梁海宏，黃一帆，李文輝

（寶雞市渭河攔河閘工程管理處，陜西 寶雞 721000）

在河流的洪水計(jì)算中，通常因資料的缺乏而無法對(duì)河道洪水進(jìn)行較為準(zhǔn)確的推求，進(jìn)而在實(shí)際運(yùn)用中通常借助相似流域資料對(duì)研究流域進(jìn)行比擬或經(jīng)驗(yàn)推求洪水[1]，但由于推求方法的不同導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果也相應(yīng)出現(xiàn)差異性。本文主要選取伐魚河作為本次討論的典型流域，通過面積比擬法、經(jīng)驗(yàn)公式法、暴雨推求洪水法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)四種不同的方法對(duì)其天然流域進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合計(jì)算過程中不同的依據(jù)，綜合性的對(duì)比分析伐魚河洪水計(jì)算中四種不同方法的適用性和準(zhǔn)確性。

1 洪水計(jì)算

1.1 概況

伐魚河，也稱磻溪河，古稱磻溪，屬黃河支流渭河南岸（右岸）支流，即傳說姜太公垂釣之的河流。流域面積155.1 km2，總長(zhǎng)26.3 km，平均比降3.16‰，年徑流量為8050萬m3。流域內(nèi)主要為花崗巖區(qū)，海拔高程為594～2400 m。河谷切割較深岸坡約為 50°～60°。

1.2 洪水計(jì)算

（1）面積比擬法

伐魚河缺乏水文資料，本次選取益門水文站1956～2009年54年實(shí)測(cè)洪水資料，用矩陣計(jì)算參數(shù)作為初始值[2]，采用P-Ⅲ型曲線目估適線，在適線時(shí)著重考慮曲線中、上部的較大洪水，適當(dāng)考慮下端較小的洪水點(diǎn)據(jù)，統(tǒng)計(jì)參考及不同頻率洪峰流量及洪水總量見表1。

表1 益門鎮(zhèn)水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表單位：m3/s；萬 m3

利用公式：

用面積比擬法計(jì)算的伐魚河洪水結(jié)果見表2。

表2 經(jīng)驗(yàn)公式法洪水計(jì)算結(jié)果表 單位：m3/s

（2）經(jīng)驗(yàn)公式法

利用公式：

用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算的伐魚河洪水結(jié)果見表3。

表3 經(jīng)驗(yàn)公式法洪水計(jì)算結(jié)果表 單位：m3/s

（3）暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水

本方法主要根據(jù)《寶雞市水文使用手冊(cè)》及流域的水文特征值計(jì)算流域不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量及其分配過程，并用下滲曲線扣損后求得凈雨過程，然后按推理公式法計(jì)算匯流，并推求出伐魚河洪峰流量。

首先在《手冊(cè)》中提供的不同歷時(shí)點(diǎn)暴雨量等值線圖及變差系數(shù)CV等值線圖可分別查到伐魚河重心處1 h、3 h、6 h和24 h暴雨量及其CV值，并按CS=3.5CV及P-Ⅲ型曲線提供的Kp值求得不同頻率下的點(diǎn)暴雨量，再利用第二步利用點(diǎn)面系數(shù)計(jì)算公式：

結(jié)合秦嶺北麓、西部山區(qū)設(shè)計(jì)暴雨分區(qū)點(diǎn)面系數(shù)αt、指數(shù)βt，計(jì)算得到的流域不同頻率不同歷時(shí)的面暴雨量，見表4。

表4 流域不同頻率面暴雨量計(jì)算成果表 單位：mm

第三步對(duì)設(shè)計(jì)面暴雨量進(jìn)行時(shí)程分配后進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算，最終得到 Qm～t與 Qτ～τ關(guān)系曲線圖，見圖 1，其交點(diǎn)即為所求。

圖 1 Qm～t與 Qτ～τ 關(guān)系曲線圖

用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水法計(jì)算的伐魚河洪水結(jié)果見表5。

表5 洪峰流量圖解法計(jì)算結(jié)果表 單位：m3/s

（4） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬在學(xué)術(shù)中運(yùn)用較廣，因此本次選用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬模型進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比分析。以伐魚河釣魚臺(tái)水庫(kù)出險(xiǎn)加固計(jì)算資料為基礎(chǔ)，分別選取100年、50年、30年和20年洪水作為響應(yīng)變量，不同頻率下降雨量x1，蒸發(fā)量x2及水庫(kù)下泄水量x3作為自變量，將不同頻率降雨量、蒸發(fā)量及水庫(kù)下泄水量作為輸入因子，釣魚臺(tái)水庫(kù)除險(xiǎn)加固計(jì)算成果中30年洪水作為輸出因子，建立模型，通過訓(xùn)練得到Qh2＜0.0975即可，最終利用模型預(yù)測(cè)其與頻率洪水。具體30年頻率下各因素相關(guān)系數(shù)表和最終訓(xùn)練成果表。

表6 相關(guān)系數(shù)表

表7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算結(jié)果表 單位：m3/s

2 方法對(duì)比分析

通過用三種不同的方法對(duì)伐魚河洪水的計(jì)算，結(jié)果見圖2。

圖2 不同方法污水計(jì)算結(jié)果

（1）本次主要針對(duì)流域水文資料缺乏時(shí)進(jìn)行的對(duì)比計(jì)算，且洪水計(jì)算結(jié)果僅考慮天然河道下的洪水結(jié)果。

