楊曉紅

（河北省秦皇島水文水資源勘測(cè)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(cè)局，河北秦皇島066000）

以子牙河流域?yàn)橹饕芯繉?duì)象，研究探討下墊面條件變化情況下流域產(chǎn)匯流變化趨勢(shì)，采用“改進(jìn)的河北雨洪模型”和降雨徑流相關(guān)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(chǎn)匯流參數(shù)變化趨勢(shì)及變化幅度，提出了降雨、徑流相關(guān)水文要素的變異程度。對(duì)子牙河流域主要控制站的歷史洪水系列進(jìn)行了一致性修正，并對(duì)流域及主要控制站的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行修訂。

下墊面變化；人類活動(dòng)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(wèi)河，北臨大清河，橫跨山西、河北、天津三?。ㄊ校饔蛎娣e4.6萬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(dú)入海的河道。河系上游建有5座大型水庫(kù)，13座中型水庫(kù)和44座小型水庫(kù)，總庫(kù)容41億m3。中下游建有4個(gè)主要樞紐。

子牙河流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，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(nèi)丘縣獐么站最大7日降雨量達(dá)2051m m，為全流域乃至全國(guó)的最大紀(jì)錄。又如1996年8月份的暴雨，野溝門水庫(kù)最大24h降雨量588.7m m。

2 流域典型代表區(qū)選擇與研究分期

結(jié)合子牙河流域?qū)嶋H情況，根據(jù)流域產(chǎn)匯流特點(diǎn)，將流域劃分為山區(qū)、丘陵區(qū)、平原區(qū)三大類型分區(qū)，并在各類型分區(qū)中選擇其流域典型代表區(qū)。

通過對(duì)典型代表站王岸站的汛期降水量和汛期天然徑流量的計(jì)算，采用降雨徑流相關(guān)法和雙累積曲線法對(duì)降雨徑流變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)論基本一致，即1980年前、后降雨徑流關(guān)系發(fā)生較為明顯的變異現(xiàn)象，具體見圖1。因此，可以認(rèn)為1980年為下墊面條件明顯變化的分界點(diǎn)，在本次研究劃分為建站以來～1979年和1980～2008年兩個(gè)時(shí)期。

圖1 王岸以上流域累積降水量與累積徑流量關(guān)系曲線

3 水文要素相關(guān)程度變異分析

采用流域典型代表區(qū)的歷史水文資料，建立其降雨～徑流關(guān)系（P+P a～R、P～P a～R），分析同樣量級(jí)降雨情況下，流域下墊面變化對(duì)產(chǎn)流量的影響幅度。建立W～Q m（W1日～Q m、W次～Q m）關(guān)系，分析同樣徑流量級(jí)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(duì)產(chǎn)、匯流規(guī)律的影響以及主要水文要素相關(guān)程度的變異情況。

（1）Ma nn-K e nda l l秩次檢驗(yàn)法。利用Ma nn-K e nda l l秩次檢驗(yàn)方法，對(duì)王岸以上流域匯流單位線的峰值趨勢(shì)變化進(jìn)行分析，得到各時(shí)間序列的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)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(shí)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(guī)則的周期波動(dòng)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(shì)顯著。

圖2 王岸流域單位線峰值Man n-Ke n d al l秩次檢驗(yàn)方法統(tǒng)計(jì)變化

（2）線性滑動(dòng)平均法。采用5階線性滑動(dòng)平均法，對(duì)匯流單位線峰值變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果見圖3。由圖可知，單位線峰值呈不規(guī)則周期波動(dòng)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(dòng)平均曲線

（3）線性趨勢(shì)回歸分析法。采用線性趨勢(shì)回歸分析法，對(duì)王岸流域的匯流單位線峰值變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖4。由圖可知，匯流單位線峰值隨年代變化呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，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(jié)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(shì)。

圖4 王岸流域單位線峰值變化趨勢(shì)

4 山丘區(qū)洪水系列一致性修正

采用子牙河流域山丘區(qū)流域典型代表區(qū)的歷史水文資料系列，建立降雨～產(chǎn)流量相關(guān)關(guān)系和洪量～洪峰相關(guān)關(guān)系，并分別對(duì)其精度和可靠性進(jìn)行評(píng)定，探討并確定子牙河流域山丘區(qū)洪水系列一致性修正的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)法。采用子牙河流域山丘區(qū)典型代表區(qū)的歷史水文資料系列，利用改進(jìn)的河北雨洪模型及新安江—海河流域水文模型對(duì)歷史暴雨洪水進(jìn)行模擬分析，并分別對(duì)其模擬精度和可靠性進(jìn)行評(píng)定，探討并確定子牙河流域山丘區(qū)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(kù)以上流域1956年洪水單位線模擬分析成果圖

