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【摘 要】山洪灾害是山丘区由于降雨引发的山洪、泥石流、滑坡等对人民生命、财产造成损失的灾害。暴雨山洪来势猛、成灾快，且山丘区暴雨的发生常具突发性，因山高坡陡，洪水汇流快，流速大，加之人口和财产分布在有限的低洼平地上，往往在洪水过境的短时间内即可造成人员伤亡和财产损失。本文介绍了水利水电工程设计的洪水计算之前所需要的准备工作，并且具体阐述了水利水电工程设计的洪水计算方法。
【关键词】水利水电工程；洪水计算；工程设计；分析
一、计算之前的准备
1. 资料搜集与复核
在对水利水电工程设计的洪水进行计算之前，需要对整个工程的资料进行整理，找出计算所需要的河道特征、地区降水情况和地质现状、地区其他水利设施等等资料，对这些资料进行整理与复核，对于一些特殊的情况往往还需要进行现场勘察，从而取得最准确的资料。如果在复核过程中发现问题，应当及时改正。复核的重点包括以下内容：一是水位资料，包括水基准面的变动情况和换算关系，对于水尺位置、大洪水时期的资料、水尺零点高程变动位移等重点复核；二是流量资料，复核的内容包括水面流速系数、浮标系数、计算断面选择的合理性和水流量关系曲线的可靠性。
2. 洪水资料差补延长
对于需要计算的洪水，在整理资料的过程中发现中间有点年份没有测量，就需要采取一定的措施对资料进行差补延长，其具体内容包括：若水利水电工程的上下游或者附近流域的监测站具有详细的资料，可以参照这些资料进行补充；若在不同的时期，洪峰与洪量的关系较好，也可以互相差补；若整个流域洪水与暴雨具有较好的关系，也可以根据暴雨的资料对洪水资料进行插补。插补资料需要经过严格的分析论证，确定其合理性之后才能使用。
二、水利水电工程设计的洪水计算方法
1. 洪水系列
在频率的计算中使用的洪量系列和洪峰流量应当取全年中的最大值。如果洪水的特性受到季节或者气候的影响较大，可以采用统计学的方法找出一个合理的值。对于洪水系列的分析，可以采用可靠性分析、代表性分析与一致性分析的综合方法。
2. 洪水灾害危险区、安全区的划分
（1） 危险区：①已有明显变形和裂缝，可能产生山体崩塌、滑坡等灾害的区域。②含有软弱夹层的顺向坡，坡度大于岩层倾角，且岩层倾角大于30度的陡坡，可能产生滑坡影响的区域。③处于历史洪水线及各河10年一遇洪水淹没线以下河谷、沟口、河滩、易损堤段范围以及陡坡下、低洼处、不稳定山体下的村庄、居民点所在区域。
（2）对难以通过频率计算山洪的无资料或资料短缺地区：将常遇山洪威胁范围划为危险区。
（3） 安全区：对处于历史最高洪水线以上、各溪河百年一遇洪水线以上能避开山洪、泥石流、滑坡威胁，地质结构比较稳定的区域。
3..洪水的洪峰流量计算
（1） 各河流百年一遇和十年一遇频率设计洪峰流量计算
由暴雨资料推求设计洪水公式推求设计洪峰流量，采用公式：
1）短历时设计暴雨推算法：
使用《辽宁省水文手册》中根据短历时设计暴雨推算（简称“推算法”），其方法见《辽宁省水文手册》第7—8页。其中所用暴雨参数使用现在计算值。
设计洪峰流量按如下公式计算：
式中：――不同频率的洪峰流量（m3/s）
――年最大24小时暴雨不同频率的模比系数，由水文手册图十查出CV，CS=3.5CV，由附录（一）（4）表根据相应CV值查得
――不同频率的洪峰径流系数，由水文手册表四根据所在水文分区查得
――不因频率而变的常数流量（m3/s），等于、、三者之乘积
――从水文手册表五根据所属水文分区由查得
――短历时暴雨指数
――流域汇流历时（小时）
――年最大24小时暴雨均值（mm），由水文手册图九查读
――集水面积（km2）
X、Y――地区参數，可由水文手册图十一查得
2）水文比拟法：
对以上计算方法采用水文比拟法验证如下：
根据水文比拟法和现有的各水文站的实测资料，算出各山洪沟（河流）的设计洪峰流量值。
比拟公式： （4-2）
式中：Q设——设计站洪峰流量，m3/s；
Q参——参证站洪峰流量，m3/s；
F设——设计站流域面积，km2；
F参——参证站流域面积，km2；
n ——经验性指数，对于洪量可取n=1，对于洪峰，应根据本河流或邻近河流上、下游站的实测资料或调查洪水资料按上式反求，一般河流n值为0.5～0.7，较小河流的n值可大于0.7。
