子牙河流域洪水一致性修正研究

楊曉紅

（河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北秦皇島066000）

子牙河流域洪水一致性修正研究

楊曉紅

（河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北秦皇島066000）

以子牙河流域為主要研究對象，研究探討下墊面條件變化情況下流域產匯流變化趨勢，采用“改進的河北雨洪模型”和降雨徑流相關分析等方法，首次分析了流域下墊面條件變化引起的流域產匯流參數變化趨勢及變化幅度，提出了降雨、徑流相關水文要素的變異程度。對子牙河流域主要控制站的歷史洪水系列進行了一致性修正，并對流域及主要控制站的設計洪水成果進行修訂。

下墊面變化；人類活動影響；子牙河流域；洪水

1 流域概況

子牙河流域位于海河流域的中南部，西起太行山脈，東臨渤海，南界漳衛河，北臨大清河，橫跨山西、河北、天津三省（市），流域面積4.6萬km2。1963年大洪水后，于1965年先后開挖了滏陽新河、子牙新河等單獨入海的河道。河系上游建有5座大型水庫，13座中型水庫和44座小型水庫，總庫容41億m3。中下游建有4個主要樞紐。

子牙河流域屬溫帶大陸性季風氣候區，多年平均降水量為525m m，汛期平均降水量約占全年的78%，大暴雨多集中在7月下旬和8月上旬。如1963年內丘縣獐么站最大7日降雨量達2051m m，為全流域乃至全國的最大紀錄。又如1996年8月份的暴雨，野溝門水庫最大24h降雨量588.7m m。

2 流域典型代表區選擇與研究分期

結合子牙河流域實際情況，根據流域產匯流特點，將流域劃分為山區、丘陵區、平原區三大類型分區，并在各類型分區中選擇其流域典型代表區。

通過對典型代表站王岸站的汛期降水量和汛期天然徑流量的計算，采用降雨徑流相關法和雙累積曲線法對降雨徑流變化趨勢進行分析，結論基本一致，即1980年前、后降雨徑流關系發生較為明顯的變異現象，具體見圖1。因此，可以認為1980年為下墊面條件明顯變化的分界點，在本次研究劃分為建站以來～1979年和1980～2008年兩個時期。

圖1 王岸以上流域累積降水量與累積徑流量關系曲線

3 水文要素相關程度變異分析

采用流域典型代表區的歷史水文資料，建立其降雨～徑流關系（P+P a～R、P～P a～R），分析同樣量級降雨情況下，流域下墊面變化對產流量的影響幅度。建立W～Q m（W1日～Q m、W次～Q m）關系，分析同樣徑流量級情況下，下墊面條件變化造成洪峰流量的變化幅度。提出流域下墊面條件變化對產、匯流規律的影響以及主要水文要素相關程度的變異情況。

（1）Ma nn-K e nda l l秩次檢驗法。利用Ma nn-K e nda l l秩次檢驗方法，對王岸以上流域匯流單位線的峰值趨勢變化進行分析，得到各時間序列的統計檢驗變量U Fk和U Bk值，見圖2。圖中水平直虛線為α=0.05顯著性水平臨界值（±1.96），實線代表U Fk，虛線表示U Bk值。由圖可知，1959～2008年U Fk、U Bk曲線呈不規則的周期波動變化，但基本超出α=0.05顯著性水平臨界值，表明流域匯流單位線峰值在顯著性水平α=0.05上，變化趨勢顯著。

圖2 王岸流域單位線峰值Man n-Ke n d al l秩次檢驗方法統計變化

（2）線性滑動平均法。采用5階線性滑動平均法，對匯流單位線峰值變化情況進行分析，結果見圖3。由圖可知，單位線峰值呈不規則周期波動變化，1980年前峰值較1980年后略大。

圖3 王岸流域單位線峰值5階滑動平均曲線

（3）線性趨勢回歸分析法。采用線性趨勢回歸分析法，對王岸流域的匯流單位線峰值變化情況進行了統計，結果見圖4。由圖可知，匯流單位線峰值隨年代變化呈現減小趨勢，1959～2008年峰值下降率為每年4.15 m3/s。

通過以上分析，三種分析方法得出的結論基本一致：受流域下墊面變化影響，流域匯流單位線峰值隨年代的變化呈下降趨勢。

圖4 王岸流域單位線峰值變化趨勢

4 山丘區洪水系列一致性修正

采用子牙河流域山丘區流域典型代表區的歷史水文資料系列，建立降雨～產流量相關關系和洪量～洪峰相關關系，并分別對其精度和可靠性進行評定，探討并確定子牙河流域山丘區洪水系列一致性修正的經驗相關法。采用子牙河流域山丘區典型代表區的歷史水文資料系列，利用改進的河北雨洪模型及新安江—海河流域水文模型對歷史暴雨洪水進行模擬分析，并分別對其模擬精度和可靠性進行評定，探討并確定子牙河流域山丘區洪水系列一致性修正的模型方法，具體見圖5～8。

