相同降雨过程下洪水对不同流域地形响应的概化试验研究

摘要

由于人类活动影响，特别是陕北地区淤地坝的大量建设，改变了原有的地形地貌，破坏了下垫面条件，从而使得水文序列的一致性遭到破坏，给设计洪水的计算带来了挑战，影响了工程设计以及防洪安全。虽然现有的非一致性水文序列分析方法有很多，比如还原还现法、分解合成法等，但这些方法在适用性与结果的可靠性方面都各有不足，应用起来均会遇到一些问题。相比较而言，从物理机制出发的统计模型理论更加先进，技术路线可行。在此基础上有学者提出了“溯源重构法”，其思路为：通过建立基于物理机制的“源”函数，并依此“源’’函数将原本非一致性的样本变为一致样本，便可借用传统水文方法解决一致性水文序列的频率分析计算。本文主要以物理概化模型试验的手段，结合数学模型辅助分析，研究流域地形因子（包括流域比降、修建淤地坝）对洪峰流量的影响规律，从而为“溯源重构法”提供理论基础。所得主要结论如下： 相同重现期降雨过程下，洪峰流量与流域边坡坡度关系不大，而与沟道坡度即流域比降成单调递增的线性关系，且随着降雨重现期的减小，沟道坡度对洪峰的影响更显著。所以传统水文计算方法中的由暴雨资料推求设计洪水所采用的推理公式法只考虑流域比降而不考虑边坡影响是合理的。为减少参数繁多的复杂性，在使用“溯源重构法”重构水文序列时可以仅考虑流域比降，边坡影响可以忽略。 相同降雨过程下，在降雨区域内，若单场降雨量足够大，能使得淤地坝在洪峰来临前蓄满，那么淤地坝布设的位置不同对洪峰流量的大小不会产生影响。并且淤地坝修建前后，或者淤地坝修建位置不同，小流域扣除坝控制面积后剩余面积的洪峰模数相等，部分产流面积的各个面积单元对洪峰流量的贡献率仍相同。 淤地坝影响洪峰是由淤地坝蓄水与淤地坝改变流域比降这两者共同作用的，其中淤地坝的蓄水作用是影响洪峰流量的主要因素。 数学模型模拟的结果显示每一场降雨洪水洪量均大于相应的降雨量，不符合实际，模型模拟结果不合理，关于坡度对洪水影响的规律无法用数学模型来模拟，所以后续研究还应以物理试验为主进行。

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