西藏无资料地区设计洪水计算方法研究与应用

富 强，朱 聪，刘金华，沈小勤，曹长相

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州310014)



西藏无资料地区设计洪水计算方法研究与应用

富 强，朱 聪，刘金华，沈小勤，曹长相

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州310014)

西藏自治区是我国面积最大的省区之一，也是我国河流、湖泊、冰川分布最广的区域。由于地域辽阔，加上地势、纬度的影响，西藏地区水文气象要素差异性很大。西藏大部分地区水文站网密度偏低，水文资料较匮乏，有些地区基本空白，属无资料地区，给工程水文设计带来很大的困难，包括设计洪水计算。为此，以藏东南察隅县吉太曲流域为例，研究探讨无资料地区设计洪水分析计算方法。

无资料地区；设计洪水计算；西藏地区；吉太曲

1 流域概况

吉太曲(伊洛瓦底江上源，也称“克劳龙河”)属印度洋水系河流，位于西藏东南角察隅县境内，流域出口与云南省交界。河流发源于西藏伯舒拉岭南部山峰然莫日附近，源头部分称嘎达曲，汇入日东曲后称“克劳龙河”，进入云南境内汇入麻必洛河后始称“独龙江”。吉太曲主要是指克劳龙河西藏境内部分，流域面积为2 345 km2，河源高程为5 521 m，主河道长约96 km。吉太曲流域以及干流独龙江流域无水文站和气象站，流域内未曾开展过水

文测验，无实测水文、气象资料，属典型的西藏地区无资料流域(见图1)。吉太曲流域坝址设计洪水计算分别采用了水文图集查算(地区经验总结)、水文比拟法(流量资料推求设计洪水)、SCS水文模型(暴雨资料推求设计洪水)等方法。以两个梯

级坝址(坝址以上集水面积分别为545、2 168 km2)为例进行分析计算。

2 计算方法

2.1 水文比拟法

选取西藏境内观测年限较长、测验情况较好、集水面积相对较小、距离吉太曲相对较近的更张水文站作为设计洪水分析计算的水文参证站。根据更张水文站各频率设计洪水，按面积比的n次方推求梯级坝址设计洪水。

本次收集有西藏及云南境内共计15个水文站的洪水成果。根据所有水文站地区综合分析，洪峰均值面积比指数为0.67；根据西藏境内邻近水文站地区综合分析，洪峰均值面积比指数为0.57。考虑区域洪水参数变化特性，综合分析本次洪峰均值面积比指数取0.57(见图2)。

图1 吉太曲流域水系示意

图2 洪峰均值地区综合分析

2.2 水文图集查算

根据地区水文图集，统计林芝地区各水文站的洪峰模数，绘制洪峰模数的地区综合线见图3。由图3可见，林芝地区洪峰模数面积比指数为-0.348。

图3 林芝地区洪峰模数-面积关系

分别采用墨脱站和察隅站洪峰模数，按照面积比的n次方计算梯级坝址洪峰模数，计算洪峰均值。梯级坝址的洪峰均值计算成果见表1。与水文比拟法计算成果相比，查图法计算的梯级坝址洪峰均值小于水文比拟法计算成果。

表1 吉太曲流域梯级坝址洪峰均值对比成果

坝址流域面积/km2水文比拟法查水文图集洪峰模数墨脱站察隅站洪峰均值/m3·s-1洪峰均值/m3·s-1相差/%洪峰均值/m3·s-1相差/%A545340271-203146-572B2168747667-107358-521

2.3 SCS水文模型

美国农业部水土保持局(Soil Conservation Service)研制的SCS模型，已在流域工程规划、水土保持及防洪、城市水文、土地房屋的洪水保险及无资料流域等诸多方面得到应用。SCS模型的优点是模型结构简单，参数少，且易应用于无资料地区。

西藏地区没有暴雨洪水计算手册，采用邻近《云南省暴雨洪水查算实用手册》。根据SCS产流模块推求一场降水的净雨总量，按净雨总量控制，结合《云南省暴雨洪水查算实用手册》中净雨计算参数，计算设计净雨时程分配。采用SCS汇流模块推求设计洪峰。

(1)设计暴雨计算。设计暴雨根据水文图集查算，分别采用了中国暴雨图集、西藏地区水文图集和云南省暴雨统计参数图集等值线外延计算。另外还采用了卫星遥感数据TRMM统计方法，以3 h时段降水滑动计算年最大24 h时段雨量，进行对比。经分析比较，最终选取中国暴雨图集查算成果。

(2)产流计算。产流计算公式

(1)

式中，P为降水总量，mm；S为流域可能滞留量，mm；Q为径流深(净雨总量)，mm。S一般通过引入无因次参数CN确定，S=25400/CN-254。CN是反映降水前流域特征的综合参数，与流域前期土壤湿润程度、土壤类型和土地覆盖有关。时段暴雨采用《云南省暴雨洪水查算实用手册》暴雨分区1的典型雨型和产流5区的初损水平，以SCS产流成果作总量控制均匀扣减。

