洪水分析计算

中小流域洪水资料短缺，往往是基于雨洪同频率的假定，先推求流域设计暴雨，再转化为流域的设计洪水，来达到设计洪水的目标。这其中应解决两个问题:一是产流计算，由流域设计暴雨推求净雨量;二是汇流计算，由流域时段净雨，推求流域出口断面的洪水流量过程线。

一、产流计算

50年代，在山区计算由一次暴雨产生的洪水径流量，大多用径流系数法，即根据不同频率的设计暴雨乘以分区给出的不同频率的径流系数，便计算出一次洪水径流量。由于影响径流系数的因素很复杂，其值的变化幅度较大，故设计结果仅为近似值。

70年代开始分析山区单站降雨径流关系，在此基础上又据产流特性综合分区，分为迎风区和背风区两个大区。进一步结合流域地质、地形、地貌、植被的差异，再在大区内分产流区。迎风区又分为四个产流区，背风区又分为两个产流区。各产流区的降雨径流关系，通常采用降雨量加前期影响雨量与径流深之间建立的相关关系，这种相关关系较单纯由降雨量与径流深建立的关系要密集。但是在设计条件下，如何选取前期影响雨量值，是一个应予认真解决的问题。经试用比较上述两种关系线，当选用设计前期影响雨量值为105毫米其误差最小。在1985年4月出版的《河北省中小流域设计暴雨洪水图集》中，就是用这种方法确定降雨径流关系，来查算设计暴雨产生的洪水径流量。此外，也有应用下渗曲线法从设计暴雨过程中扣损推求净雨的，但由于此法操作不便，后来又予以简化，采用初损—后损法或平均入损率法推求净雨。

二、汇流计算

小面积设计洪水计算一般采用经验公式。50年代后期编制的实用水文手册和水文图集，均介绍过有关洪峰流量与流域面积之间的指数型经验公式，公式的系数为洪峰模系数。《河北省水文图集》中洪峰流量模系数，是用下列方法确定的:根据462个历史洪水调查数据，点绘洪峰流量与流域面积的关系线，求出洪峰模系数;根据19处长系列资料，进行单站洪峰流量频率计算，反求洪峰模系数;根据推理公式，由暴雨量推求洪峰模系数。将以上三种方法求出的洪峰模系数，点绘在地图上，再结合地形并参照最大24小时暴雨等值线绘制出100年一遇及50年一遇模系数等值线。此外，为了消除流域形状的影响，提出对流域形状系数大于或小于平均情况的修正系数。洪峰流量模系数法在50年代暴雨洪水资料短缺的情况下，满足了当时群众性中小型水利工程建设中设计洪水的需要。

洪峰流量模系数是反映对洪峰流量形成有影响的气候因素和下垫面因素的综合性系数，反映不出除流域面积外各主要影响因素的个性，因此它的适用性受到一定条件限制。河北省水文总站王焕榜于1978年提出以设计洪峰流量与24小时暴雨、流域形状、坡度、面积建立复相关形式的推求洪峰流量的经验公式，该式考虑了影响洪峰流量的主要因素，而且分区给出复相关公式中的系数、指数，这在无资料情况下推求设计洪水，是一次技术上的进步。

中小型工程的设计洪水，比较注重设计洪峰流量，即建筑物的过水能力，不太注重过程，因无多大调节库容。由此，对设计洪水过程线的处理比较简单，可以用概化的三角形过程，也可用给定纵、横坐标概化过程线。1979年省水文总站编制的《河北省平原地区中小面积除涝水文计算手册》中提出以下过程线绘制办法:洪水起涨部分概化为由起涨历时与洪峰流量组成的直角三角形，退水部分配以由美国学者提供的简单过程线。

