水利工程师论文西藏稀缺资料地区洪峰流量推求

　　摘要：洪峰流量是水利工程规划设计、工程建设和运营管理的重要依据，对水利工程的投资规模和安全运行有着重要的意义。西藏地区主要水文测站实测洪峰流量（InstantaneousPeakFlow，简称：IPF）资料稀缺，而按水位计算整编的日径流资料（MeanDailyFlow，简称：MDF）相对较多。通过构建实测资料时段的洪峰流量与对应日平均流量间的函数关系，基于长序列的日径流资料估算洪峰流量，延长洪峰流量序列，为设计洪水提供数据支撑。研究结果表明：（1）西藏地区主要水文测站IPF～MDF函数关系稳定，利用这种函数关系由实测MDF推求的IPF误差均在10%以内，且延长后的IPF序列频率分析计算结果更加合理；（2）对于实测MDF序列缺乏的测站，可以通过气象资料驱动HIMS系统水文模块（HydroInformaticModelingSysterm）拓展MDF序列，在此基础上推求IPF序列。基于HIMS系统水文模块对西藏三条典型河流（年楚河、拉萨河和尼洋河）的日径流序列进行了模拟，结果表明，模型对日径流整体过程与高流量值的模拟效果均良好。进而利用模型延长的MDF序列以及构建的IPF～MDF函数关系拓展了西藏三条典型河流2000年-2010年间的IPF序列。

　　关键词：水利工程师论文,西藏,稀缺资料地区,HIMS模型,洪峰流量,日平均流量

　　1研究背景

　　受到交通、经济、技术条件的制约，水资源与水电资源的开发程度都非常低。以水电为例，截止到2007年，水电开发利用率仅为0.4%左右，开发潜力巨大。伴随着中国未来巨大的能源需求，西藏将成为中国未来水电开发的重点区域[1]。

　　在西藏地区开展水利工程或一些涉水基础项目的建设，特别是防洪减灾与洪水风险评估时，都需要进行洪水计算与频率分析。洪峰流量是洪水三要素（洪峰流量、洪水总量和洪水过程线）中最主要的要素。在缺乏实测洪峰流量的西藏地区，确切地估算洪峰流量及其频率是急需解决的问题，是对西藏水文研究的重大挑战。此项研究对防洪抗险以及对水利工程的投资规模和安全运行有着重要意义[2]。

　　目前，利用实测流量资料和暴雨资料进行洪水频率分析是两种最基本、最可靠的设计洪水计算方法。由实测流量推求设计洪水一般需要30年以上的实测流量数据[3]，由暴雨推求设计洪水需要一定密度的气象站网和一定精度的短历时降水资料作为输入，以及一定时间序列的流量资料进行模型率定和验证。然而西藏地区水文气象测站极其稀少，水文测站控制面积大多在1万km2以上，更是缺乏中小流域测站，且已公布的水文年鉴时间序列不足30年，数据往往存在时间序列短、缺测、误测等问题。所以，传统的洪水频率分析方法在西藏地区往往无法应用。

　　在西藏有限的水文资料中，径流数据多为日平均流量。无论是站点数目还是时间序列长度，日平均流量资料都明显多于洪峰流量资料。日平均流量与洪峰流量是洪水在不同时间尺度上的表现，因此，建立洪峰流量与对应日平均流量之间的关系，从而延长洪峰流量序列。由日平均流量推求洪峰流量主要有两种方法：第一种方法是用包含洪峰流量在内的连续日径流数据推求洪峰流量；第二种方法是建立洪峰流量与对应的日径流量、流域特征之间的函数关系。Sangal[4]是第一种方法的开创者，其利用包含洪峰流量在内的连续三日平均流量数据推求洪峰流量。Fuller公式[5]是第二种方法中最早被普遍接受的一种方法，其认为洪峰流量与对应日平均流量的比值随流域面积增大而减小。许多学者在Fuller公式基础上，提出了各自研究区洪峰流量与日平均流量的关系[6-7]。相比于Fuller公式，Sangal公式需要的数据更多，且对于面积大于1000km2的流域，其计算结果往往比实测值偏大[8]。因此，本文以Fuller公式函数形式建立西藏主要水文测站实测洪峰流量与对应日平均流量间的关系。在此基础上，利用实测和水文模型模拟的长序列日径流资料延长洪峰流量序列，以期为西藏地区涉水工程设计洪峰流量的计算提供参考。

　　2研究区概况与资料来源

　　西藏自治区地处世界上最大最高的青藏高原，即“世界屋脊”。西藏是青藏高原的主体部分，平均海拔4000m以上，总面积约120万km是亚洲与中国主要江河的发源地。西藏地区地形复杂，导致降水空间分布差异大，年降水量自其东南部的5000mm，逐渐向西北递减到50mm。降水量年内分配极不均匀，大多地区汛期降水占全年降水的80%以上[9]，集中的降水经常导致山洪暴发，因其山体滑坡、泥石流等局部突发性山洪灾害，给当地人民生命财产和水利工程的安全运行造成了极大威胁。

　　在全国来看，西藏自治区是水文气象观测站网密度极其稀少的地区。在世界范围内也是无资料流域水文计算（PUB，PredictionsinUngaugedBasins）研究最具挑战性的一个地区。西藏自治区水文测站的平均密度约为50000km2/站，单站控制面积是我国东部地区（约1000km2/站）的50倍左右，可见其实测径流资料的匮乏。西藏洪水径流的组成包括了降水补给、地下水补给、融雪补给等多种补给类型，但是，径流形成受人类活动影响小。本文径流数据来源于西藏自治区水文年鉴：《藏滇国际河流水文资料》（1955年-1982年），主要为雅鲁藏布江流域径流数据，不包括澜沧江、怒江流域。水文测站总数目为24个，且其中数个已停测。在西藏自治区120万km2面积上仅有实测洪水流量过程资料的测站为14个。1982年-2000年部分测站日径流资料以及部分气象测站资料由西藏自治区水文水资源勘测局提供。国家气象站数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//cdc.cma.gov.cn/home.do），测站数目39个，时间尺度为日均值，时间截止为2010年12月31日。西藏自治区主要水文测站及径流数据情况见表1。