戚小龍

(甘肅省慶陽水文水資源勘測局，甘肅 西峰 745000)

在涉水工程規(guī)劃設(shè)計、城鄉(xiāng)防汛等工作中都要進行洪水計算，由于大多數(shù)中小流域缺乏實測水文資料，長期以來業(yè)界基本上都是以設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水。自上世紀八十年代末開始，甘肅省主要使用《甘肅省暴雨洪水圖集》法計算中小流域設(shè)計暴雨和設(shè)計洪水，2004年后，個別部門在使用《甘肅省暴雨洪水圖集》時，還以《甘肅省暴雨特性研究》為計算設(shè)計暴雨的輔助資料。《甘肅省暴雨洪水圖集》由甘肅省水利廳編制，出版于1988年，支撐《甘肅省暴雨洪水圖集》的水文資料系列截止于1984年?！陡拭C省暴雨特性研究》由甘肅省水文水資源勘測局編寫，成書于2004年，所依賴的資料系列截止于1997年。前者距今已過去30多年，后者也有20年了。本文擬以涇河水系汭河支流石堡子河流域為代表流域，分別利用實測雨洪資料、《甘肅省暴雨洪水圖集》和《甘肅省暴雨特性研究》計算百年一遇面雨量及洪峰流量，然后根據(jù)其成果誤差情況，討論《甘肅省暴雨洪水圖集》和《甘肅省暴雨特性研究》已不能準確反映流域水文特征。代表流域位于甘肅省華亭縣東華鄉(xiāng)峽口以上，面積274 km2。

1 雨洪資料一致性分析

選取在代表流域內(nèi)面上分布較均勻、降水資料系列相對完整的華亭、王寨、趙莊和孟家臺4個雨量站為代表雨量站，以華亭水文站為代表水文站，分別對各雨量站30 min、1 h年最大降水量和水文站年最大洪峰流量作Mann-Kendall法趨勢檢驗和突變分析，成果(僅以華亭站為例)見表1和圖1、圖2、圖3。

表1 華亭站降水及徑流資料Mann-Kendall檢驗成果表

Mann-Kendall檢驗成果(顯著性水平α取0.05)表明，各站點30 min、1 h年最大降水量有微弱減小趨勢，減小程度不明顯，華亭站年最大洪峰流量也呈減小趨勢，減小程度明顯。

圖1 年最大30 min降水量Mann—Kendall統(tǒng)計量曲線圖

圖2 年最大1 h降水量Mann—Kendall統(tǒng)計量曲線圖

圖3 年最大洪峰流量Mann—Kendall統(tǒng)計量曲線圖

圖1與圖2中UF與UB線多次相交，說明年最大30 min和1 h降水量多次出現(xiàn)突變，兩圖UF線都在1997年后出現(xiàn)大幅度下降趨勢。降水序列的突變是大環(huán)境因素(如區(qū)域甚至全球氣候變化等)引起的，可以肯定地說，在特定的小流域人類活動對降水量的影響有限，因此，可認為本研究區(qū)降水資料序列具有一致性。

圖3中UF與UB線在有效區(qū)域內(nèi)沒有相交，說明年最大洪峰流量的年際變化過程沒有發(fā)生突變，即人類活動對研究區(qū)洪峰流量的影響暫不明顯；時段降水量的減小是洪峰流量減小的主要原因；1997年后時段降水量減小幅度變大，導(dǎo)致最大洪峰流量出現(xiàn)明顯減小趨勢。由此可以認定，研究區(qū)洪峰流量和降水資料具有時間序列一致性。

2 設(shè)計面雨量計算

2.1 利用實測資料計算

分別對各雨量站年時段最大降水資料做P-Ⅲ型配線，得到各雨量站各時段1%點雨量，見表2。

表2 各雨量站時段點雨量與代表流域面雨量統(tǒng)計表

使用ArcGIS軟件，對各雨量站1%時段點雨量以反距離加權(quán)方法(Inverse Distance Weighted，IDW)進行空間插值，得到代表流域200 m分辨率的1%時段雨量空間柵格數(shù)據(jù)，再以代表流域邊界圖作為掩膜，提取代表流域的面雨量，成果見表2。

2.2 利用《甘肅省暴雨洪水圖集》計算

根據(jù)《甘肅省暴雨洪水圖集》中最大10 min、30 min、1 h、6 h、24 h降雨量均值及Cv等值線圖計算代表流域面雨量，具體計算過程見表3，其中流域重心處3 h點雨量為1 h、6 h雨量插補值。