根据地理位置、气候条件及区内流域情况，采用的参证站为龙头山水文站，通过对龙头山水文站基本资料的调查：
F参=3587km2，Q参10=350m3/s，Q参100=800m3/s n值取0.7。
4. 设计值的确定（1）如果设计地区的资料出现短缺，可以使用邻近地区的资料，综合分析以后选定出适合设计流域的数值。（2）如果水利水电工程的设计标准不高，例如在最近很多年洪水与暴雨都很少出现，但是在历史资料中具有明确记载的洪水、暴雨资料，需要对历史资料进行调整，将调整后的数值作为工程的设计洪水。5. 设计洪水水面线根据对各条河流的实地勘察，利用曼宁公式、伯努里方程和历史调查方法计算10年一遇和100年一遇设计洪水水位，在1：10000地形图上绘制洪水水面线，做出洪水洪灾害风险图。
曼宁公式：
式中：Q——设计洪峰流量，m3/s；
n——河床糙率；
A——过水断面面积，m2； R——水力半径，m；
I——水面比降。
各河流设计流量已知，河床比降约等于水面比降，河床糙率n值查阅各年水文统计年鉴、洪水调查资料确定和水力计算手册。采用试算法计算得出各河流的设计洪水过水断面面积的水力半径，从而得出各河流设计洪水出口水面高程。
天然河道的水流一般是非恒定非均匀流，由于河道中各种水力要素随时间的变化非常缓慢，可以认为天然河道在一定时间内是恒定非均匀流，水面曲线的计算，是对河道相邻两断面列出伯努里方程，从已知断面水位，依次求解此方程，得出未知断面的水位，这些断面的水位的连线，就是河道的水面曲线。
根据伯努里方程：
式中：Z1、V1——断面1的水位和流速；
Z2、V2——断面2的水位和流速；
hW =hy+ hj ——断面1到断面2之间的水头损失；
=×ΔL——沿程水头损失；
=/（）——沿程摩阻坡度；
，，——断面1和断面2的平均流速、平均流速系数、平均水力半径；
ΔL——两断面间的距离；
hj =-ξ（V12/2g-V22/2g）——局部水头损失；
ξ——河段的局部阻力系数，
在顺直河段及收缩河段ξ=0，
逐步扩散河段ξ=（0.3～0.5），
设有Z，使得K=0，则此Z即为方程的解，用二分法求解，可得Z2。依次可求得河流各断面的设计洪水水位。
连接各条河流设计洪水时各断面的水位，就得到设计洪水水面线，从而确定出各流域的危险区和安全区。
6. 入库设计洪水
对于典型的入库洪水，分析计算方法包括以下几种：
（1）流量叠加法。这种方法适用于当在水库周边附近有水文站，其控制面积占坝址以上面积的比重较大、资料较完整可靠时，可以分别计算粉干直流、库面分区和区间陆面的入库洪水，最后叠加成入库洪水。
（2）流量反演法。如果支流洪水在整个入库区域占据的比重很小，可以直接使用马斯京干法或槽蓄曲线法推算入库洪水。
（3）水量平衡法。对于已建水库，可根据水库下泄流量及水库蓄水量的变化反推入库洪水。
另外，根据资料条件及工程设计需要，可采用下列方法计算集中的或分区的入库设计洪水：当有较长的入库洪水系列时，可采用频率分析法计算入库设计洪水；当入库洪水系列较短，不能采用频率分析法时，可采用坝址设计洪水的放大倍比放大典型入库洪水作为入库设计洪水；当汇入库区的支流洪水所占比重较小时，可将坝址设计洪水采用流量反演法推求入库设计洪水。
7. 暴雨资料推算法
有时候还需要根据当地暴雨的资料对你洪水量进行计算，其計算方法有两种：如果当地降水量较多并且暴雨出现比较频繁，可以通过对暴雨频率进行分析。
从而得出结果；如果水利水电工程所在的区域暴雨很少出现，就可以使用相应历时的设计点暴雨量和暴雨点面关系间接计算；如果该地区几乎不会出现暴雨，可用设计点暴雨量作为流域设计面平均暴雨量。
三、结束语
水利水电工程设计的洪水计算对于工程的规模、投资的合理性和工程建筑的安全性都有很大的影响，是水利水电工程建设中的重要内容。在计算过程中，必须根据当地的实际情况，选择正确的方法和数据，从而保证计算结果的准确性，为水利水电工程提供依据。
参考文献：
[1]刘月英，马雪梅，李强.小汇水面积设计洪水计算方法[J].东北水利水电，2008（8）.
[2]杜明格，刘国东.无资料地区径流量计算方法的探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2007（4）.
[3]张卫华，余艳红，魏朝富.临江河高桥—烽火庙河段洪水分析[J].西南大学学报（自然科学版），2010（3）.
[4]王卓娟，乔娟.湖北省小型水库设计洪水计算[J].三峡大学学报（自然科学版），2011（03）.
【关键词】水利水电工程；洪水计算；工程设计；分析
一、计算之前的准备
1. 资料搜集与复核
在对水利水电工程设计的洪水进行计算之前，需要对整个工程的资料进行整理，找出计算所需要的河道特征、地区降水情况和地质现状、地区其他水利设施等等资料，对这些资料进行整理与复核，对于一些特殊的情况往往还需要进行现场勘察，从而取得最准确的资料。如果在复核过程中发现问题，应当及时改正。复核的重点包括以下内容：一是水位资料，包括水基准面的变动情况和换算关系，对于水尺位置、大洪水时期的资料、水尺零点高程变动位移等重点复核；二是流量资料，复核的内容包括水面流速系数、浮标系数、计算断面选择的合理性和水流量关系曲线的可靠性。
2. 洪水资料差补延长
对于需要计算的洪水，在整理资料的过程中发现中间有点年份没有测量，就需要采取一定的措施对资料进行差补延长，其具体内容包括：若水利水电工程的上下游或者附近流域的监测站具有详细的资料，可以参照这些资料进行补充；若在不同的时期，洪峰与洪量的关系较好，也可以互相差补；若整个流域洪水与暴雨具有较好的关系，也可以根据暴雨的资料对洪水资料进行插补。插补资料需要经过严格的分析论证，确定其合理性之后才能使用。
二、水利水电工程设计的洪水计算方法
1. 洪水系列
在频率的计算中使用的洪量系列和洪峰流量应当取全年中的最大值。如果洪水的特性受到季节或者气候的影响较大，可以采用统计学的方法找出一个合理的值。对于洪水系列的分析，可以采用可靠性分析、代表性分析与一致性分析的综合方法。
2. 洪水灾害危险区、安全区的划分
（1） 危险区：①已有明显变形和裂缝，可能产生山体崩塌、滑坡等灾害的区域。②含有软弱夹层的顺向坡，坡度大于岩层倾角，且岩层倾角大于30度的陡坡，可能产生滑坡影响的区域。③处于历史洪水线及各河10年一遇洪水淹没线以下河谷、沟口、河滩、易损堤段范围以及陡坡下、低洼处、不稳定山体下的村庄、居民点所在区域。
（2）对难以通过频率计算山洪的无资料或资料短缺地区：将常遇山洪威胁范围划为危险区。
（3） 安全区：对处于历史最高洪水线以上、各溪河百年一遇洪水线以上能避开山洪、泥石流、滑坡威胁，地质结构比较稳定的区域。
3..洪水的洪峰流量计算
（1） 各河流百年一遇和十年一遇频率设计洪峰流量计算
由暴雨资料推求设计洪水公式推求设计洪峰流量，采用公式：
1）短历时设计暴雨推算法：
使用《辽宁省水文手册》中根据短历时设计暴雨推算（简称“推算法”），其方法见《辽宁省水文手册》第7—8页。其中所用暴雨参数使用现在计算值。
设计洪峰流量按如下公式计算：
式中：――不同频率的洪峰流量（m3/s）
――年最大24小时暴雨不同频率的模比系数，由水文手册图十查出CV，CS=3.5CV，由附录（一）（4）表根据相应CV值查得
――不同频率的洪峰径流系数，由水文手册表四根据所在水文分区查得
――不因频率而变的常数流量（m3/s），等于、、三者之乘积
――从水文手册表五根据所属水文分区由查得
――短历时暴雨指数
――流域汇流历时（小时）
――年最大24小时暴雨均值（mm），由水文手册图九查读
――集水面积（km2）
X、Y――地区参數，可由水文手册图十一查得
2）水文比拟法：
对以上计算方法采用水文比拟法验证如下：
根据水文比拟法和现有的各水文站的实测资料，算出各山洪沟（河流）的设计洪峰流量值。
比拟公式： （4-2）
式中：Q设——设计站洪峰流量，m3/s；
Q参——参证站洪峰流量，m3/s；
F设——设计站流域面积，km2；
F参——参证站流域面积，km2；
n ——经验性指数，对于洪量可取n=1，对于洪峰，应根据本河流或邻近河流上、下游站的实测资料或调查洪水资料按上式反求，一般河流n值为0.5～0.7，较小河流的n值可大于0.7。
根据地理位置、气候条件及区内流域情况，采用的参证站为龙头山水文站，通过对龙头山水文站基本资料的调查：
F参=3587km2，Q参10=350m3/s，Q参100=800m3/s n值取0.7。