1979年根据水电部下达的编制《河北省中小流域设计暴雨洪水图集》的任务，由河北省水利厅设计院与河北省水文总站合作，组成编图小组共同承担编制任务。该图集中的设计洪水过程线，在太行山、燕山迎风区采用的是瞬时单位线。在确定瞬时单位线的两个参数时，张治怡提出建立以单位线滞时与净雨强度、流域坡度、流域不对称系数多元非线性相关关系。选用22站100次洪水，通过计算机优选参数，计算次洪水过程时，可根据不同雨强和不同下垫面条件计算出设计洪水过程线;背风山区采用推理公式计算洪峰流量，在分析单站汇流参数m与洪水径流深关系的基础上，确定单站汇流参数，再建立汇流参数与流域特征参数的关系，求出计算汇流参数的经验公式，根据汇流参数计算设计洪峰流量，再配上概化过程线即可得设计洪水过程线。该图集经审查验收，评价为“资料基础好，计算途径合理，成果质量高，达到了验收标准要求，可作为中小型(100～1000平方公里)水利水电工程规划阶段设计洪水计算的依据”。

三、设计洪水频率的分析

新中国成立初期，河北省有些水利工程设计洪水采用“实测最大洪水加成”的办法来推求洪峰流量及过程线。之后，为适应大规模水利建设的需要，设计洪水研究有了迅速发展。1952年，在官厅水库设计洪水计算中，采用频率计算法推求千年一遇洪峰流量，并将典型洪水放大绘制出设计洪水过程线。不久在有资料条件河流上也逐步采用频率计算的方法。但当时各河洪水系列较短，代表性很差，加之对频率分析方法的定线等主要技术环节还缺乏经验，对流域特大暴雨洪水的规律又认识不深，致使设计的洪水成果普遍偏小。

1956年汛期，海河流域发生了一场大暴雨洪水，滹沱河黄壁庄站8月4日实测洪峰流量达13100立方米每秒，超过当时进行流域规划计算的千年一遇洪峰流量12600立方米每秒。这一问题出现使水文界对暴雨洪水有了新认识，开始重视在设计洪水中考虑历史洪水问题，但对历史洪水及其相应重现期的确定又研究不够。有时在同一条河流和同一个地点，对同一次历史洪水进行多次调查，虽然各次调查的洪水痕高程相差不多，但计算出来的洪峰流量往往相差较大。主要原因是对特大洪水的河道糙率如何选定缺乏经验，计算取值时又偏保守，致使历史洪水推算值一般偏低。如滹沱河黄壁庄站的几次调查洪水，1955年调查1853年洪峰流量为9000立方米每秒，1977年调查同一年洪峰流量为18300立方米每秒，70年代的调查成果比50年代的调查成果偏大1倍多，就是由此造成。

自60年代以来，由于重视了调查洪水和历史文献的考证，分析论证历史洪水的重现期做得较细，使历次设计成果值比较稳定。60年代的成果与70年代以来的成果比较，其比值多在0.9～1.2左右。

在淮河“75·8”特大暴雨洪水发生后，河北省成立由水文、气象部门联合组成的可能最大暴雨等值线图编制小组，并探求由可能最大暴雨转化为可能最大洪水的计算，编制了《可能最大24小时暴雨等值线图》及《中小流域设计洪水查算图表》，同时采用以可能最大洪水及频率分析等多种方案对大中型水库进行洪水复核计算。通过这一段工作，使广大水文工作者更重视对大暴雨成因和机制的研究，也为水文、气象两门科学的相互渗透、发展开创了新的前景。

自70～80年代以来，河北省出现了比较长时期的平枯水段，使洪水计算中长系列的均值有所减小和变差系数有所加大的趋势，这一结果对稀遇洪水设计值影响不大，而对常遇洪水，长系列的成果则一般偏小，如10年一遇的设计洪量值，约减小15～40%左右。

从误差理论考虑，频率分析采用的资料系列越长，抽样误差越小。尤其对设计洪水而言，一般需推求百年一遇，千年一遇的稀遇洪水，故要求的资料系列应更长为好，由此看来，现在河北省大部分站积累的洪水资料系列还嫌较短，加入历史洪水是弥补资料短缺的好方法。