方宏卫 张麟童 周栋 罗黄来

摘 要：山区型小流域大多属于水文资料匮乏地区，而此类地区又极易出现暴雨，如何推求极端暴雨事件中的洪峰流量，需要进行研究。以南方某地区的一场典型暴雨为例，通过查算地区暴雨图集，采用推理公式法、瞬时单位线法计算该次洪水的洪峰流量，与事后通过现场水文调查确定的洪水过程对比分析。结果表明：推理公式法及瞬时单位线法在水文资料较为短缺的情况下，能够较好地推算洪峰流量及洪水总量，在应对突发水文事件时，此两种方法具有较大的实际应用价值。

关键词：应急监测；洪峰流量；暴雨图集；推理公式法；瞬时单位线法

中图分类号：TV121.4                                             文献标志码：A

近年来，受温室效应、厄尔尼诺及拉尼娜等现象的影响，全球极端气候灾害频发，极端暴雨事件发生概率急速上升。洪涝灾害不仅会造成财产损失，严重的还会造成人员伤亡，产生广泛的社会影响，危害极大，因此，做好极端暴雨事件的监测工作十分重要。水文作为国民经济和社会发展的基础性公益事业，在历次抗灾救灾中，积极开展应急监测和预测预报，提供各类信息服务，在减少灾害损失、保障人民生命财产安全方面起到了不可替代的作用，产生了巨大的社会效益和经济效益[1]。但受经济社会发展水平限制及水文现代化站网建设不够完善的影响，部分地区仍缺乏足够的基础水文数据，尤其是中小河流等山洪易发区域，并且近些年来受人类活动影响，众多流域下垫面情况发生改变，而这些地区又大多是突发自然灾害和极端暴雨事件的重灾区[2]。如何充分利用现有的水文资料推求小流域在极端暴雨事件中洪峰流量，是值得讨论的问题。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

采用推理公式法及瞬时单位线法推算洪峰流量。

1.1.1 推理公式法

1.2 数据来源

本次对随州柳林镇8·12极端强降雨进行分析计算。柳林镇位于涢水支流浪河上游雁子河，有太平支流、金银河及莲花支流汇入。其所在河流无水文站，有一个基本雨量站柳林店站，有四个水库雨量站。浪河干流以下3.2 km处有中型白果河水库，白果河水库承雨面积60 km2，主河道长16.1 km，流域加权平均比降为3.2‰（见图1）。

8·12洪灾中，根据雨量监测数据显示，最大1 h雨量112.5 mm，最大3 h雨量285 mm，最大6 h雨量444 mm，最大12 h雨量483.5 mm，最大24 h雨量485.5 mm，百年一遇的强降雨导致该镇街道受淹，老百姓生命财产受灾严重，供电、通讯等基础设施瘫痪。

2 结果分析

通过事发地河段的坐标确定所处流域及地区，利用Arcgis软件测算出事故发生地距离河源的距离L、流域面积F、河道比降j。分别采用推理公式法和瞬时单位线法对洪峰流量及洪量进行推演，并与当地水文部门的事后洪水调查分析进行对比，分析论证两种方法在应急监测中的可靠性。

2.1 推理公式法计算结果分析

事发地点洪峰流量按《图表》中推理公式法，根据流域参数和暴雨成果分别计算地表洪峰流量和地下水流量，两者叠加而得。

根据《图表》水文区划，面雨量由点暴雨经点面折算计算。

2.2 瞬时单位线法计算结果分析

依据《图表》，事故发生地点属于水文4分区，根据设计暴雨成果分别计算净雨过程、地表径流过程、地下径流过程等。

1）设计净雨。根据《图表》，小流域采用最大24 h雨量时，各时段雨量扣除初损和稳渗后作为净雨过程。该事故发生地表上游集水面积23 km2，采用最大6 h雨量，仅扣稳损，即得到6 h设计净雨过程。

