无资料地区设计洪水计算成果合理性探析

贺成民

（1.陕西省水文水资源勘测局，陕西西安710000；2.河海大学水文水资源学院，江苏南京210098）

无资料地区设计洪水计算成果合理性探析

贺成民1,2

（1.陕西省水文水资源勘测局，陕西西安710000；2.河海大学水文水资源学院，江苏南京210098）

无资料地区设计洪水计算，由于缺乏水文实测资料，往往成果准确性难以保证。以蓝田县汤峪河流域为例，通过对小流域典型设计洪水流量推求，采用地区经验公式、推理公式等传统计算方法和基于高精度的DEM的分布式水文模型计算方法，对计算成果进行相互对比、与设计流域已有成果和相似流域进行对比、与新方法计算结果进行对比，综合分析其合理性。进而对无资料地区设计洪水计算成果合理性分析及新方法未来发展领域进行探析。

设计洪水；计算方法；分布式水文模型；合理分析

1 流域概况描述

汤峪河是浐河左岸一级支流灞河二级支流，发源于蓝田县汤峪镇月亮山东北1.5 km秦岭主脊，水系呈羽状分布，西北向流至斗井沟口，先后汇入水层沟、铁冠沟、刘家沟诸水，至东沟口北流，再先后汇入半截沟、黄毛沟、南沟、野猪窝、野猪砭、小蒜沟、党家沟女桥沟、吴家沟、齐家沟诸水后至汤峪口，北流10 km至长安区魏寨街道办白庙村西与岱峪河汇合，于长安区魏寨街道办李家窑村汇入浐河。

汤峪河流域地处秦岭中低山区，山高路窄，流域面积101.1km2，河长32.7 km，河道平均比降3%，流域平均高程1297 m，平均坡度0.28，河网密度为2.1km/km2。流域内有水库一处-汤峪水库，水库坝址以上流域面积80 km2。

2 典型频率设计洪水计算

2.1 推理公式法洪峰流量计算

（4）推求洪峰流量。

在同一坐标内绘制Qm～τ与Qm～t曲线，两线相交点的流量即为所求的洪峰流量。

2.2 经验公式法洪峰流量计算

采用《水文手册》提供的计算洪峰流量经验公式[2]计算：

式中：Qmp为设计频率为P的洪水流量(m3/s)；Cp为设计频率为P的经验系数；n为设计频率为P的经验指数；F为河流流域面积（km2）。

公式中的参、指数Cp、n值，从《水文手册》中查得。

2.3 水文比拟法

根据计算流域与参证流域的自然地理条件基本一致，同属于一个水文气象分区，水汽来源和下垫面条件基本相同，且面积之差不超多20%，故采用水文比拟法计算，选用计算公式如下：

式中：Q设计、Q参证分别为设计流域和参证站设计洪峰流量(m3/s)；F设计、F参证分别为设计流域和参证站流域面积（km2）。

2.4 分布式水文模型法

根据蓝田汤峪河流域面积大小，按单个流域选型。即：在建模试算过程中，认为除降雨空间分布均匀以外，流域下垫面特性空间分布也是均匀的，作为一个计算单元处理，采用的模型选择单位线+稳定下渗率模式：将试算时的降雨过程减去稳定下渗后得到净雨过程，然后代入单位线进行汇流计算，计算洪水过程。

计算成果汇总表

3 成果合理性分析论述

3.1 多方法计算成果相互对比

经验公式的实质是地区综合的一种表现形式，是综合了地区实测资料基础上建立的关系方程式，其计算过程简便，使用的参数相对较少，且易于获取。推理公式是一种成因推理的方法，从等流时线的概念出发,可从线性汇流推导出来，且有明确的物理概念，理论上更为严谨，是历来小流域由暴雨推求洪峰流量的一种常见方法。水文比拟法是对相似相邻流域长系列水文观测资料，采用比拟的思想通过修正计算到设计流域的一种方法。分布式水文模型是基于高精度DEM数据的水文模型[3]，是引用的新方法，其成果可靠性有待考证。综上四种方法并结合计算成果，可以看出地区经验公式法、水文比拟法和推理公式法三种方法计算结果相差不大，结合工程需要，从安全角度考虑，推荐使用合理成果，分布式水文模型计算成果值偏高供参考，其合理性有待进一步研究。

3.2 与已有设计成果资料对比

通过汤峪水库坝址20年一遇设计洪水成果[4]（来自汤峪水库设计资料）进行对比，设计流域推理公式法、经验公式法、水文比拟法计算成果与已有成果相差不大。从而佐证计算成果的相对合理性。

3.3 与相似相邻流域对比

用与汤峪河流域相邻相似的大峪河流域相比，大峪河流域建有大峪水文站，通过分析大峪水文站建站以来13个年份（1955、1957、1964、1965、1966、1981、1983、1987、1989、2002、2003、2005、2009）的13场洪水和其历史最大洪水可以看出，大峪水文站历史最大洪水发生在1957年7月18日，其不同重现期洪峰流量见下表，预估汤峪河历史最大流量不会太大。

汤峪水库20年一遇设计洪水成果

大峪水文站历史最大洪量

3.4 与新方法、新理论成果对比

在无资料地区计算时，本着采用多种方法综合分析、相互验证的水文分析原则[5]，大胆的尝试应用新的计算方法，首先要研究国内外小流域设计洪水计算方法，对SWAT、TOPMODEL、HEC-HMS、SHE等分布式或半分布式水文模型进行对比研究[6]，从中筛选出比较合适的小流域洪水计算模型应用于工程实践计算中，并与传统方法计算成果进行对比，合理确定成果。

4 结语

（1）对于无资料地区设计洪水计算方法总的来说应遵循“多种途径、多种方法、综合分析、合理选用”基本思路。这其中综合合理性分析尤为重要，水文行业人常说水文计算“三分计算、七分分析”。对于解决同一问题，往往采用多种途径和多种方法计算的成果进行比较，起到相互参照、相互验证、相辅相成的作用，最后经过综合分析，判断所选定的成果是否合理。

（2）对于无资料地区设计洪水计算的新理论、新方法、新技术的研究和探讨应进一步加强，小流域水文研究要从传统的计算手段向数字水文模型、分布式水文模型发展,应用和推广分布式或半分布式水文模型等新理论、新方法、新技术在小流域设计洪水计算是流域水文模型发展的方向之一，也是为无资料地区水文计算另辟行径。

[1]戴荣，王正发.资料匮乏地区中小流域设计洪水计算方法的研究[J].西北水电，2012

[2]陕西省水利厅.陕西省中小流域设计暴雨洪水图集[R].1985

[3]郭良，唐学哲，孔凡哲.基于分布式水文模型的山洪预警预报系统研究及应用[J].中国水利，2007（14）：38-39

[4]西安市水务局.西安市蓝田县汤峪水库除险加固工程设计报告[R]. 2001

[5]王国安，李文家.水文设计成果合理性评价[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

贺成民（1985-），男，汉族，陕西定边人，助理工程师，主要从事水文水资源及山洪灾害相关工作。