界河出山口设计洪水计算方法探讨

周婷婷

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

0.引言

界河流域位于保定市主城区西侧的太行山迎风区。1963年8月7日，司仓站日雨量达704m，为“63.8”降雨过程的一暴雨中心[3]。该流域内无水文测站，仅有部分雨量站。界河设计洪水计算一般需要由暴雨途径推求，利用推理公式法及单位线法进行分析。水文模型是水文计算时的一个重要方法，为无水文测站的地区设计洪水计算开辟了新领域。为了复核界河传统设计洪水计算方法的精度，本文利用历史洪水调查资料和HEC-HMS模型对设计洪水成果进行了佐证分析。

1.流域概况

界河地处太行山北段东麓，是大清河流域南支的一条主要支流。京广铁路桥以上称界河，铁路桥以下称龙泉河，再至南林水以下称清水河。界河发源于易县东白银洼，流经易县、涞源、顺平、满城，在顺平县辛兴与蒲阳河汇合，向下游至京广铁路桥又有七节河、曲逆河、运粮河汇入。界河出山口以上控制流域面积324km2，河长62.5km，纵坡7.65‰。

2.设计洪水计算

2.1 传统方法

界河出山口断面以上控制流域面积为324km2，接近《河北省中小流域设计暴雨洪水图集》中推理公式适用范围上限300km2，故其设计洪水由暴雨途径同时采用推理公式法及单位线法推求。流域位于太行山迎风北区，产流计算中的平均后损值根据图集取1.5，平均净雨强度I的临界值取40mm/h。推理公式法和单位线法成果见表2。

2.2 HEC-HMS法

为了复核界河传统设计洪水计算方法的精度，本次利用美国陆军工程兵团水文工程中心开发的HEC-HMS模型进行水文分析。首先，利用DEM自动提取流域水系结构（如图1），包括：对DEM数据进行洼地处理、自动提取地表水流方向、水流累积计算、河网的生成、流域边界的提取。其次，构建HEC-HMS模型（如图2），界河出山口以上流域共划分为3个子流域和3段河段，并在流域出口设置出口节点。最后，对产汇流进行模拟计算。产流模块采用初损稳渗法，径流计算模块采用Snyder单位线，基流计算采用衰减法，河道汇流采用马斯京根法。气象模块采用本流域雨量站不同频率实测降雨数据，降水时长为3d，时间步长为5min。成果如表2。

图1 界河出山口以上流域DEM数据模型图

图2 界河出山口以上子流域划分图

2.3 洪水调查资料法

（1）洪水调查资料。据河北省水利厅1984年刊印的《洪水调查资料》，在界河出山口上游的石井村（F=262km2）曾调查到1892年、1929年、1939年和1952年4场较大洪水，洪峰流量分别为2700m3/s、1880m3/s、1160m3/s和700m3/s。1917年洪水与1939年接近；1963年推算石井村洪峰为1850m3/s；调查1989年洪峰流量为790m3/s。

（2）重现期分析。根据河北省水利厅1984年刊印的《洪水调查资料》，对石井村6次较大洪水进行重现期考证分析。1892年洪水考证期自1801年以来排第一位；其余洪水考证期均自1917年开始，1929年和1963年洪峰流量很接近，排为1917年以来的第一位或第二位.考证期成果如表1。

表1 界河石井村河段调查洪水重现期成果表

（3）频率分析。对上述调查洪水采用P-Ⅲ型曲线进行排频，估算石井村的设计洪峰流量，并按面积比n=0.6推算至界河出山口，成果见表2。

表2 界河出山口设计洪水成果表

3.结论及建议

（1）表2可知，界河出山口断面推理公式法成果略大于单位线法成果，主要原因是界河流域形状呈窄长形，使得计算的参数ω超过公式允许的最小值所致。HEC-HMS模型成果相较于推理公式成果相差不大，20～100年的洪峰流量相差在10%以内。利用洪水调查资料估算成果相较于推理公式成果也相差不大，均在10%以内。（2）界河出山口现目前采用的成果20年一遇1030m3/s，100年成果为2362m3/s。三种方法计算成果均低于或接近原成果。分析其原因是本次传统方法计算中设计暴雨采用的是2004年刊印的《河北省设计暴雨图集》，实测系列至2000年，系列较原系列增加了20年；HEC-HMS模型中设计暴雨的实测系列延长至2018年。20世纪80年代以来界河流域降雨量呈明显递减趋势，设计洪水成果变化与降雨量变化是一致的，成果是合理的。（3）推理公式法和单位线法的成果相近，且与HEC-HMS模型和利用洪水调查资料估算成果基本是协调的。因此，利用传统方法计算的设计洪水成果是可靠的。考虑到HEC-HMS模型在本流域的运用尚不成熟，受洪水调查资料的限制，为了保持设计洪水的一致性及工程的延续性，界河流域设计洪水仍推荐采用传统方法计算。