2）单位线计算。该事故发生地点位于《图表》中水文4分区，最终计算得到的瞬时单位线见表4。

根据瞬时单位线推求得洪峰流量560.85 m3/s。

2.3 对比分析

推理公式法及瞬时单位法推求的结果如图2所示。可以看出，瞬时单位线的洪峰结果比推理公式法的结果略大，这主要是由推理公式法对径流的计算简化引起的，推理公式法在计算中仅考虑到地面径流，并未对槽面降水和地下径流进行计算，导致结果偏低。两种方法的洪水过程线差异较大，推理公式法的过程线在经历洪峰后，过程线下降很快，主要原因是推理公式法没有考虑地下径流，导致与瞬时单位线成果存在差異。山区小流域中河流槽面在流域面积中所占比重往往不会太大，而且地下径流在该地区可以忽略不计[6]，推理公式法和瞬时单位线虽然存在一定差距，但差距并不大，在大部分情况下两者之间的偏差都可以控制在10%以内。从精度角度考虑，此次控制站点设计洪水选取瞬时单位线法的成果更接近调查值。

根据当地水文部门的事后洪水调查分析，计算断面的洪峰流量为589 m3/s。

可知，推理公式法及瞬时单位线法推求的洪峰流量较洪水调查的结果相差不大，两种方法的计算结果偏差分别为8.96%和4.78%，均小于10%。

3 结论

本文利用推理公式法、瞬时单位线法计算突发暴雨事件的洪峰流量，并与事后进行的高精度洪水分析对比，得到如下结论。

（1）选取的推理公式法、瞬时单位线法成果与洪水调查成果偏差均小于10%。此两种计算方法原理简单，在面对突发水文事件时，均有较大的应用前景。

（2）推理公式法在原理上，假定了流域内产流强度在时间和空间上保持恒定不变，即降雨量和地面下渗量在时空分布上具备一致性，应用条件比较局限。在我国多数省份的水文手册中，推理公式的适用范围都是小流域（流域汇水面积小于100 km2）。同时，在实际应用中，汇流参数的敏感性很高，多数资料表明其值随净雨量的增加而递减，随着流域面积的增大而递增，因此，采用推理公式法时，汇流参数的选用既要考虑流域特性，也要考虑当次暴雨的等级，特别是很多山丘区村庄经人类活动影响后，坡面汇流变成管网汇流的情况需要格外重视。

（3）瞬时单位线法一般适用于1 000 km2以下的流域，在水文设计领域被广泛使用。但是各省水文手册的编制年代久远，大多是上世纪八九十年代，由于人类活动和受水网调整的影响，部分地区的产汇流参数已不满足实际的需求，因此在使用瞬时单位线法计算设计洪水时，建议对部分参数通过实测洪水资料反推的方法进行参数率定，以提高模型的适用性及精准度。

（4）推理公式法的计算公式中主要是针对洪峰，而不注重洪水过程，如果需要洪水过程或者洪水总量，选取瞬时单位线法得到的成果更接近真实值。

参考文献：

[1]廖庆龙.推理公式法在山区小流域设计洪水计算中的应用[J].广西水利水电，2022（2）：18-21.

[2]蓋永岗，付健，李超群.推理公式计算淤地坝设计洪峰时暴雨递减指数取值研究[J].人民黄河，2021，43（10）：67-69，80.

[3]辛璐君，刘燕，郭建青，等.水科院推理公式对数据误差传递作用的初步分析[J].南水北调与水利科技，2013，11（2）：14-17.

[4]庞志平，董洁，李敏.青海省无资料地区小流域设计洪水计算方法合理性分析[J].北京水务，2021（2）：37-40.

[5]朱勇，陆泳舟，王世昭，等.无资料地区设计洪水计算方法应用研究[J].水利规划与设计，2021（3）：34-37.

[6]孙文杰，梅国栋，王莎，等.推理公式法和瞬时单位线法在尾矿库洪水计算中的对比分析[J].有色金属工程，2022，12（9）：122-127.

Abstract：Mountainous small watersheds are often areas with scarce hydrological data，yet susceptible to rainstorms. It is necessary to research how to estimate peak flow rates during rainstorm. Taking a typical rainstorm in south China as an example，we calculated the peak discharge of flood by using the inference formula method and the instantaneous unit hydrograph method based on checking the regional rainstorm atlas. We also analyzed the flood process by comparing the calculated result with on-site hydrological survey. Result shows that in the case of a shortage of hydrological data，both the inference formula and the instantaneous unit hydrograph method can estimate the peak discharge and total flood volume reasonably well. When responding to sudden hydrological events，these two methods have significant practical value.

Key words：emergency monitoring；peak discharge；rainstorm atlas；inference formula method；instantaneous unit hydrograph method