（2）面積比擬法主要借助水文資料齊全的相似流域進(jìn)行比擬計(jì)算，且要求控制面積之差不能大于20%，對(duì)于小流域適應(yīng)性較差，同時(shí)此類方法局限性較大，且在流域相似性等方面難以準(zhǔn)確估量，因此本方法利用率較低。

（3）本次計(jì)算結(jié)果中相對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式法，暴雨推求法計(jì)算的洪水在偏大17.8%～27.1%之間，相對(duì)推理公式法偏大0.82%～17.4%之間，從安全角度分析，暴雨推求法更具適應(yīng)性，但依據(jù)近些年河道實(shí)際調(diào)查，多年河道徑流深無法達(dá)到本次計(jì)算結(jié)果，因此在工程設(shè)計(jì)中考慮到安全角度更適合。

（4）經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算結(jié)果介于本次三種方法之間，從折線圖看，結(jié)果更優(yōu)，但局限性較大。

（5）暴雨推求法相對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式法，洪水計(jì)算結(jié)果在低于百年一遇時(shí)偏差較大，而相對(duì)推理公式法計(jì)算結(jié)果同樣在低于百年一遇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)偏差增大，原因和計(jì)算原始數(shù)據(jù)來源可靠性相關(guān)，導(dǎo)致模擬序列延展性出現(xiàn)不同趨勢(shì)。

（6）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬法看似結(jié)果與基礎(chǔ)資料相符度較高，但此方法學(xué)術(shù)性研究利用率較高，在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，很多影響因子資料難以獲取。

（7）經(jīng)驗(yàn)公式法主要依賴于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況及研究工作者的常年經(jīng)驗(yàn)積累而得到的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算洪水，本次計(jì)算結(jié)果中本方法計(jì)算值最低，雖然在操作方面較為簡(jiǎn)單，但潛在存在的風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)驗(yàn)資料難以得到[3]，隨著流域上水利工程的建設(shè)，下墊面和氣象等水文條件也在不斷被改變，因此本方法不僅需要不斷更新，而且實(shí)用性較差，局限性明顯較高。

（8）暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水法主要需要的基礎(chǔ)資料為流域各時(shí)段暴雨資料[4]，本方法計(jì)算結(jié)果較其它方法偏高，在安全角度較為可靠，同時(shí)流域洪水主要來源于暴雨，其無論在推理計(jì)算還是在理論上都較為嚴(yán)密[5]，因此本次對(duì)比結(jié)果中，此方法較為可靠。

3 結(jié)語

通過用四種不同的方法對(duì)伐魚河洪水的計(jì)算，總結(jié)如下：

（1）本次主要針對(duì)流域水文資料缺乏時(shí)進(jìn)行的對(duì)比計(jì)算，且洪水計(jì)算結(jié)果僅考慮天然河道下的洪水結(jié)果。

（2）采用面積比擬法時(shí)主要受到相似流域水文資料齊全性和控制面積之差兩個(gè)要素的影響，同時(shí)也很難精準(zhǔn)界定流域相似度，因此在流域控制面積相差不大的中型流域且水文資料齊全的參政流域?qū)嵱眯暂^高。

（3）經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算的洪水位在計(jì)算過程和結(jié)果中雖然凸顯最優(yōu)，但本次采用《寶雞市水文手冊(cè)》的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式也能試用本次結(jié)果，對(duì)其他省份流域?qū)嵱眯暂^差，總而言之，通用性較差。

（4）經(jīng)驗(yàn)公式法主要依賴于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況及研究工作者的常年經(jīng)驗(yàn)積累而得到的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算洪水，本次計(jì)算結(jié)果中本方法計(jì)算值最低，雖然在操作方面較為簡(jiǎn)單，但潛在存在的風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)驗(yàn)資料難以得到[3]，隨著流域上水利工程的建設(shè)，下墊面和氣象等水文條件也在不斷被改變，因此本方法不僅需要不斷更新，而且實(shí)用性較差，局限性明顯較高。

（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬法看似結(jié)果真實(shí)性較高，但此法對(duì)操作者技術(shù)要求較高及對(duì)不同頻率降雨量等影響因子的把握難以確定和獲取，本次僅僅利用此方案對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行類比分析。

（6）暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水法主要需要的基礎(chǔ)資料為流域各時(shí)段暴雨資料，雖然本方法計(jì)算結(jié)果較其它方法偏高，但在考慮安全性安全角度較為可靠，同時(shí)流域洪水主要來源于暴雨，其無論在推理計(jì)算還是在理論上都較為嚴(yán)密[5]，本次對(duì)比結(jié)果中，對(duì)于平常的設(shè)計(jì)工作，此較為青睞次方法。

（7）總之，四類方法各有優(yōu)劣，當(dāng)小型流域缺乏齊全的水文資料，同時(shí)對(duì)安全性的要求又偏高時(shí)，暴雨推球洪水發(fā)更適用此類情況。相對(duì)學(xué)術(shù)性的河道模擬來預(yù)測(cè)或延展序列方式來推求洪水的方法，此方法更適用于平時(shí)的設(shè)計(jì)工作。