卧虎山流域暴雨洪水特性分析

张甲芳，相　华，林海洋

（济南市水文局，山东 济南 250014）

卧虎山流域暴雨洪水特性分析

张甲芳，相华，林海洋

（济南市水文局，山东 济南 250014）

分析了卧虎山流域暴雨洪水形成条件、特点、产流方式以及洪水参数计算方法，以此为基础确定卧虎山水库洪水预报的相关参数和预报方法。

济南市；暴雨洪水特性；降雨径流相关法；洪水预报

卧虎山流域地处泰山山脉北麓，卧虎山水库的上游源流区，是济南市重要的供水水源地，济南群泉的地下水补给区和水源涵养区，具有调节济南市生态环境的功能。卧虎山水库是汇集锦绣、锦云、锦阳三川之水蓄积而成的，流域控制面积557 km2，其地下多为基岩裂隙含水层，地势上东及东南高，向西北降低，山峰林立，树木茂密，植被较好。多年平均降水量700 mm，雨水资源丰富。降水主要集中在6～9月份，约占全年总水量的70%，而汛期降水主要集中在7、8月份。

1　气象条件

卧虎山流域地处中纬度内陆地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属于暖温带大陆性季风气候，夏季受热带、副热带海洋气团影响，盛行来自海洋的暖湿气流，天气炎热，雨量充沛。形成暴雨的天气系统主要有气旋、台风、冷锋、切变线四种，每种天气系统均有产生暴雨和大暴雨的可能，如有两种以上的天气系统共同影响可能产生大暴雨。卧虎山流域受泰山地形影响，雨量一般较山前为小，暴雨多为气旋雨。

2　暴雨洪水特点

暴雨是流域雨洪计算的基础，暴雨的时程分配和空间分布，影响着整个一场洪水过程的形成。暴雨洪水的特点主要决定于暴雨，除暴雨的成因外，还有暴雨中心落点、暴雨中心移动与否、移动路径、暴雨的面分布、暴雨强度和时程分配等影响。如果暴雨中心分布越近于下游，则汇流历时越短，洪峰出现时间越早，峰量越大，峰形越尖瘦。暴雨中心从上游往下游移动比从下游往上游移动的洪水，汇流更快，峰量更大，更易引起中下游洪水的泛滥。对相同降雨量来说，雨强越大，降雨损失量越小，产流越快，洪峰流量越大，流量过程越尖瘦。另外暴雨洪水特点还受流域下垫面、河道形态等因素的制约。

卧虎山流域暴雨洪水特点一般为突发性强，历时短；暴雨量大，强度高；局地性强，危害重；年际变化大，时空分布不均。由于卧虎山流域地处石灰岩地区，风化岩层较厚，流域的降雨入渗较大，易形成蓄满产流，地表径流产量甚小，洪水过程平缓，退水时间较长，另一方面由于流域内山高坡陡，遇到强度较大的降雨，则易形成超渗产流，形成暴涨暴落的洪水过程。

3　降雨径流计算

降雨径流预报是根据流域上的降雨，预报流域出口站的洪水过程。这种预报方法是以降雨在流域的产流和汇流规律为依据。降雨以后，流域上的产流和汇流现象是相互交错不可截然分割的。实际工作中，为了便于计算，把它分成两部分。即先由降雨预报产生的径流量（净雨量），再由径流量预报出口站的洪水过程。

卧虎山流域的洪水预报是依据蓄满产流的基本原理，采用降雨径流经验相关的方法来进行的。

3.1主要参数计算

1）流域平均雨量P。一般有两种方法来计算。算术平均法和加权平均法。算术平均法简便，适用于地形起伏不大，雨量站分布较为均匀的流域。加权平均法是将流域内各相邻雨量站用直线相连，做各连线的中垂线，这些线相交，将流域分成以各雨量站为单元的多边形，计算出其面积与全流域面积之比，就是各站的权重，以各自的权重乘以本站降雨即可得到流域平均雨量。卧虎山流域的平均雨量计算采用的是算术平均法。

