四川省干五里河小流域洪水分析及预报研究

黄碧波，邓 懿，钟 波

（四川省成都水文水资源勘测局，四川 成都 611130）

1 流域概况

干五里河属长江流域岷江水系支流,总河长22 km，落差1874 m，河道平均比降5.8‰，流域面积108 km2。干五里河流经四川省崇州市三郎镇，有和平水文站控制流域面积78.7 km2。干五里河流域是典型的山区型暴涨暴落洪水特性，以暴雨洪水为主，河道调蓄能力小，坡降较陡，沿途接纳来自众多山溪洪流，汇流快，洪水持续时间短，但涨幅大，洪峰高，洪水过程呈多峰尖瘦型。灾害特征以汛期多发山洪灾害、地质灾害为主，对沿河低凹地带的乡镇及居民生命财产安全造成重大威胁。

2 水文分析计算

2.1 设计暴雨计算2.1.1 等值线法

暴雨历时分析根据流域大小和产汇流特性，确定小流域设计暴雨所需要考虑的最长暴雨历时及其典型历时。常规设计暴雨时段有10分钟、1小时、6小时、24小时4种标准历时，根据干五里河流域暴雨特征，本次暴雨历时采用前3种标准历时计算，计算暴雨的频率为5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇5种。根据《四川省暴雨等值线图集》中干五里河流域等值线分布情况，可查得小流域 4个时段（10min、1h、6 h和 24 h）暴雨量和变差系数[1]。

根据流域设计暴雨参数，分别求出10 min、1 h、6 h、24 h的面暴雨，计算结果见表1。

表1 干五里河流域设计暴雨成果表（mm）

2.1.2 P-Ⅲ频率曲线法

根据干五里河实测降雨资料，采用P-Ⅲ频率曲线进行适线得到结果，与干五里河流域和平站实测降水资料排频对比，设计频率差值见表2。

表2 干五里河流域设计暴雨成果表（mm）

由表2可知，10分钟设计暴雨的成果误差最大，依次到24 h的设计暴雨成果误差最小。

2.2 设计洪水计算

设计洪水计算包括设计暴雨计算、产流（净雨）计算、汇流计算3个环节。中小流域设计洪水计算方法采用以下两种计算方法[2]：

（2）在有实测洪水资料的地区，可采用频率适线法推求出洪水特征值（均值、变差系数CV、偏差系数CS后，计算出不同设计标准的洪峰流量、时段流量，其洪水设计过程线采用典型洪水过程放大法。

2.2.1 推理公式法

采用《四川省中小流域暴雨洪水手册》（下简称“手册”）推荐的推理公式法计算小流域的设计洪水，其公式如下：

式中：Q为最大流量（m3/s）；Ψ为洪峰径流系数；S为暴雨雨力，即最大1 h暴雨量（mm/h）；τ为流域汇流时间(h)；n为暴雨公式指数；F 为集水面积（km2）。

2.2.2 瞬时单位线法

根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中有关综合瞬时单位线的分区，结合各小流域的地理分布情况，分别确定各小流域的各类分区，按各分区的参数进行洪水分析计算。设计洪水流量过程由用综合瞬时单位线推求的设计地面径流过程再加上由稳定入渗量形成的地下径流过程和深层地下水补给的基流量组成。

2.2.3 实测资料计算法

和平水文站共有35年（1981-2015年）实测系列洪水资料，加入调查到的历史洪水资料组成一个不连续洪峰流量系列采用P—Ⅲ型理论频率曲线进行适线，目估适线法确定统计参数并推求设计值。和平水文站设计洪水成果详见表3。

夏日里，蒋海峰回老家，带水仙芝一起游双峰山，放飞心情，向山谷大声呼唤，向蓝天白云倾吐了爱意。他俩手牵着手，穿过茂密的竹林，并肩躺在青山之上。

表3 和平水文站设计洪水成果表

通过3种方法计算结果比较分析：推理公式法和综合瞬时单位线计算成果与实测均有一定的差异，其中推理公式法成果较实测值成果偏小11.9%～18.9%；综合瞬时单位线计算成果较实测值成果偏大26.7%～33.9%。以实测资料为真值，综合分析来看，小流域分析计算设计洪水时，推理公式相比瞬时单位线法计算结果更接近实测值，因此在无资料小流域建议采用暴雨洪水推理公式计算方法及成果。

3 洪水预报方案及精度评定

3.1 预报模型原理

API（前期雨量指数）是一种传统的用于流域产流预报的方法。由于方法主要针对独立的次洪水产流量计算，故称其为次洪API模型（配合单位线法预报汇流）。1969年，美国天气局西纳（Sittner）等在“用API型水文模型综合连续过程线法”一文中，将API方法与单位线法结合，发展成为一个完整地模拟降雨径流过程的流域模型，称其为连续的API流域模型。

3.2 资料选择

根据干五里河流域水情站点资料系列情况。基于API预报模型原理主要选取钻洞水文站和和平水文站36年（1981～2016年）的水文资料。

3.3 主要基础参数分析

API模型主要有4个基础参数：基流、土壤最大含水量Im、Em和K值、P-Pa-R曲线。

（1）基流：取和平水文站年最小流量多年均值作为干五里河基流值，值为0.278 m3/s。

（2）土壤最大含水量Im：选取资料时按照前期久旱不雨，突然发生大暴雨的资料，计算该流域平均雨量P及其所产生的径流深R，依据流域水量平衡方程式求得最大初损Im=70 mm。

（3）Em和K值详见表4。

表4 Em和K值

（4）P-Pa-R曲线如图1。

图1 P-Pa-R曲线

和平水文站控制流域面积78.7 km2，单位线时段长取1小时，单位线净流深 R=10 mm，单位线为：0、0.5、28.5、7、0.14、0.15、0.1、0。

3.4 预报方案成果精度评定

根据干五里河小流域前期资料统计情况，利用API模型，采用和平站1989～2009年的资料进行率定，2010年至2016年共7年的资料用于评定检验。采用API模型对2010～2016年共20次洪水样本进行评定，结果为：洪峰流量的合格率为60%，洪峰出现时间的合格率为80.0%。

4 结论及建议

利用和平水文站以上小流域设计洪水资料，采用推理公式法、综合瞬时单位线法与和平站实测洪水法进行计算，对所得成果进行比对可知，小流域分析计算设计洪水时，推理公式相比瞬时单位线法计算结果更接近实测值。干五里河流域产流预报采用API流域模型，主要参数是基流、土壤最大含水量Im、Em和K值、P-Pa-R曲线，对其进行精度评定，通过20次洪水样本确定洪峰流量的合格率为60%，洪峰出现时间的合格率为80%。

随着中小河流站点建设，建议优化合理的布置上游的雨量站点，逐步补充资料，完善预报方案，有助于实现中小河流流域的水情自动预报，为产流预报提供有效的数据监测依据。