搜索
-1-黄河小花间PMP/PMF分析研究刘占松1王宝玉1赵元春2（1.黄委会勘测规划设计研究院河南郑州450003；2.黄委会水文局郑州450004）摘要：小浪底水库建成后，位于小浪底水库下游的小浪底至花园口区间(简称小花间)洪水，仍威胁着黄河下游防洪安全。结合本流域及邻近地区水文、气象资料条件和以往经验，本文采用暴雨时面深概化法、历史洪水暴雨模拟放大法等研究了小花间PMP，再应用新安江模型推求小花间PMF。为黄河下游防御特大洪水研究提供基础依据。关键词：PMP/PMF小花间时面深概化模型小浪底～花园口区间(以下简称小花间)处于我国华北平原与黄土高原和鄂西山地两级阶地交绥地带的中部，集水面积35881km2。流域内地形起伏较大。根据地形植被条件，可将本区划分为三个类型区，即石山区(包括石山林区)、丘陵区和平原区。黄河小浪底至花园口干流区间河道长128km，河宽3～9km，对洪峰有一定的削减作用。支流伊河嵩县以下河道放宽，支流较多，汇流集中，是伊河的主要产洪地区。洛河长水以上为山区和峡谷区，流域狭长，汇流分散；长水以下河道放宽，支流汇入较多，是洛河主要产洪地区。从伊河龙门镇和洛河洛阳以下至黑石关间，河道行经冲积平原，河道宽阔。自1931年以后逐渐修筑堤防，其防御标准较低，遇较大洪水则决口漫溢，两岸滩地形成一自然分洪区，大水时对洪峰流量有较大的削减作用。根据最近调查，长水至白马寺、陆浑至龙门镇区间河道两岸也修建了堤防，也存在类似的问题。沁河五龙口以上为山区峡谷；五龙口以下和丹河山路平以下河道开阔，两岸均有堤防，超过堤防的大洪水即行决溢。溃水短期不能入黄，对入黄流量起到限制作用。伊河嵩县至龙门镇间、洛河长水至白马寺间以及沁河五龙口至小董间，这些地区正处于喇叭形的底部，流域形状系数(流域宽长比称为形状系数)较大，而且至花园口的汇流时间相当，即这些地区基本属于一个等流时区。当暴雨同时笼罩这些地区时，易形成较大洪峰。如实测的1958年和调查的1761年洪水，其洪峰流量均主要来自这些地区。1小花间PMP计算小花间年雨量一般在600～800mm。降雨主要集中于夏季，7～8月雨量占年雨量的30％～黄河水文水资源研讨会交流材料-2-40％，平均为220～320mm。将小花间区域性暴雨与其周围较大范围雨区整体联系起来看，按其分布特点，可以划分为南北向暴雨型，东北～西南向暴雨型和东西向暴雨型三种基本类型。南北向暴雨型的暴雨强度大，暴雨区范围广，区域性暴雨持续历时可达3～5天。1.1计算方法采用暴雨时面深概化法、当地暴雨放大法和历史暴雨模拟放大法三种方法分析计算了小花间可能最大暴雨。暴雨时面深概化法充分利用可移入设计地区的实测暴雨资料，通过暴雨放大、移置、时面深外包等步骤求得各历时暴雨等值线包围的各面积上的可能最大暴雨，然后再转换成流域面积的所需历时的可能最大暴雨。参照暴雨气象成因条件挑选出暴雨气象条件比较有利的暴雨，其量具有相当极大性、又有比较密集的站点降雨资料以满足时面深分析需要的大暴雨个例，即黄河“58.7”、“82.8”、淮河“75.8”、海河“63.8”和黄淮海“96.8”暴雨个例作为分析计算实例。当地暴雨放大法选择黄河“82.8”暴雨，该场暴雨是发生在小花间的实测经向类型特大暴雨过程，暴雨中心在石涡最大24小时实测降雨量734.3mm，5天雨量达904.8mm，最大一、三、五天面平均雨深分别达87.3、200.2、258.3mm。故以此为典型暴雨，运用当地暴雨放大方法，来估算小花间PMP。1761年8月中旬后期黄河三花间发生了一场持续4～5日的特大暴雨，造成黄河下游严重的洪涝灾害。历史文献中，有关这场暴雨及洪水情况留下了丰富记载。经过多年反复深入研究，经干流洪水调查、分析与估算成果，应用新安江模型模拟了这场暴雨期间小花间最大一、三、五日面平均雨深。以此再进行水汽放大后，也可估算出小花间PMP。1.2小花间PMP成果各方法计算的PMP成果见表1。表1小花间PMP成果汇总表方法放大方法PMP成果(mm)一天三天五天暴雨时面深概化法水汽放大加外包综合127.6278.2354.2水汽效率放大加外包综合138.9308.3384.3当地暴雨放大“82.8”水汽效率联合放大127.5292.3377.1历史洪水暴雨模拟（1761）水汽放大124.8326.0398.2-3-本次计算小花间PMP，增加了暴雨时面深概化法，将邻近流域的“63.8”、“75.8”暴雨与本地实测暴雨综合在一起，初步解决了以往单独移置这两场暴雨，虽经地形处理，仍嫌偏大，难以综合运用的困难。而当地暴雨放大与历史洪水暴雨模拟，因其实在性和具有较好的典型性，放大成果也具有一定可靠性。故将各方案成果均用于PMF计算后，再行选择取用成果。2小花间PMF计算本次推求小花间可能最大洪水采用新安江(三水源)模型。