界河出山口設計洪水計算方法探討

周婷婷

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

0.引言

界河流域位于保定市主城區(qū)西側的太行山迎風區(qū)。1963年8月7日，司倉站日雨量達704m，為“63.8”降雨過程的一暴雨中心[3]。該流域內無水文測站，僅有部分雨量站。界河設計洪水計算一般需要由暴雨途徑推求，利用推理公式法及單位線法進行分析。水文模型是水文計算時的一個重要方法，為無水文測站的地區(qū)設計洪水計算開辟了新領域。為了復核界河傳統(tǒng)設計洪水計算方法的精度，本文利用歷史洪水調查資料和HEC-HMS模型對設計洪水成果進行了佐證分析。

1.流域概況

界河地處太行山北段東麓，是大清河流域南支的一條主要支流。京廣鐵路橋以上稱界河，鐵路橋以下稱龍泉河，再至南林水以下稱清水河。界河發(fā)源于易縣東白銀洼，流經易縣、淶源、順平、滿城，在順平縣辛興與蒲陽河匯合，向下游至京廣鐵路橋又有七節(jié)河、曲逆河、運糧河匯入。界河出山口以上控制流域面積324km2，河長62.5km，縱坡7.65‰。

2.設計洪水計算

2.1 傳統(tǒng)方法

界河出山口斷面以上控制流域面積為324km2，接近《河北省中小流域設計暴雨洪水圖集》中推理公式適用范圍上限300km2，故其設計洪水由暴雨途徑同時采用推理公式法及單位線法推求。流域位于太行山迎風北區(qū)，產流計算中的平均后損值根據(jù)圖集取1.5，平均凈雨強度I的臨界值取40mm/h。推理公式法和單位線法成果見表2。

2.2 HEC-HMS法

為了復核界河傳統(tǒng)設計洪水計算方法的精度，本次利用美國陸軍工程兵團水文工程中心開發(fā)的HEC-HMS模型進行水文分析。首先，利用DEM自動提取流域水系結構（如圖1），包括：對DEM數(shù)據(jù)進行洼地處理、自動提取地表水流方向、水流累積計算、河網的生成、流域邊界的提取。其次，構建HEC-HMS模型（如圖2），界河出山口以上流域共劃分為3個子流域和3段河段，并在流域出口設置出口節(jié)點。最后，對產匯流進行模擬計算。產流模塊采用初損穩(wěn)滲法，徑流計算模塊采用Snyder單位線，基流計算采用衰減法，河道匯流采用馬斯京根法。氣象模塊采用本流域雨量站不同頻率實測降雨數(shù)據(jù)，降水時長為3d，時間步長為5min。成果如表2。

圖1 界河出山口以上流域DEM數(shù)據(jù)模型圖

圖2 界河出山口以上子流域劃分圖

2.3 洪水調查資料法

（1）洪水調查資料。據(jù)河北省水利廳1984年刊印的《洪水調查資料》，在界河出山口上游的石井村（F=262km2）曾調查到1892年、1929年、1939年和1952年4場較大洪水，洪峰流量分別為2700m3/s、1880m3/s、1160m3/s和700m3/s。1917年洪水與1939年接近；1963年推算石井村洪峰為1850m3/s；調查1989年洪峰流量為790m3/s。

（2）重現(xiàn)期分析。根據(jù)河北省水利廳1984年刊印的《洪水調查資料》，對石井村6次較大洪水進行重現(xiàn)期考證分析。1892年洪水考證期自1801年以來排第一位；其余洪水考證期均自1917年開始，1929年和1963年洪峰流量很接近，排為1917年以來的第一位或第二位.考證期成果如表1。

表1 界河石井村河段調查洪水重現(xiàn)期成果表

（3）頻率分析。對上述調查洪水采用P-Ⅲ型曲線進行排頻，估算石井村的設計洪峰流量，并按面積比n=0.6推算至界河出山口，成果見表2。

表2 界河出山口設計洪水成果表

3.結論及建議

（1）表2可知，界河出山口斷面推理公式法成果略大于單位線法成果，主要原因是界河流域形狀呈窄長形，使得計算的參數(shù)ω超過公式允許的最小值所致。HEC-HMS模型成果相較于推理公式成果相差不大，20～100年的洪峰流量相差在10%以內。利用洪水調查資料估算成果相較于推理公式成果也相差不大，均在10%以內。（2）界河出山口現(xiàn)目前采用的成果20年一遇1030m3/s，100年成果為2362m3/s。三種方法計算成果均低于或接近原成果。分析其原因是本次傳統(tǒng)方法計算中設計暴雨采用的是2004年刊印的《河北省設計暴雨圖集》，實測系列至2000年，系列較原系列增加了20年；HEC-HMS模型中設計暴雨的實測系列延長至2018年。20世紀80年代以來界河流域降雨量呈明顯遞減趨勢，設計洪水成果變化與降雨量變化是一致的，成果是合理的。（3）推理公式法和單位線法的成果相近，且與HEC-HMS模型和利用洪水調查資料估算成果基本是協(xié)調的。因此，利用傳統(tǒng)方法計算的設計洪水成果是可靠的?？紤]到HEC-HMS模型在本流域的運用尚不成熟，受洪水調查資料的限制，為了保持設計洪水的一致性及工程的延續(xù)性，界河流域設計洪水仍推薦采用傳統(tǒng)方法計算。