4. 设计值的确定（1）如果设计地区的资料出现短缺，可以使用邻近地区的资料，综合分析以后选定出适合设计流域的数值。（2）如果水利水电工程的设计标准不高，例如在最近很多年洪水与暴雨都很少出现，但是在历史资料中具有明确记载的洪水、暴雨资料，需要对历史资料进行调整，将调整后的数值作为工程的设计洪水。5. 设计洪水水面线根据对各条河流的实地勘察，利用曼宁公式、伯努里方程和历史调查方法计算10年一遇和100年一遇设计洪水水位，在1：10000地形图上绘制洪水水面线，做出洪水洪灾害风险图。
曼宁公式：
式中：Q——设计洪峰流量，m3/s；
n——河床糙率；
A——过水断面面积，m2； R——水力半径，m；
I——水面比降。
各河流设计流量已知，河床比降约等于水面比降，河床糙率n值查阅各年水文统计年鉴、洪水调查资料确定和水力计算手册。采用试算法计算得出各河流的设计洪水过水断面面积的水力半径，从而得出各河流设计洪水出口水面高程。
天然河道的水流一般是非恒定非均匀流，由于河道中各种水力要素随时间的变化非常缓慢，可以认为天然河道在一定时间内是恒定非均匀流，水面曲线的计算，是对河道相邻两断面列出伯努里方程，从已知断面水位，依次求解此方程，得出未知断面的水位，这些断面的水位的连线，就是河道的水面曲线。
根据伯努里方程：
式中：Z1、V1——断面1的水位和流速；
Z2、V2——断面2的水位和流速；
hW =hy+ hj ——断面1到断面2之间的水头损失；
=×ΔL——沿程水头损失；
=/（）——沿程摩阻坡度；
，，——断面1和断面2的平均流速、平均流速系数、平均水力半径；
ΔL——两断面间的距离；
hj =-ξ（V12/2g-V22/2g）——局部水头损失；
ξ——河段的局部阻力系数，
在顺直河段及收缩河段ξ=0，
逐步扩散河段ξ=（0.3～0.5），
设有Z，使得K=0，则此Z即为方程的解，用二分法求解，可得Z2。依次可求得河流各断面的设计洪水水位。
连接各条河流设计洪水时各断面的水位，就得到设计洪水水面线，从而确定出各流域的危险区和安全区。
6. 入库设计洪水
对于典型的入库洪水，分析计算方法包括以下几种：
（1）流量叠加法。这种方法适用于当在水库周边附近有水文站，其控制面积占坝址以上面积的比重较大、资料较完整可靠时，可以分别计算粉干直流、库面分区和区间陆面的入库洪水，最后叠加成入库洪水。
（2）流量反演法。如果支流洪水在整个入库区域占据的比重很小，可以直接使用马斯京干法或槽蓄曲线法推算入库洪水。
（3）水量平衡法。对于已建水库，可根据水库下泄流量及水库蓄水量的变化反推入库洪水。
另外，根据资料条件及工程设计需要，可采用下列方法计算集中的或分区的入库设计洪水：当有较长的入库洪水系列时，可采用频率分析法计算入库设计洪水；当入库洪水系列较短，不能采用频率分析法时，可采用坝址设计洪水的放大倍比放大典型入库洪水作为入库设计洪水；当汇入库区的支流洪水所占比重较小时，可将坝址设计洪水采用流量反演法推求入库设计洪水。
7. 暴雨资料推算法
有时候还需要根据当地暴雨的资料对你洪水量进行计算，其計算方法有两种：如果当地降水量较多并且暴雨出现比较频繁，可以通过对暴雨频率进行分析。
从而得出结果；如果水利水电工程所在的区域暴雨很少出现，就可以使用相应历时的设计点暴雨量和暴雨点面关系间接计算；如果该地区几乎不会出现暴雨，可用设计点暴雨量作为流域设计面平均暴雨量。
三、结束语
水利水电工程设计的洪水计算对于工程的规模、投资的合理性和工程建筑的安全性都有很大的影响，是水利水电工程建设中的重要内容。在计算过程中，必须根据当地的实际情况，选择正确的方法和数据，从而保证计算结果的准确性，为水利水电工程提供依据。
参考文献：
[1]刘月英，马雪梅，李强.小汇水面积设计洪水计算方法[J].东北水利水电，2008（8）.
[2]杜明格，刘国东.无资料地区径流量计算方法的探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2007（4）.
[3]张卫华，余艳红，魏朝富.临江河高桥—烽火庙河段洪水分析[J].西南大学学报（自然科学版），2010（3）.
[4]王卓娟，乔娟.湖北省小型水库设计洪水计算[J].三峡大学学报（自然科学版），2011（03）.