表2 吉太曲流域梯级坝址设计洪水成果比较

坝址流域面积/km2方法不同频率设计洪峰/m3·s-1P=02%P=05%P=1%P=2%P=333%P=5%P=10%P=20%A坝址545水文比拟法586552525497476458426390SCS模型920819743671609565484402B坝址2168水文比拟法129012101150109010501010936858SCS模型1430128011601050949881755627

(3)汇流计算。汇流计算采用一条统一的无因次单位线来计算径流输出过程，经验公式

qp=0.208FQ/t

(2)

式中，qp为净雨25.4mm的单位线洪峰流量，m3/s；tp为峰现时间，h；tp=2tc/3tc，tc为汇流时间，tc与洪峰滞时L关系为，tc=5L/3,L/l0.8(S+25.4)0.7/7069y0.5。其中，l为主河槽长度，m；y为流域平均坡度；S同产流模块，mm。经计算，吉太曲流域梯级坝址设计洪水计算成果见表2。

3 成果比较分析

本文采用暴雨资料推求设计洪水时，没有直接采用《云南省暴雨洪水查算实用手册》中的计算方法，原因在于吉太曲流域与云南省西北部的降水特性、产汇流特性还是存在一定差异的，手册中的参数和方法不一定合适，计算中发现大频率洪水直接不产流。

三种方法计算成果进行对比分析，水文图集查算计算的洪峰均值小于水文比拟法成果；暴雨资料推求设计洪水计算成果在稀遇频率(P=0.2%、0.5%、1%)下，成果大于水文比拟法，在常遇频率情况下，成果与水文比拟法较接近。SCS模型稀遇频率(P=0.2%、0.5%)计算成果是常遇频率(P=20%)的两倍多，与区域洪水参数特性有些差异。综合分析，坝址设计洪水采用水文比拟法计算成果。

4 结 语

(1)目前，国内用于无资料地区设计洪水计算的方法主要分：流量资料推求设计洪水(数理统计法)和雨量资料推求设计洪水(水文气象法)，另外还可以采用地区经验总结而成的水文图集、手册中介绍的一些方法和经验公式。各种计算方法均有一定的适用条件和范围，主要体现在流域面积、地区划分、地形地貌、流域调蓄能力等多方面，采用时须根据流域情况与方法适用性的符合程度选取较优方案。

(2)西藏地区设计洪水分析计算常会遇上共同的难题：流域内流量实测资料和短历时暴雨资料匮乏，缺乏地区水文手册(暴雨洪水计算手册)，有些流域缺少比例合适的地形图。这种情况下，常需要借助邻近流域资料，以及地区水文图集和邻近省份的暴雨洪水计算手册，多方法分析计算。流域特征值提取方面，目前可采取其他途径加以解决，如基于DEM和ArcGIS的流域划分，还有基于ASTER GDEM和Google Earth的流域划分等。

(3)雨量资料推求设计洪水计算方法较多：推理公式法、单位线法、SCS水文模型等等，本文主要介绍了国内、外无资料地区洪水分析时较常见的SCS水文模型计算方法，SCS水文模型降雨径流关系上考虑了流域下垫面因素，加上模型结构简单，使用灵活方便。

(4)在无资料地区设计洪水计算方法的研究上，对比中、英、美三国各国都有各自比较成熟的一套方法，英国常用区域综合频率曲线分析，美国目前应用较为成熟的方法有区域回归法、区域影响法，我国一般会考虑雨量资料推求设计洪水方法来解决。因而可以考虑借鉴其他国家的方法，丰富无资料地区设计洪水问题的解决方案，择优选用。

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(责任编辑 陈 萍)

Research and Application of Design Flood Analysis Methods in Tibet Ungauged Basins

FU Qiang, ZHU Cong, LIU Jinhua, SHEN Xiaoqin, CAO Changxiang

(PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 310014, Zhejiang, China)

Tibet is one of the largest provinces in China and also is the most widely distributed area with rivers, lakes and glaciers. Due to the large scale in width and terrain, Tibet has lots of differences on hydrological and meteorological elements in different area. As the hydrological station is rare and the network density is very low in most area of Tibet, the data of measured discharge is shortage (such area is often called ungauged basin), which is the biggest challenge when calculating the design flood. Taking Jitai River as an example, the design flood is calculated by using three methods and then the results are discussed．

ungauged basin; design flood analysis; Tibet; Jitai River

2015- 12- 12

富强(1985—)，男，浙江云和人，工程师，硕士，主要从事工程水文和水利规划工作．

TV122

A

0559- 9342(2016)09- 0022- 03