济宁市山丘区小流域山洪预报方案探讨

刘 驰 赵长河 李亚男

一、引言

按照水文气象资料条件，山东省济宁市山洪灾害防治区小流域可以分为三类：（1）有详细资料小流域；（2）无资料小流域；（3）有短系列降雨资料小流域。其中有详细历史雨洪资料小流域数量极少，多数是无资料和有较短系列降雨资料小流域，且短系列资料也多数是新建站点，积累的降雨场次资料相对较少。

可应用于济宁市山丘区小流域山洪预报的方法，产流方案有降雨径流相关图、初损后损法，汇流方案有推理公式法、瞬时单位线法和经验公式法等，另外还有分布式水文模型HEC-HMS。

二、无资料小流域山洪预报方法

目前，济宁市大部分山区小流域属于缺少历史水文资料的区域，因此其山洪预报大多数属于无资料地区的山洪计算问题。

山区洪水的大小除了与降雨总量、降雨强度有关外，还与流域土壤饱和程度或前期影响雨量密切相关。当土壤较干时，降水下渗大，产生地表径流则小；反之，如果土壤较湿，降水入渗少，形成地表径流大。随着流域土壤饱和程度的变化，山洪预警临界警戒雨量值也会随之发生变化。因此，基于流域土湿实时动态的山洪预警方法研究很有必要。

流域平均土壤含水量也是决定产流过程的重要因子，是流域调蓄作用的门槛值，而山洪评价中普遍使用的《山东省水文图集》里的流域平均蓄水容量（60mm）是偏小的，据有关研究结论，该数值在半干旱半湿润的山东地区应约为80～100mm。

基于济宁市山洪防治区内几十个小流域的山洪评价分析以及典型小流域的多种方法比较及洪水验证研究，发现降雨径流相关图与推理公式法结合可以较好地进行济宁市无资料小流域的暴雨洪水计算。但《山东省水文图集》中的降雨径流相关图已历史久远，已难以匹配近40年人类活动和气候变化导致的水文响应规律的变化，亟需更新。

另外，在HEC-HMS软件系统中，选择SCS曲线法或初损后损法、SCS单位线及运动波方法，也可以较好地进行无资料地区的山洪模拟，不过该方法对水文模拟经验的要求较高。

三、有短系列降雨资料小流域的山洪预报方法

山丘区小流域多处在监测站点控制范围之外，所以大多数都没有实测的降雨流量等资料。对于有短期资料但周边没有可参考站的小流域的暴雨参数，可以通过山东省水文图集进行查算。

当少资料小流域附近有具有实测资料的雨量站时，可以通过降雨数据的插补延长和空间插值，得到目标小流域降雨数据。降雨数据的插补展延一般采用近期的多站平均雨量与同期少站平均雨量建立相关关系，如相关关系好，可利用相关线进行插补展延。

由于山区多有地形雨发生，导致山丘区降雨的空间分布特征与地形等要素的地理空间分布具有密切的关联，因此，综合分析各种插值方法的原理，地质统计学中的克里格插值法是最优选择，推荐使用考虑地形因子的克里格插值方法，引入地面高程信息作为影响降雨的第二控制因素，进行短系列降雨资料的插补延展，从而获得足够长度的降雨序列，再推求相应的设计暴雨。

基于济宁市山洪防治区内几十个小流域的山洪评价分析，以及典型小流域的多种方法比较及洪水验证研究，推理公式法比较适合应用于济宁市山丘区小流域的暴雨洪水计算，而瞬时单位线法和经验公式法计算结果往往偏大。

在设计洪水的计算中，宜选择降雨径流相关图法（或初损受损法）和推理公式法结合，进行暴雨洪水计算。对有经验的工作人员，也可以选择适用于无资料地区的水文模型方法，比如HEC-HMS软件系统中的“SCS曲线法+SCS单位线+运动波”方法组合。

四、有长系列资料的小流域山洪预报方法

对于有详细水文气象资料的山区小流域，可以直接依赖历史水文气象实测资料，通过参数率定和验证构建流域水文模型进行山洪预报，比如使用HEC-HMS模型系统。

随着济宁市山洪灾害防治项目的开展，山洪预警非工程措施的建设，水文站网正在逐渐完善，并将达到对全市山丘区的全面覆盖。高密度的水文站网将大大提高流域面雨量的估算精度，未来卫星云图、天气雷达估计降雨技术的应用也将在一定程度上弥补地面监测站网的不足。

随着这些高精度水文气象数据的逐渐积累，山洪防治区的基础水文气象资料在未来几年将发生实质性的改变，为引入更加精确的山洪计算方法提供了坚实的数据基础。当山洪观测数据有一定积累时，可进一步修正传统经典计算方法的参数，使其更加本地化、实用化；同时研发先进的分布式山洪实时预报模型，吸收遥感和地理信息系统技术带来的新鲜数据源，应用多源降雨信息融合、数字高程模型（DEM）等技术，结合山洪易发地区的地形、地貌、土壤植被、土地利用类型等流域特征，建设山洪灾害防治信息化及智慧型系统，进行大范围、高精度的山洪预警预报。在山洪预警体系中，整合气象预报、山洪预警物联网和计算机实时预警软件系统，争取防御山洪灾害的主动性，实现山洪早期预警。

五、结论

（1）对无实测降雨资料或系列较短的山丘区小流域，设计洪水的计算中，宜选择降雨径流相关图法（或初损受损法）和推理公式法结合，进行暴雨洪水计算。

（2）对于有详细水文气象资料的山区小流域，可以直接依赖历史水文气象实测资料，通过参数率定和验证，构建流域水文模型进行山洪预报，比如使用HEC-HMS模型系统。

（3）HEC-HMS模型系统的部分方法比较适用于济宁市山丘地区小流域的暴雨洪水计算,但考虑到其对资料的要求比较高，且相对于传统方法，其建模过程相对复杂，故只推荐在有条件的情况下使用。在一般情况下，降雨径流相关图（或初损后损法）和推理公式法结合即可满足要求