無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算成果合理性探析

賀成民

（1.陜西省水文水資源勘測局，陜西西安710000；2.河海大學水文水資源學院，江蘇南京210098）

無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算成果合理性探析

賀成民1,2

（1.陜西省水文水資源勘測局，陜西西安710000；2.河海大學水文水資源學院，江蘇南京210098）

無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算，由于缺乏水文實測資料，往往成果準確性難以保證。以藍田縣湯峪河流域為例，通過對小流域典型設(shè)計洪水流量推求，采用地區(qū)經(jīng)驗公式、推理公式等傳統(tǒng)計算方法和基于高精度的DEM的分布式水文模型計算方法，對計算成果進行相互對比、與設(shè)計流域已有成果和相似流域進行對比、與新方法計算結(jié)果進行對比，綜合分析其合理性。進而對無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算成果合理性分析及新方法未來發(fā)展領(lǐng)域進行探析。

設(shè)計洪水；計算方法；分布式水文模型；合理分析

1 流域概況描述

湯峪河是浐河左岸一級支流灞河二級支流，發(fā)源于藍田縣湯峪鎮(zhèn)月亮山東北1.5 km秦嶺主脊，水系呈羽狀分布，西北向流至斗井溝口，先后匯入水層溝、鐵冠溝、劉家溝諸水，至東溝口北流，再先后匯入半截溝、黃毛溝、南溝、野豬窩、野豬砭、小蒜溝、黨家溝女橋溝、吳家溝、齊家溝諸水后至湯峪口，北流10 km至長安區(qū)魏寨街道辦白廟村西與岱峪河匯合，于長安區(qū)魏寨街道辦李家窯村匯入浐河。

湯峪河流域地處秦嶺中低山區(qū)，山高路窄，流域面積101.1km2，河長32.7 km，河道平均比降3%，流域平均高程1297 m，平均坡度0.28，河網(wǎng)密度為2.1km/km2。流域內(nèi)有水庫一處-湯峪水庫，水庫壩址以上流域面積80 km2。

2 典型頻率設(shè)計洪水計算

2.1 推理公式法洪峰流量計算

（4）推求洪峰流量。

在同一坐標內(nèi)繪制Qm～τ與Qm～t曲線，兩線相交點的流量即為所求的洪峰流量。

2.2 經(jīng)驗公式法洪峰流量計算

采用《水文手冊》提供的計算洪峰流量經(jīng)驗公式[2]計算：

式中：Qmp為設(shè)計頻率為P的洪水流量(m3/s)；Cp為設(shè)計頻率為P的經(jīng)驗系數(shù)；n為設(shè)計頻率為P的經(jīng)驗指數(shù)；F為河流流域面積（km2）。

公式中的參、指數(shù)Cp、n值，從《水文手冊》中查得。

2.3 水文比擬法

根據(jù)計算流域與參證流域的自然地理條件基本一致，同屬于一個水文氣象分區(qū)，水汽來源和下墊面條件基本相同，且面積之差不超多20%，故采用水文比擬法計算，選用計算公式如下：

式中：Q設(shè)計、Q參證分別為設(shè)計流域和參證站設(shè)計洪峰流量(m3/s)；F設(shè)計、F參證分別為設(shè)計流域和參證站流域面積（km2）。

2.4 分布式水文模型法

根據(jù)藍田湯峪河流域面積大小，按單個流域選型。即：在建模試算過程中，認為除降雨空間分布均勻以外，流域下墊面特性空間分布也是均勻的，作為一個計算單元處理，采用的模型選擇單位線+穩(wěn)定下滲率模式：將試算時的降雨過程減去穩(wěn)定下滲后得到凈雨過程，然后代入單位線進行匯流計算，計算洪水過程。

計算成果匯總表

3 成果合理性分析論述

3.1 多方法計算成果相互對比

經(jīng)驗公式的實質(zhì)是地區(qū)綜合的一種表現(xiàn)形式，是綜合了地區(qū)實測資料基礎(chǔ)上建立的關(guān)系方程式，其計算過程簡便，使用的參數(shù)相對較少，且易于獲取。推理公式是一種成因推理的方法，從等流時線的概念出發(fā),可從線性匯流推導出來，且有明確的物理概念，理論上更為嚴謹，是歷來小流域由暴雨推求洪峰流量的一種常見方法。水文比擬法是對相似相鄰流域長系列水文觀測資料，采用比擬的思想通過修正計算到設(shè)計流域的一種方法。分布式水文模型是基于高精度DEM數(shù)據(jù)的水文模型[3]，是引用的新方法，其成果可靠性有待考證。綜上四種方法并結(jié)合計算成果，可以看出地區(qū)經(jīng)驗公式法、水文比擬法和推理公式法三種方法計算結(jié)果相差不大，結(jié)合工程需要，從安全角度考慮，推薦使用合理成果，分布式水文模型計算成果值偏高供參考，其合理性有待進一步研究。