圖5 平山以上流域1956年洪水單位線模擬分析成果圖

圖6 平山以上流域1963年洪水單位線模擬分析成果圖

圖7 朱莊水庫以上流域1956年洪水單位線模擬分析成果圖

圖8 朱莊水庫以上流域1963年洪水單位線模擬分析成果圖

通過對平山、朱莊以上流域代表性暴雨洪水分析，采用流域匯流單位線法對洪峰的修正成果與模型模擬法的修正成果基本一致，說明流域匯流單位線法對大洪水洪峰修正精度是令人滿意的。

5 主要控制站洪水系列一致性修正

分別采用模型模擬和經驗相關分析兩種方法，對子牙河流域主要控制站的洪水進行一致性修正，以便兩種成果相互佐證，提高成果的可信度。

采用改進的河北雨洪模型和平原區超滲蓄滿產流模型進行洪水（澇水）系列一致性修正。

采用降雨徑流相關法對各主要水文控制站以上流域的洪水進行綜合分析，并根據分析成果，提出相同降雨情況下，因流域下墊面變化引起的流域產流量（洪水）及洪峰流量的減少幅度和變化趨勢，從而對各主要控制站的洪水系列進行一致性修正。

（1）統計方法修正舉例

據計算的臨城以上流域降雨徑流相關因素，以P+P a為縱坐標，以R為橫坐標，在同一張圖上分別點繪不同時期的P+P a～R相關點據，并根據點據分布趨勢分別建立1980年前、后相應的P+ P a～R相關關系，詳見圖9所示。

圖9 臨城水庫以上流域1980年前后降雨徑流相關圖

根據《水文情報預報規范》SL 250-2000規范標準，對臨城水庫以上流域不同時期的P+pa～R相關關系進行精度評定。經評定，臨城水庫以上流域1980年前19次洪水，合格場次15場，合格率為78.9%，1980年后23次洪水，合格場次18場，合格率為78.2%。

假定不同的P+P a值，分別查算其1980年前和1980年后相應的產流量及變化幅度，詳見表1。

表1 臨城水庫以上流域降雨產流及變化幅度計算成果單位：m m

根據上表數據，點繪臨城水庫以上流域的P+ P a值與產流量減少幅度相關圖，如圖10所示。

根據計算的臨城以上流域1980年以前的P+ P a值，查臨城以上流域P+P a值與產流量減少幅度相關圖，求得各場次洪水的修正幅度。然后，將1980年前各場次的實測洪水（徑流深）乘以（1—修正幅度），即可求得該場次洪水（徑流深）的修正成果，中、小水洪峰流量修正采用峰量同倍比法，大水采用經驗單位線法。

（2）模型方法修正舉例

采用臨城水庫以上流域1956～2008年的所有暴雨洪水的水文資料系列，分1956～1979年、1980～2008年兩個時期，按最大3日洪量系列進行頻率分析，然后按照3日洪量的大小進行分級。采用改進的河北雨洪模型，分別對臨城水庫以上流域的1980年以后大、中、小洪水系列進行洪水模擬，模擬成果見表2。

圖10 臨城水庫以上流域P+P a值與產流量變化幅度相關圖

6 結論

采用模型模擬及降雨徑流經驗相關兩種方法，對子牙河流域主要水文控制站的1980年以前的洪水系列分別進行了一致性修正。修正成果表明，受流域下墊面條件變化影響，在同樣降雨情況下，子牙河流域流域產生的洪水均呈減小趨勢。

對子牙河流域山丘區來講，大洪水的平均修正幅度一般在10%以內，中等洪水的平均修正幅度一般在10%～50%之間，小洪水的平均修正幅度一般在50%～80%之間。經初步分析，流域下墊面條件變化對洪水影響存在以下基本趨勢，對于同一流域，在相同降雨量情況下，洪水減小的幅度與洪水的量級成反比，即洪水的量級越大，減小的幅度越小；在相同降雨量級情況下，洪水減小的幅度與流域面積也有一定關系，一般流域面積越大，減小幅度越大；在相同降雨量級和流域面積相近的情況下，平原區洪水減少的幅度最大，丘陵區次之，山區減少的幅度最小。

表2 臨城水庫以上流域洪水系列修正成果單位：洪量，億m3；洪峰，m3/s；幅度，%

T V 122

：B

：1672-2469（2015）09-0028-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.010

科技項目：水利部公益性行業科研專項（200901029）“下墊面變化條件下設計洪水修訂技術研究”的子課題之一。

楊曉紅（1968—），女，高級工程師。