2）前期影响雨量Pa。由于缺乏土壤含水量的实测资料，目前多用流域平均前期影响雨量Pa，作为反映降雨前流域土壤含水量的指标。计算公式如下：

式中：Pa，t、Pa，t+1分别为t日，t+1日前雨量（mm）；Pt为t日的平均降雨量（mm）；K为折减系数，采用0.85。

3）径流深R。一次降雨所形成的径流量，是利用流域出口断面实测的流量过程，经过分割基流和前后期径流（复式洪水）后求得，再除以流域面积转换为径流深（净雨深）以毫米表示。

①基流的分割：一般采用直线斜割法。即从洪水起涨点到地面径流终止点作为直线，斜线以上为地面径流，斜线下为基流。地面径流的终止点要想准确定位较为困难，为克服任意性过大而造成的误差，一般采用峰后N天作为终点，或以终点流量占洪峰流量的比例进行控制。

②复式洪水的分割：若两次降雨的间隔时间较短，前一次降雨形成的洪水过程还没退完，第二次洪水过程又出现，在计算径流量时就要将两次洪水过程分割开。常用的方法是退水曲线法。即从实测资料中分析综合退水期基本无雨的退水过程，以此作为标准按趋势分割。

卧虎山流域的径流深R是用还原后的洪水过程斜割基流，计算出地面径流量，除以流域面积得到的。

4）有效降雨历时Tc。有效降雨历时是指占总降雨量80%的时段降雨的时段数。各站一次降雨的历时，可从降雨记录中的降雨起止时间摘取，遇到降雨量小历时长，或时断时续的情况时，应将主雨前后的小雨历时略去不计。

3.2降雨径流相关图的绘制及应用

1）P～Pa～R曲线。选用多年N次洪水资料，计算各次洪水的流域平均量，前期影响雨量及径流深后，以P为纵坐标，R为横坐标，点绘关系点，在关系点上旁注Pa值，勾绘其等值线得到。

2）P～Pa～R～Tc曲线。此图是在P～Pa～R的基础上加入了降雨历时Tc为参数建立的四变数相关图。降雨历时Tc一般为直线。当P、Pa相同，历时愈短，即雨强愈大，超渗产流量也大。因此，历时等值线的数值应自左向右由大至小排列。

3）R～Tc～Qm曲线。净雨流量Qm为洪峰流量减去基流所得。以有效降雨历时Tc为参数，点绘关系点，通过点群中心并照顾同一R值Qm逐渐减小的趋势定线得到。R，Qm关系接近直线，说明卧虎山上游河道调蓄能力较强。

4）洪水预报综合相关图。以库容为纵坐标、溢洪道的泄流量为横坐标，以闸门开启高度为参数绘制第一象限；以库容为纵坐标、洪水总量为横坐标、开始涨水时的库水位为参数绘制第二象限；以径流深为纵坐标、洪水总量为横坐标，流域面积为参数绘制第三象限；以径流深R为纵坐标、入库洪峰流量为横坐标、净雨历时为参数绘制第四象限而组成。其中还包含水位库容曲线。

计算出流域平均P和Pa，有效降雨历时Tc，查得起涨水位和库容，利用综合相关图，就可预报水库最高洪水位，洪水总量，洪水历时，最大泄量等。将来卧虎山水库建立起洪水预报决策系统，这是一个数学模型，能实现复杂的信息采集、处理和输出就会减轻以前洪水预报繁重的工作量，大大提高洪水预报的时效性和准确度。

4　结语

水文计算与分析是防汛决策的基础，了解和熟悉本流域的暴雨洪水特点，从而制定出科学合理的洪水预报方案，可以为领导和各级防汛部门的防汛指挥、调度、决策的提供重要依据，对降低洪水风险，减少洪灾损失，洪水资源化利用都具有重要意义。

（责任编辑赵其芬）

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1009-6159（2016）-05-0057-02

2015-11-21

张甲芳（1970—），女，工程师