推理公式法在复杂丘陵地貌设计洪水计算中的适用性分析_刘春果.pdf
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1、第 卷第期 年月水电能源科学 :推理公式法在复杂丘陵地貌设计洪水计算中的适用性分析刘春果,喻海军,吴滨滨,马建明,杨滨(中国水利水电科学研究院,北京 ;水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心,北京 ;应急管理部国家自然灾害防治研究院,北京 )摘要:为研究推理公式法在复杂丘陵地区设计洪水计算中的适用性和误差来源,采用 筛选法分析了推理公式法参数的敏感性,通过与水文比拟法、历史洪水调查等结果进行对比,分析了推理公式法在不同流域面积的适用性。结果表明,面平均雨量是推理公式法主要的误差来源,误差随流域面积增大呈增加趋势,通过合理选择参数,对于面积在 的流域,推理公式法仍具有适用性;以蒲江河流域为例,采用传
2、统面雨量计算方法(不折减),当控制断面集雨面积分别为 左右、大于 时,误差分别为 、,当流域面积大于 时,通过面雨量合理折减后,计算结果比历史调查资料仅小约。关键词:推理公式法;设计洪水;丘陵地貌;敏感性分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:,修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:刘春果(),女,硕士研究生,研究方向为防洪减灾,:通讯作者:喻海军(),男,博士、高级工程师,研究方向为城市洪涝与计算水力学,:1概况蒲江河位于四川省西南部,为南河一级支流、岷江二级支流,流域面积约 。蒲江河流域位于川西北高原与四川盆地地形分界线附近,地形地貌复杂,以丘陵为主,山地、丘陵
3、、平坝俱全。流域水系及地形地貌分布见图。蒲江河流域上下游暴雨强度随空间变化差异较为明显。根据 年出版的四川省暴雨等值线图,蒲江河流域上游位于青衣江暴雨区边缘,暴雨强度随空间变化相对较大,中下游丘陵区及平坝区降雨强图南河流域水系及蒲江河流域地形图 度随空间变化相对较小。蒲江河流域复杂的下垫面、产汇流条件及降雨特性使参数选取及设计洪水计算较为困难,研究蒲江河流域设计洪水计算十分有必要。但蒲江河缺乏长序列水文资料,对于这类无资料地区设计洪水的计算,推理公式法是最常用的方法之一。理论上在基于流域下垫面、降雨时空变化特性的情况下合理选择参数,推理公式法适用于流域面积最大为 的丘陵地貌流域。实际应用过程中
4、,由于推理公式法的假定简化了产汇流等过程,推理公式法在实际复 杂 的 流 域 中 适 用 性 及 计 算 精 度 受 到 限制,。为研究推理公式法的误差来源及适用流域面积,本文以地形地貌复杂的蒲江河流域为例,研究了推理公式法在复杂地貌流域的误差来源及在不同集雨面积条件下的适用性。2研究数据与方法2.1研究数据蒲江河无长序列实测水文资料(蒲江站设立于 年,年投入使用),查阅四川省洪水调查、长滩水库规划设计等报告,收集蒲江河流域历史洪水调查资料,见表。表历史洪水调查结果 河段集雨面积 调查期年份洪峰流量()估算重现期长滩水库 蒲江县鹤山 镇驭虹村 河口 蒲江河干流上从上游往下游依次选取个代表性控制
5、断面,各断面对应流域参数(集雨面积、河长、平均坡降)等信息见表。表蒲江河控制断面流域参数信息 控制断面 位置地形地貌 长滩水库上游山丘区 鹤山镇丘陵与平坝交界处 临溪河汇入前 下游平坝区 河口下游平坝区2.2研究方法为分析推理公式法在复杂丘陵地貌设计洪水计算中的适用性,将推理公式法应用于蒲江河流域,并采用水文比拟法进行比较。2.2.1推理公式法推理公式法是丘陵地区最常用的设计洪水计算方法,一般形式为:,.()式中,为 频 率 为、单 位 时 间 的 产 流 量;为单位换算系数,即;为径流系数;为集雨面积;为频率为、的平均雨强,也称雨力;为汇流时间;为暴雨指数,。2.2.2水文比拟法应用水文比拟
6、法时,选取与蒲江河流域下垫面条件、气候条件、产汇流条件相似的流域的水文站作为参证站,通过下式计算设计洪水:设计参证设计参证()()式中,设计、参证分别为设计站、参证站的洪峰流量;设计、参证分别为设计站、参证站的集雨面积;为经验性指数。选择具有历史水文资料的伏龙站及邛崃站作为参证站。伏龙站位于长秋山东侧思濛河流域中游,控制集雨面积 ,上游地貌以丘陵为主,中下游系岷江、青衣江、大渡河冲积而成的冲积平原;且伏龙站与蒲江河流域距离约 ,处于青衣江暴雨区下游,下垫面条件、植被及暴雨特性与蒲江河流域有一定的相似性。邛崃站位于南河干流上游,控制集雨面积 ,与蒲江河均属于南河流域,下垫面、地形地貌、植被等具有
7、一定的相似性。2.3敏感性分析方法推理公式法参数较多,为研究推理公式误差来源,采用 筛选法分析推理公式法各参数敏感性。筛选法是一种定性的全局敏感性分析方法,能简单高效地筛选敏感性高的参数,具体方法是在其他参数不变的情况下,以固定步长将待分析参数浮动取值,分析对目标值的扰动,并用参数敏感因子指标来表征参数的敏感性,计算公式为:()()()式中,为参数敏感因子指标;、分别为第次目标值计算结果及参数与初始值的调整比率;、分别为第次目标值计算结果及参数与初始值的调整比率;为模拟运行次数。当时,表明参数高度敏感;当 时,表明参数敏感;当 时,表明参数中等敏感;当 时,表明参数不敏感。3结果与讨论3.1推
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