｖ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ～ｕｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｔ ｌｏｃａｌ ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎｓ・ Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ．ＴＢＭ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｗｉｔｈ ｃｏｒｒｅｃｔ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｋａｒｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｉｍｅｌｙ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＢＭ Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）；ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ；ｔｕｎｎｅｌ；ｋａｒｓｔ；ｇｅｏｌｏｇｙ；ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ
