广东省综合单位线在深圳茅洲河流域的应用与评价
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摘要：随着城市建设的发展，不透水覆盖面积不断扩大，用于洪水计算的单位线方法已不能完全适用于城市汇流计算，现行单位线方法推算的基础条件和城市化后的流域汇流条件已有较大区别。以深圳茅洲河流域为例，对广东省综合单位线在茅洲河流域的适用性进行了验证和评价，提出了广东省综合单位线在城市化发展背景下可能存在的问题和需要改进的方向。
关键词：广东省综合单位线;洪水计算;城市汇流;适用性评价;茅洲河流域;深圳
中图法分类号：TV214文献标志码：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2019.05.004
目前，城市小流域水文计算方法有推理公式、单位线和水文模型等方法，其中以推理公式和单位线方法应用较多。但随着城市建设的发展，不透水覆盖面积和排水系统不断扩大，单位线方法已不能完全适用于城市汇流的计算，这主要是因为现行单位线方法推算的基础条件和城市化后的流域汇流条件已有较大区别。近年来，很多学者对暴雨推求洪水的方法进行了新的探讨。黄启有等建立了不同形状小流域推理公式法设计流量表达式;黄国如等探讨了城市中小流域设计洪峰流量计算方法的适应性;李整等对广东省改进综合单位线法在洪峰流量计算中的应用进行了研究。
本次研究以深圳茅洲河流域为例，基于中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司（以下简称“华东院”）在茅洲河流域设立的实测水文雨量站点数据，对广东省综合单位线在茅洲河流域的适用性进行了验证和评价，提出了广东省综合单位线在城市化发展背景下可能存在的问题和需要改进的方向。
1流域概况
茅洲河发源于深圳市境内的羊台山北麓，地跨深圳、东莞两市，流经石岩、光明、公明、松岗、沙井和东莞长安镇等，在沙井民主村汇入伶仃洋。茅洲河总流域面积388.23km2，干流全长约41.61km，其中深圳境内流域面积310.85km2，东莞境内流域面积77.38km2。由于茅洲河上游石岩河及其支流汇入石岩水库后，石岩水库下泄经溢洪道排入铁岗水库，直接排入下游珠江口，并不进入茅洲河流域，因此除石岩水库流域面积（44km2）外，茅洲河流域面积为344.23km2，干流全长30.69km。感潮河段长约13km，下游河口段11.4km为深圳市与东莞市界河。茅洲河口水系见图1。
2广东省综合单位线
广东省综合单位线是通过深入研究纳希瞬时单位线方法，汲取国内外经验，提出的一套具有广东特色的综合单位线。选用了广东省内集水面积为2.3-950km2的50个水文站共639场雨洪对应资料进行分析综合，资料使用到1983年。其基本思路主要包括以下两点。
（1）对于解决水文资料短缺地区中小流域的设计洪水计算问题，综合单位线法是一种可行的办法。该法通过综合流域特征指标与单位线要素或参数，得出经验公式和图表，供相似地区移用。
（2）为消除不同面积和不同计算时段长度对综合单位线的影响，采用无因次单位线ui-Xi，是一种较好的方法。具体做法是将各站纳希单位线的峰顶对齐，求出一条平均单位线，再转换成无因次单位线ui-xi，最后再按全省分区分类平均，得出分区分类的典型无因次单位线供设计使用。
广东省综合单位线示意见图2。其中，时段单位线的定义如下：河流上某一断面的时段单位线是指由t△内净雨强度不变，集水区内空间分布均匀的单位净雨（即1mm）在出口断面形成的地表径流过程线。
3广东省综合单位线适用性评价
3.1基础资料
华东院在茅洲河流域设立了2个雨量站和2个水文站（见图1），其中沙井雨量站位于流域下游位置，楼村雨量站位于流域中上游位置。2个水文站均位于茅洲河流域中上游，因此采用楼村雨量站和2个水文站的雨洪资料，进行雨洪相关分析。
利用2016年6-12月的实测降雨、流量资料，提取其中的所有洪水过程与对应降雨过程，组成72 h历时的雨洪分析资料，干流水文站和新陂头水文站分别有8个场次的雨洪资料，见图3-4。由图可见，干流水文站和新陂头水文站第8个场次的洪水过程均存在较大的基流，与降雨过程不完全对应，因此不作为样本进行研究。
3.2单位线法初始模拟成果
采用广东省综合单位线法，根据实测降雨过程来模拟流量过程。干流水文站和新陂头水文站的7个场次流量模拟结果见图3-4。由于每场洪水过程仅有72个流量值，计算单场次洪水过程的评价指标如纳什效率系数（NsE）较不合适。因此，对于干流水文站和新陂头水文站，分别将7个场次的流量过程合并起来后作为一个模拟和实测流量过程计算NSE，干流水文站和新陂头水文站的NSE值分别为0.57和0.36。由此可见，广东省综合单位线法在干流水文站和新陂头水文站模拟的流量成果仍有待提高。
3.3单位线法参数率定
对于广东省综合单位线法中的两个重要参数（单位线滞时m1和24h稳渗率f24），本次研究采用拉丁超立方抽样法（抽样10000次）进行参数率定，采用NSE为目标函数。干流水文站和新陂头水文站的NSE分布情况见图5。由图可见，干流水文站NSE大于0.5的模拟次数超过70%，最大NSE为0.63;新陂头水文站NSE大于0.5的模拟次数不足20%，最大NSE为0.55。两个站点的最大NSE虽没有达到较理想值，但相对于广东省综合单位线法初始参数值模拟的成果，均有一定程度的提高。
干流水文站和新陂头水文站达到最大目标函数值的前10组模拟成果分别见表l～2。由表可见：对于干流水文站，24h稳渗率f24率定结果大概在3.7-3.9范围内，单位线滞时m1率定结果大概在4.13-4.14范围内;对于新陂头水文站，24h稳渗率f24率定结果大概在4.3～4.5范围内，单位线滞时m1率定结果大概在3.56-3.58范围内。
4结论与讨论
根据广东省综合单位线法，茅洲河流域24h稳渗率f24=4.5mm，干流水文站单位线滞时m1初始值为3.56，新陂头水文站单位线滞时m1初始值为2.58。因此，对于24h稳渗率f24，根据综合单位线法，f24=4.5mm。从模型率定成果看，新陂头水文站的f24值按综合单位线法较合理，而干流水文站的f24值按综合单位线法可能会偏大。对于单位线滞时m1，干流水文站和新陂头水文站按综合单位线法计算的m1值均可能偏小。
以上研究的初步结论是基于茅洲河流域实测水文资料而得出的，因此，水文资料的可靠性将是本次研究的关键。目前，华东院设立的干流水文站和支流水文站主要是根据2016年统计的水位一流量关系曲线，通过测量水位来推求流量的。而2016年的水位一流量关系，则是根据几次测流成果而拟定的。根据测量成果，干流水文站的实测水位一流量点据相对较合理，拟合关系相对较好，而新陂头水文站的实测水位一流量点据并没有较理想的相关关系。因此，新陂头水文站的流量数据可靠性存在一定问题，有待进一步分析和验证。干流水文站的水位一流量關系相对较稳定，但实测数据仍存在偏少问题，同样需要更多的实测资料进一步验证其合理性和可靠性。
另外，本研究中采用的所有洪水场次中，可能会存在上游水库泄洪的情况，但受于限制，没有掌握上游水库的泄洪情况和相关资料。如洪水过程中存在水库泄洪的情况，将对研究造成一定影响。
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