劉 馳 趙長河 李亞男

一、引言

按照水文氣象資料條件，山東省濟(jì)寧市山洪災(zāi)害防治區(qū)小流域可以分為三類：（1）有詳細(xì)資料小流域；（2）無資料小流域；（3）有短系列降雨資料小流域。其中有詳細(xì)歷史雨洪資料小流域數(shù)量極少，多數(shù)是無資料和有較短系列降雨資料小流域，且短系列資料也多數(shù)是新建站點，積累的降雨場次資料相對較少。

可應(yīng)用于濟(jì)寧市山丘區(qū)小流域山洪預(yù)報的方法，產(chǎn)流方案有降雨徑流相關(guān)圖、初損后損法，匯流方案有推理公式法、瞬時單位線法和經(jīng)驗公式法等，另外還有分布式水文模型HEC-HMS。

二、無資料小流域山洪預(yù)報方法

目前，濟(jì)寧市大部分山區(qū)小流域?qū)儆谌鄙贇v史水文資料的區(qū)域，因此其山洪預(yù)報大多數(shù)屬于無資料地區(qū)的山洪計算問題。

山區(qū)洪水的大小除了與降雨總量、降雨強(qiáng)度有關(guān)外，還與流域土壤飽和程度或前期影響雨量密切相關(guān)。當(dāng)土壤較干時，降水下滲大，產(chǎn)生地表徑流則?。环粗?，如果土壤較濕，降水入滲少，形成地表徑流大。隨著流域土壤飽和程度的變化，山洪預(yù)警臨界警戒雨量值也會隨之發(fā)生變化。因此，基于流域土濕實時動態(tài)的山洪預(yù)警方法研究很有必要。

流域平均土壤含水量也是決定產(chǎn)流過程的重要因子，是流域調(diào)蓄作用的門檻值，而山洪評價中普遍使用的《山東省水文圖集》里的流域平均蓄水容量（60mm）是偏小的，據(jù)有關(guān)研究結(jié)論，該數(shù)值在半干旱半濕潤的山東地區(qū)應(yīng)約為80～100mm。

基于濟(jì)寧市山洪防治區(qū)內(nèi)幾十個小流域的山洪評價分析以及典型小流域的多種方法比較及洪水驗證研究，發(fā)現(xiàn)降雨徑流相關(guān)圖與推理公式法結(jié)合可以較好地進(jìn)行濟(jì)寧市無資料小流域的暴雨洪水計算。但《山東省水文圖集》中的降雨徑流相關(guān)圖已歷史久遠(yuǎn)，已難以匹配近40年人類活動和氣候變化導(dǎo)致的水文響應(yīng)規(guī)律的變化，亟需更新。

另外，在HEC-HMS軟件系統(tǒng)中，選擇SCS曲線法或初損后損法、SCS單位線及運動波方法，也可以較好地進(jìn)行無資料地區(qū)的山洪模擬，不過該方法對水文模擬經(jīng)驗的要求較高。

三、有短系列降雨資料小流域的山洪預(yù)報方法

山丘區(qū)小流域多處在監(jiān)測站點控制范圍之外，所以大多數(shù)都沒有實測的降雨流量等資料。對于有短期資料但周邊沒有可參考站的小流域的暴雨參數(shù)，可以通過山東省水文圖集進(jìn)行查算。

當(dāng)少資料小流域附近有具有實測資料的雨量站時，可以通過降雨數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長和空間插值，得到目標(biāo)小流域降雨數(shù)據(jù)。降雨數(shù)據(jù)的插補(bǔ)展延一般采用近期的多站平均雨量與同期少站平均雨量建立相關(guān)關(guān)系，如相關(guān)關(guān)系好，可利用相關(guān)線進(jìn)行插補(bǔ)展延。

由于山區(qū)多有地形雨發(fā)生，導(dǎo)致山丘區(qū)降雨的空間分布特征與地形等要素的地理空間分布具有密切的關(guān)聯(lián)，因此，綜合分析各種插值方法的原理，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的克里格插值法是最優(yōu)選擇，推薦使用考慮地形因子的克里格插值方法，引入地面高程信息作為影響降雨的第二控制因素，進(jìn)行短系列降雨資料的插補(bǔ)延展，從而獲得足夠長度的降雨序列，再推求相應(yīng)的設(shè)計暴雨。