2.3 利用《甘肅省暴雨特性研究》計算

根據(jù)《甘肅省暴雨特性研究》中最大10 min、1 h、6 h、24 h降雨量均值及Cv等值線圖計算代表流域面雨量，具體計算過程見表4，其中流域重心處3 h點雨量為1 h、6 h雨量插補值。

3 設(shè)計洪峰流量計算

3.1 利用實測資料計算

對華亭水文站年最大洪峰流量序列資料做P-Ⅲ型配線，得到研究區(qū)1%洪峰流量為336 m3/s，見圖4。

3.2 利用《甘肅省暴雨洪水圖集》計算

依據(jù)涇河區(qū)主雨峰為3 h的綜合雨型分配表做24 h雨型分配，再結(jié)合六盤山土石山區(qū)平均入滲率表，計算出1%暴雨凈雨量h為45.6 mm，產(chǎn)流歷時tc為3 h。

使用六盤山土石山植被一般區(qū)推理公式法參數(shù)公式計算θ和m：

θ=L/J1/3=31.8/0.0181/3=121.34，m=0.1θ0.384= 0.631 3

利用公式Qt=0.278 Fht/t和τ=0.278L/(mJ1/3Qt1/4)構(gòu)建兩個數(shù)據(jù)系列，繪圖成果見圖5，2線相交處流量即1%洪峰流量Qm=261 m3/s。

表3 流域1%時段面雨量計算表

表4 流域1%時段面雨量計算表

圖4 年最大洪峰流量P-Ⅲ型曲線圖

圖5 推理公式圖解法求洪峰流量

時段實測甘肅省暴雨洪水圖集甘肅省暴雨特性研究1%面降水量/mm1%面降水量/mm相對誤差/%1%面降水量/mm相對誤差/%10m29．424．6-16．125．6-12．930m57．149．3-13．61h59．457．6-3．145．5-23．53h68．283．121．967．0-1．66h77．4104．935．585．810．824h146．6141．6-3．4115．5-21．2

3.3 利用《甘肅省暴雨特性研究》計算

用表4中1%時段面雨量成果重復(fù)本文3.2節(jié)計算過程，得到研究區(qū)《甘肅省暴雨特性研究》法洪峰流量計算成果，見圖6，2線相交處流量即1%洪峰流量Qm=170 m3/s。

4 結(jié)語

以用實測資料計算的成果為標準，分別計算2種圖表法成果的相對誤差，見表5和表6。

圖6 推理公式圖解法求洪峰流量

實測甘肅省暴雨洪水圖集甘肅省暴雨特性研究1%洪峰流/m3/s量1%洪峰流量/m3/s相對誤差/%1%洪峰流量/m3/s相對誤差/%33626122．317049．4

從表5可看出，2種圖表法10 min設(shè)計雨量誤差都比較大，且《甘肅省暴雨洪水圖集》法誤差較《甘肅省暴雨特性研究》法為大；1 h設(shè)計雨量《甘肅省暴雨洪水圖集》法誤差較小，而《甘肅省暴雨特性研究》法偏小23.5%；3 h設(shè)計雨量《甘肅省暴雨特性研究》法誤差較小，而《甘肅省暴雨洪水圖集》法偏大21.9%；6 h設(shè)計雨量《甘肅省暴雨特性研究》法偏大10.8%，而《甘肅省暴雨洪水圖集》法偏大35.5%；24 h設(shè)計雨量《甘肅省暴雨洪水圖集》法誤差較小，而《甘肅省暴雨特性研究》法偏小21.2%?？傮w來說，2種圖表法設(shè)計雨量的精度都比較低。表6中，《甘肅省暴雨洪水圖集》法洪峰流量誤差達22.3%，而《甘肅省暴雨特性研究》法誤差高達49.4%，2種圖表法設(shè)計流量精度非常低。由此看來，《甘肅省暴雨洪水圖集》和《甘肅省暴雨特性研究》已不能準確反映流域水文特性，為此有關(guān)單位應(yīng)對其進行修編、修訂，這一工作十分緊迫。

[1]張淑蘭，王彥輝，等.人類活動對涇河流域徑流時空變化的影響[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境.2011.25(6):66-72.