圖8 朱莊水庫(kù)以上流域1963年洪水單位線模擬分析成果圖

通過對(duì)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(duì)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(duì)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(jīng)驗(yàn)相關(guān)分析兩種方法，對(duì)子牙河流域主要控制站的洪水進(jìn)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(jìn)的河北雨洪模型和平原區(qū)超滲蓄滿產(chǎn)流模型進(jìn)行洪水（澇水）系列一致性修正。

采用降雨徑流相關(guān)法對(duì)各主要水文控制站以上流域的洪水進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)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(chǎn)流量（洪水）及洪峰流量的減少幅度和變化趨勢(shì)，從而對(duì)各主要控制站的洪水系列進(jìn)行一致性修正。

（1）統(tǒng)計(jì)方法修正舉例

據(jù)計(jì)算的臨城以上流域降雨徑流相關(guān)因素，以P+P a為縱坐標(biāo)，以R為橫坐標(biāo)，在同一張圖上分別點(diǎn)繪不同時(shí)期的P+P a～R相關(guān)點(diǎn)據(jù)，并根據(jù)點(diǎn)據(jù)分布趨勢(shì)分別建立1980年前、后相應(yīng)的P+ P a～R相關(guān)關(guān)系，詳見圖9所示。

圖9 臨城水庫(kù)以上流域1980年前后降雨徑流相關(guān)圖

根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》SL 250-2000規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)臨城水庫(kù)以上流域不同時(shí)期的P+pa～R相關(guān)關(guān)系進(jìn)行精度評(píng)定。經(jīng)評(píng)定，臨城水庫(kù)以上流域1980年前19次洪水，合格場(chǎng)次15場(chǎng)，合格率為78.9%，1980年后23次洪水，合格場(chǎng)次18場(chǎng)，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(yīng)的產(chǎn)流量及變化幅度，詳見表1。

表1 臨城水庫(kù)以上流域降雨產(chǎn)流及變化幅度計(jì)算成果單位：m m

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，點(diǎn)繪臨城水庫(kù)以上流域的P+ P a值與產(chǎn)流量減少幅度相關(guān)圖，如圖10所示。

根據(jù)計(jì)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(chǎn)流量減少幅度相關(guān)圖，求得各場(chǎng)次洪水的修正幅度。然后，將1980年前各場(chǎng)次的實(shí)測(cè)洪水（徑流深）乘以（1—修正幅度），即可求得該場(chǎng)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(jīng)驗(yàn)單位線法。

（2）模型方法修正舉例

采用臨城水庫(kù)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(gè)時(shí)期，按最大3日洪量系列進(jìn)行頻率分析，然后按照3日洪量的大小進(jìn)行分級(jí)。采用改進(jìn)的河北雨洪模型，分別對(duì)臨城水庫(kù)以上流域的1980年以后大、中、小洪水系列進(jìn)行洪水模擬，模擬成果見表2。

圖10 臨城水庫(kù)以上流域P+P a值與產(chǎn)流量變化幅度相關(guān)圖

6 結(jié)論

采用模型模擬及降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)兩種方法，對(duì)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(jìn)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(chǎn)生的洪水均呈減小趨勢(shì)。

對(duì)子牙河流域山丘區(qū)來講，大洪水的平均修正幅度一般在10%以內(nèi)，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(jīng)初步分析，流域下墊面條件變化對(duì)洪水影響存在以下基本趨勢(shì)，對(duì)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(jí)成反比，即洪水的量級(jí)越大，減小的幅度越?。辉谙嗤涤炅考?jí)情況下，洪水減小的幅度與流域面積也有一定關(guān)系，一般流域面積越大，減小幅度越大；在相同降雨量級(jí)和流域面積相近的情況下，平原區(qū)洪水減少的幅度最大，丘陵區(qū)次之，山區(qū)減少的幅度最小。

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

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：1672-2469（2015）09-0028-04

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

科技項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（200901029）“下墊面變化條件下設(shè)計(jì)洪水修訂技術(shù)研究”的子課題之一。

楊曉紅（1968—），女，高級(jí)工程師。