四川省干五里河小流域洪水分析及預報研究

黃碧波，鄧 懿，鐘 波

（四川省成都水文水資源勘測局，四川 成都 611130）

1 流域概況

干五里河屬長江流域岷江水系支流,總河長22 km，落差1874 m，河道平均比降5.8‰，流域面積108 km2。干五里河流經四川省崇州市三郎鎮，有和平水文站控制流域面積78.7 km2。干五里河流域是典型的山區型暴漲暴落洪水特性，以暴雨洪水為主，河道調蓄能力小，坡降較陡，沿途接納來自眾多山溪洪流，匯流快，洪水持續時間短，但漲幅大，洪峰高，洪水過程呈多峰尖瘦型。災害特征以汛期多發山洪災害、地質災害為主，對沿河低凹地帶的鄉鎮及居民生命財產安全造成重大威脅。

2 水文分析計算

2.1 設計暴雨計算2.1.1 等值線法

暴雨歷時分析根據流域大小和產匯流特性，確定小流域設計暴雨所需要考慮的最長暴雨歷時及其典型歷時。常規設計暴雨時段有10分鐘、1小時、6小時、24小時4種標準歷時，根據干五里河流域暴雨特征，本次暴雨歷時采用前3種標準歷時計算，計算暴雨的頻率為5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇5種。根據《四川省暴雨等值線圖集》中干五里河流域等值線分布情況，可查得小流域 4個時段（10min、1h、6 h和 24 h）暴雨量和變差系數[1]。

根據流域設計暴雨參數，分別求出10 min、1 h、6 h、24 h的面暴雨，計算結果見表1。

表1 干五里河流域設計暴雨成果表（mm）

2.1.2 P-Ⅲ頻率曲線法

根據干五里河實測降雨資料，采用P-Ⅲ頻率曲線進行適線得到結果，與干五里河流域和平站實測降水資料排頻對比，設計頻率差值見表2。

表2 干五里河流域設計暴雨成果表（mm）

由表2可知，10分鐘設計暴雨的成果誤差最大，依次到24 h的設計暴雨成果誤差最小。

2.2 設計洪水計算

設計洪水計算包括設計暴雨計算、產流（凈雨）計算、匯流計算3個環節。中小流域設計洪水計算方法采用以下兩種計算方法[2]：

（2）在有實測洪水資料的地區，可采用頻率適線法推求出洪水特征值（均值、變差系數CV、偏差系數CS后，計算出不同設計標準的洪峰流量、時段流量，其洪水設計過程線采用典型洪水過程放大法。

2.2.1 推理公式法

采用《四川省中小流域暴雨洪水手冊》（下簡稱“手冊”）推薦的推理公式法計算小流域的設計洪水，其公式如下：

式中：Q為最大流量（m3/s）；Ψ為洪峰徑流系數；S為暴雨雨力，即最大1 h暴雨量（mm/h）；τ為流域匯流時間(h)；n為暴雨公式指數；F 為集水面積（km2）。

2.2.2 瞬時單位線法

根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》中有關綜合瞬時單位線的分區，結合各小流域的地理分布情況，分別確定各小流域的各類分區，按各分區的參數進行洪水分析計算。設計洪水流量過程由用綜合瞬時單位線推求的設計地面徑流過程再加上由穩定入滲量形成的地下徑流過程和深層地下水補給的基流量組成。

2.2.3 實測資料計算法

和平水文站共有35年（1981-2015年）實測系列洪水資料，加入調查到的歷史洪水資料組成一個不連續洪峰流量系列采用P—Ⅲ型理論頻率曲線進行適線，目估適線法確定統計參數并推求設計值。和平水文站設計洪水成果詳見表3。

夏日里，蔣海峰回老家，帶水仙芝一起游雙峰山，放飛心情，向山谷大聲呼喚，向藍天白云傾吐了愛意。他倆手牽著手，穿過茂密的竹林，并肩躺在青山之上。

表3 和平水文站設計洪水成果表

通過3種方法計算結果比較分析：推理公式法和綜合瞬時單位線計算成果與實測均有一定的差異，其中推理公式法成果較實測值成果偏小11.9%～18.9%；綜合瞬時單位線計算成果較實測值成果偏大26.7%～33.9%。以實測資料為真值，綜合分析來看，小流域分析計算設計洪水時，推理公式相比瞬時單位線法計算結果更接近實測值，因此在無資料小流域建議采用暴雨洪水推理公式計算方法及成果。

3 洪水預報方案及精度評定

3.1 預報模型原理

API（前期雨量指數）是一種傳統的用于流域產流預報的方法。由于方法主要針對獨立的次洪水產流量計算，故稱其為次洪API模型（配合單位線法預報匯流）。1969年，美國天氣局西納（Sittner）等在“用API型水文模型綜合連續過程線法”一文中，將API方法與單位線法結合，發展成為一個完整地模擬降雨徑流過程的流域模型，稱其為連續的API流域模型。

3.2 資料選擇

根據干五里河流域水情站點資料系列情況。基于API預報模型原理主要選取鉆洞水文站和和平水文站36年（1981～2016年）的水文資料。

3.3 主要基礎參數分析

API模型主要有4個基礎參數：基流、土壤最大含水量Im、Em和K值、P-Pa-R曲線。

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

（2）土壤最大含水量Im：選取資料時按照前期久旱不雨，突然發生大暴雨的資料，計算該流域平均雨量P及其所產生的徑流深R，依據流域水量平衡方程式求得最大初損Im=70 mm。

（3）Em和K值詳見表4。

表4 Em和K值

（4）P-Pa-R曲線如圖1。

圖1 P-Pa-R曲線

和平水文站控制流域面積78.7 km2，單位線時段長取1小時，單位線凈流深 R=10 mm，單位線為：0、0.5、28.5、7、0.14、0.15、0.1、0。

3.4 預報方案成果精度評定

根據干五里河小流域前期資料統計情況，利用API模型，采用和平站1989～2009年的資料進行率定，2010年至2016年共7年的資料用于評定檢驗。采用API模型對2010～2016年共20次洪水樣本進行評定，結果為：洪峰流量的合格率為60%，洪峰出現時間的合格率為80.0%。

4 結論及建議

利用和平水文站以上小流域設計洪水資料，采用推理公式法、綜合瞬時單位線法與和平站實測洪水法進行計算，對所得成果進行比對可知，小流域分析計算設計洪水時，推理公式相比瞬時單位線法計算結果更接近實測值。干五里河流域產流預報采用API流域模型，主要參數是基流、土壤最大含水量Im、Em和K值、P-Pa-R曲線，對其進行精度評定，通過20次洪水樣本確定洪峰流量的合格率為60%，洪峰出現時間的合格率為80%。

隨著中小河流站點建設，建議優化合理的布置上游的雨量站點，逐步補充資料，完善預報方案，有助于實現中小河流流域的水情自動預報，為產流預報提供有效的數據監測依據。