基于濟(jì)寧市山洪防治區(qū)內(nèi)幾十個小流域的山洪評價分析，以及典型小流域的多種方法比較及洪水驗證研究，推理公式法比較適合應(yīng)用于濟(jì)寧市山丘區(qū)小流域的暴雨洪水計算，而瞬時單位線法和經(jīng)驗公式法計算結(jié)果往往偏大。

在設(shè)計洪水的計算中，宜選擇降雨徑流相關(guān)圖法（或初損受損法）和推理公式法結(jié)合，進(jìn)行暴雨洪水計算。對有經(jīng)驗的工作人員，也可以選擇適用于無資料地區(qū)的水文模型方法，比如HEC-HMS軟件系統(tǒng)中的“SCS曲線法+SCS單位線+運動波”方法組合。

四、有長系列資料的小流域山洪預(yù)報方法

對于有詳細(xì)水文氣象資料的山區(qū)小流域，可以直接依賴歷史水文氣象實測資料，通過參數(shù)率定和驗證構(gòu)建流域水文模型進(jìn)行山洪預(yù)報，比如使用HEC-HMS模型系統(tǒng)。

隨著濟(jì)寧市山洪災(zāi)害防治項目的開展，山洪預(yù)警非工程措施的建設(shè)，水文站網(wǎng)正在逐漸完善，并將達(dá)到對全市山丘區(qū)的全面覆蓋。高密度的水文站網(wǎng)將大大提高流域面雨量的估算精度，未來衛(wèi)星云圖、天氣雷達(dá)估計降雨技術(shù)的應(yīng)用也將在一定程度上彌補(bǔ)地面監(jiān)測站網(wǎng)的不足。

隨著這些高精度水文氣象數(shù)據(jù)的逐漸積累，山洪防治區(qū)的基礎(chǔ)水文氣象資料在未來幾年將發(fā)生實質(zhì)性的改變，為引入更加精確的山洪計算方法提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。當(dāng)山洪觀測數(shù)據(jù)有一定積累時，可進(jìn)一步修正傳統(tǒng)經(jīng)典計算方法的參數(shù)，使其更加本地化、實用化；同時研發(fā)先進(jìn)的分布式山洪實時預(yù)報模型，吸收遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)帶來的新鮮數(shù)據(jù)源，應(yīng)用多源降雨信息融合、數(shù)字高程模型（DEM）等技術(shù)，結(jié)合山洪易發(fā)地區(qū)的地形、地貌、土壤植被、土地利用類型等流域特征，建設(shè)山洪災(zāi)害防治信息化及智慧型系統(tǒng)，進(jìn)行大范圍、高精度的山洪預(yù)警預(yù)報。在山洪預(yù)警體系中，整合氣象預(yù)報、山洪預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)實時預(yù)警軟件系統(tǒng)，爭取防御山洪災(zāi)害的主動性，實現(xiàn)山洪早期預(yù)警。

五、結(jié)論

（1）對無實測降雨資料或系列較短的山丘區(qū)小流域，設(shè)計洪水的計算中，宜選擇降雨徑流相關(guān)圖法（或初損受損法）和推理公式法結(jié)合，進(jìn)行暴雨洪水計算。

（2）對于有詳細(xì)水文氣象資料的山區(qū)小流域，可以直接依賴歷史水文氣象實測資料，通過參數(shù)率定和驗證，構(gòu)建流域水文模型進(jìn)行山洪預(yù)報，比如使用HEC-HMS模型系統(tǒng)。

（3）HEC-HMS模型系統(tǒng)的部分方法比較適用于濟(jì)寧市山丘地區(qū)小流域的暴雨洪水計算,但考慮到其對資料的要求比較高，且相對于傳統(tǒng)方法，其建模過程相對復(fù)雜，故只推薦在有條件的情況下使用。在一般情況下，降雨徑流相關(guān)圖（或初損后損法）和推理公式法結(jié)合即可滿足要求