湖北省中小流域由實測暴雨推求設計洪水方法的探討

楊光勝 黃 攀 聶正權

（湖北省隨州市水文水資源勘測局，湖北隨州 441300）

0.引言

近年來，湖北省水利工程建設項目眾多，在前期規劃設計階段，都會根據流域水文資料情況及有關條款規定，選取不同方法進行設計洪水計算。

湖北省中小河流雖然于2011 年后相繼設立水文站，但絕大多數中小型建設項目所在河流流量資料歸檔時間較短，無法直接采用頻率分析法計算設計洪水，因此，先采用頻率分析法計算設計暴雨，再由設計暴雨計算設計洪水仍是主要途徑。即首先根據建設項目所在流域或附近點暴雨資料推求面設計暴雨，再采用產匯流方案計算相應的設計洪水。這種方法對無流量資料地區的設計洪水計算起到較大的作用。但是，隨著基本雨量資料的累積和科技的進步，其方法本身存在的一系列問題需進行必要的探討。

1.設計暴雨推求設計洪水

1.1 設計暴雨與設計洪水同頻率問題

設計暴雨計算應包括指定標準的暴雨設計量和暴雨的時空分配，其主要內容有設計點雨量、設計面雨量、設計暴雨的時程分配等。要想準確計算某一點的指定標準的暴雨量是容易的，但要計算某一標準的暴雨的時空分布卻較困難。

現行計算方法是基于設計暴雨與設計洪水是同頻率的假定。洪水的形成不僅與暴雨的量級有關，還與暴雨的時空分布、前期影響雨量、下墊面條件等有關，某一設計頻率的洪水，可以由若干時空分布條件不同的暴雨所形成，現實中設計暴雨與設計洪水是不同頻率的。

1.2 設計面暴雨量的頻率計算問題

設計面暴雨量的頻率計算可分為直接計算法與間接計算法兩種。對于缺乏資料的地區，一般采用間接計算法，即利用設計點暴雨量通過點面關系轉換成設計面暴雨量。理論上暴雨點面折算關系應為某點與具有固定流域邊界的面平均雨深的關系，即符合設計要求的“定點定面”關系。在現行計算中一般采用以點雨量頻率及動點動面關系間接計算，這樣存在著以下3 個問題：（1）點雨量頻率曲線的經驗點據，一般不是暴雨中心雨量；（2）由于點與面經常處于暴雨的非中心部分，采用暴雨中心點面折算系數偏??；（3）現行方法計算的只是某種設計標準點雨量的相應同次面雨量，而不是同頻率設計面雨量，動點動面關系不能正確反映同頻率關系。

1.3 設計暴雨、產流和匯流參數合理性問題

目前，我省中小流域設計洪水計算基本上都是采用湖北省水利勘測設計院1982 年編制的《暴雨徑流查算圖表》（以下簡稱《圖表》）中的瞬時單位線法和推理公式法，附有《湖北省暴雨參數等值線圖》和計算設計洪水所用的各種產匯流參數。即使新版的《湖北省暴雨參數等值線圖》（2008 年，湖北省水文水資源局）也是根據2000 年以前暴雨資料進行的分析更新，至今已有20 多年，期間發生了多場創紀錄暴雨，如2012 年8 月鄂西北特大暴雨，最大24h 暴雨量創我省歷史記錄；2016 年7 月沙洋特大暴雨，幾個短歷時暴雨量超我省歷史記錄；2020 年7 月建始縣城關和2021 年8 月隨縣柳林鎮極端強降水均刷新了當地多個短歷時最大暴雨量歷史記錄等。這些局部發生新的暴雨特大值在一定程度上改寫了區域短歷時降雨量等值線圖。

同時，《圖表》中各產流、匯流參數是有限的站網在有限時間內收集的資料基礎上進行的綜合，新的暴雨記錄出現后沒有及時刷新等值線圖等，勢必導致設計暴雨與實際情況出現較大的誤差。

2.實測暴雨推求設計洪水方法

為避免雨洪同頻率的假定，針對我省中小河流水文資料的實際情況，探討由實測暴雨推求設計洪水的方法。即由歷年實測暴雨通過產匯流計算洪水，按照由流量資料推求洪水的方法計算設計洪水。

3.應用分析

現以解家河水文站以上三里崗、尚家店、羅河、解家河4 個雨量站收集的長系列水文資料，按上述方法計算設計洪水，并與解家河水文站實測洪峰流量資料推求設計洪水值比較。

解家河水文站于1956 年5 月由湖北省水利廳設立，2008 年上遷4.5km 至均川鎮區，集水面積425km2，斷面以上河長62.2km，為均川河的控制站。均川河為府河右岸一級支流，流域面積433km2，河道坡度1.9‰，流域內自1957 年相繼設有三里崗、尚家店、羅河雨量站。均川河流域屬亞熱帶季風氣候區，森林植被良好，雨量豐沛，年降水量約1000mm。暴雨一般集中在7 ～9 月，洪水由暴雨形成，以7 ～9 月發生的機會較多。均川屬山溪性河流，坡陡流急，洪水傳播迅速，一般一次洪峰歷時2 ～3 天，流量過程線呈陡漲落緩的偏態型，產流方式符合蓄滿產流，其蓄水容量曲線線型為拋物線。

根據區域雨洪資料及流域特征值資料分析，模型的產、匯流參數為：b=0.4；Wm=120mm；fc=4.5mm/6h ；n=2.7；k=4.0。解家河站以上流域面積較小，地下及基流占徑流總量的比重較小，本次分析不考慮。

根據以上參數及解家河以上雨量站歷年降雨資料進行產流計算，然后用納希瞬時單位線進行地面匯流計算，以計算的歷年洪峰流量系列與1954 年調查洪水（經論證，重現期為166 年）組成不連續系列計算經驗頻率，然后采用皮爾遜II1 型曲線擬合如圖1 所示，設計洪水值Qp如表1 所示。

圖1 解家河站計算值頻率曲線

表1 解家河站各種方法推求設計洪水洪峰流量成果表

再將解家河站實測的1971—2007 年37 年最大洪峰流量樣本與1954 年調查洪水（經論證，重現期為166年）組成不連續系列，皮爾遜II1 型曲線擬合如圖2 所示，設計洪水值Qp如表1 所示。

圖2 解家河站實測值頻率曲線

4.結語

（1）本計算方法能夠讓調查歷史洪水和近年發生的最新暴雨資料參加統計計算，并能對實測系列中的特大值進行處理，起到延長實測資料系列，提高洪水系列代表性，減少頻率分析的抽樣誤差，從而提高頻率計算成果的穩定性和合理性，在一定程度上能夠提高設計洪水精度。

（2）濕潤地區中的小河流，當流域內雨量站點分布均勻、產匯流參數具有代表性、可靠性時，使用本方法推求設計洪水能夠克服實際中雨洪不同頻問題。