为了考虑降雨分布不均的影响，同时也便于考虑下垫面条件的不同及其变化，特别是大型水库等人类活动的影响，模型设计为分散性的。将小花间划分10块。率定参数时即按10块率定其各自的参数。另外考虑到降雨空间分布的不均匀性，三花间在划分10块的基础上进一步分为99个流域单元块每个流域单元块面积在300～500km2，单元块的面雨量基本上可以用点雨量来代替。经模型计算推求的小花间可能最大洪水结果见表2。表2小花间无库不决堤PMF洪峰、洪量成果表方案方法PMFPMP总量及面分布PMP时程分配Qm(m3/s)W5(108m3)1时面深概化法水汽放大仿“82.8”型3460070.42仿“58.7”型3670070.03水汽效率放大仿“82.8”型3760077.54仿“58.7”型3830077.95历史洪水暴雨模拟放大3580079.66当地“82.8”暴雨放大2520060.5推荐采用成果3600073.0从表2可以看出，各种方法(除“82.8”当地暴雨放大外)计算的小花间洪峰、洪量差别不是很大，洪峰流量为34600m3/s～38300m3/s(大小相差约10%)，5天洪量为70.0亿m3～77.9亿m3(大小相差10%)。当地“82.8”暴雨放大受典型暴雨影响较大。由于该典型降雨的空间分布比较分散，不利于产生大洪水，按此种雨型产生的洪水确定工程规模是不安全的。因此，由此计算的成果不宜作为可能最大洪水成果。历史洪水暴雨模拟放大，其暴雨成果为模型试算求得。在模拟1761年历史暴雨成果时，参照历史文献记载情况，选用的模型参数中的初始土壤含水量参数，比“58.7”洪水的初始-4-土壤含水量参数值还要大些，同时，模拟的各块降雨过程及降雨量由其出口断面分析考证的洪峰、洪量控制，推求的雨量成果具有相当的可信度，并且此暴雨洪水为当地实际发生，由此经水汽放大后计算的可能最大洪水，可以作为计算小花间可能最大洪水的一种比较方案。暴雨时面深法在推求可能最大暴雨总量时提供了较好的方法，充分利用了邻近地区特大暴雨资料，可能最大暴雨总量成果是可靠的，但在暴雨的时程分配方面，研究不够，对洪峰大小有一定的影响，对洪量大小影响不大。由此暴雨计算的可能最大洪水可以作为一种比较方案。从几种方法计算的结果看相差不大(“82.8”除外)，考虑各方案特点，进行综合选定比较合适。经分析，伊洛河夹滩滞洪前小花间可能最大洪水洪峰取为36000m3/s，5天洪量为73.0亿m3.3对小花间PMF成果的评价从PMP成果、模型参数及计算成果等方面进行全面比较、综合评价如下：①PMP成果方面。从几种方法计算的PMP成果看，结果相差不大，具有较高的可靠性。②模型参数方面。模型参数中的初始土壤含水量参数大小直接影响到洪水峰、量的大小。“82.8”和“58.7”两典型分析的参数基本反映了前期土壤比较干旱和前期土壤比较湿润两种情况。根据实测资料分析，大洪水前期土壤含水量可以比较干旱，也可以比较湿润，如黄河“82.8”、淮河“75.8”洪水前期土壤含水量就比较干旱，黄河“58.7”及1761年特大历史洪水，前期土壤含水量就比较湿润。按照国内经验，可能最大洪水的前期土壤含水量可按土壤最大初损量的三分之二考虑。从本报告率定的综合参数看，主要产流区的初始土壤含水量占最大张力水容量的三分之二左右，前期土壤含水量已相当湿润。由此计算的可能最大洪水是安全合理的。③暴雨的时程分配。时面深法PMP的暴雨时程分配按“82.8”和“58.7”作典型，由设计的1天、3天、5天雨量控制放大，并由暴雨时程分配相当集中的“75.8”暴雨控制修正，由此设计的暴雨过程已相当集中，计算的PMF是安全的。当地暴雨放大和历史洪水暴雨模拟放大，均为当地实际发生的暴雨，因其实在性和具有较好的典型性，放大的暴雨过程也具有较高的可靠性。④计算成果方面。几种方案计算的成果，反映暴雨时、空分布不同情况所形成的洪水的大小。当地“82.8”暴雨放大方法计算的小花间可能最大洪水的洪峰为25200m3/s，五天洪量60.5亿m3，三花间洪峰为32900m3/s，五天洪量为77.8亿m3，与1985年“三花间可能最大洪水”中“82.8”典型放大方法计算的三花间洪峰31100m3/s、五天洪量79.9亿m3这一结果非常接近，这也说明了本次模型计算的参数是合适的，成果是可信的。从小花间及支流伊洛河、沁河5日暴雨洪水径流系数看，一般洪水，伊洛河的径流系数在0.3～0.58之间，沁-5-河为0.1～0.4；“82.8”典型、“58.7”典型及1761年历史洪水模拟的径流系数伊洛河分别为0.37、0.58、0.56,沁河分别为0.22、0.22、0.32，小花间分别为0.25、0.47、0.46；不同方法计算的可能最大洪水的径流系数伊洛河为0.64～0.72、沁河为0.3～0.42、小花间为0.52～0.56，大于实际发生的典型洪水的径流系数，相对关系是合理的，这也说明计算的PMF是可信的。