3.2 與已有設(shè)計成果資料對比

通過湯峪水庫壩址20年一遇設(shè)計洪水成果[4]（來自湯峪水庫設(shè)計資料）進行對比，設(shè)計流域推理公式法、經(jīng)驗公式法、水文比擬法計算成果與已有成果相差不大。從而佐證計算成果的相對合理性。

3.3 與相似相鄰流域?qū)Ρ?/p>

用與湯峪河流域相鄰相似的大峪河流域相比，大峪河流域建有大峪水文站，通過分析大峪水文站建站以來13個年份（1955、1957、1964、1965、1966、1981、1983、1987、1989、2002、2003、2005、2009）的13場洪水和其歷史最大洪水可以看出，大峪水文站歷史最大洪水發(fā)生在1957年7月18日，其不同重現(xiàn)期洪峰流量見下表，預估湯峪河歷史最大流量不會太大。

湯峪水庫20年一遇設(shè)計洪水成果

大峪水文站歷史最大洪量

3.4 與新方法、新理論成果對比

在無資料地區(qū)計算時，本著采用多種方法綜合分析、相互驗證的水文分析原則[5]，大膽的嘗試應用新的計算方法，首先要研究國內(nèi)外小流域設(shè)計洪水計算方法，對SWAT、TOPMODEL、HEC-HMS、SHE等分布式或半分布式水文模型進行對比研究[6]，從中篩選出比較合適的小流域洪水計算模型應用于工程實踐計算中，并與傳統(tǒng)方法計算成果進行對比，合理確定成果。

4 結(jié)語

（1）對于無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算方法總的來說應遵循“多種途徑、多種方法、綜合分析、合理選用”基本思路。這其中綜合合理性分析尤為重要，水文行業(yè)人常說水文計算“三分計算、七分分析”。對于解決同一問題，往往采用多種途徑和多種方法計算的成果進行比較，起到相互參照、相互驗證、相輔相成的作用，最后經(jīng)過綜合分析，判斷所選定的成果是否合理。

（2）對于無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算的新理論、新方法、新技術(shù)的研究和探討應進一步加強，小流域水文研究要從傳統(tǒng)的計算手段向數(shù)字水文模型、分布式水文模型發(fā)展,應用和推廣分布式或半分布式水文模型等新理論、新方法、新技術(shù)在小流域設(shè)計洪水計算是流域水文模型發(fā)展的方向之一，也是為無資料地區(qū)水文計算另辟行徑。

[1]戴榮，王正發(fā).資料匱乏地區(qū)中小流域設(shè)計洪水計算方法的研究[J].西北水電，2012

[2]陜西省水利廳.陜西省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集[R].1985

[3]郭良，唐學哲，孔凡哲.基于分布式水文模型的山洪預警預報系統(tǒng)研究及應用[J].中國水利，2007（14）：38-39

[4]西安市水務局.西安市藍田縣湯峪水庫除險加固工程設(shè)計報告[R]. 2001

[5]王國安，李文家.水文設(shè)計成果合理性評價[M].2002

[6]USACE.HEC-HMShydrologicmodelingsystemuser'smanual[M].Hydrologic EngineeringCenter,Davis,2001

Exploration on the Rationality of Design Flood Calculation in the Non-data Area

He Chengmin
（Shaanxi Province Hydrologyand Water Resources SurveyBureau Xi'an 710000,Shaanxi School ofHydrologyand Water Resources,Hohai University Nanjing210098,Jiangsu）

For the design flood calculation in the non-data area,due to the lack of hydrological data,the results of the accuracy is often difficult to guarantee.Taking the Tangyu River Basin in Lantian County as an example,the traditional calculation method of regional empirical formula and reasoning formula and the distributed hydrological model calculation method based on high precision DEMare used tocalculate the typical design flood flowin small watershed.Contrast,compared with the results of the design watershed and similar watershed,compared with the newmethod to calculate the rationality.And then analyzes the rationality ofthe calculation results of the design of the non-data area and the future development of the new method.

The design flood,the calculation method,the distributed hydrological model and reasonable analysis

TV122.3

B

1673-9000（2017）04-0011-03

2017-06-01

賀成民（1985-），男，漢族，陜西定邊人，助理工程師，主要從事水文水資源及山洪災害相關(guān)工作。