第1章 绪论
　　联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告（IPCC AR5）指出，21世纪末，大部分的陆地区域可能表现出强降雨事件的频率或强度的增加。在气候变化与城市化背景下，暴雨洪水灾害损失风险加剧，给人民生命安全带来极大威胁（尹卫霞等，2016）。中小流域（流域面积小于1000 km2）是暴雨洪水灾害的重点灾害区，据统计，一般年份中小河流的水灾害损失占全国水灾害总损失的70%～80%，2000～2010年水灾造成的人员伤亡有2/3以上发生在中小河流（水利部水文局和长江水利委员会水文局，2010）。中小流域是水文单元、自然生物单元、社会经济政治单元和资源管理规划单元，中小流域综合治理的效益分析与评价是检查验收流域生态经济系统建设和可持续发展的有效手段（戴全厚等，2005）。
　　在进行面广量大的中小型水利水电工程规划设计时，经常遇到某一中小流域缺乏径流实测资料的情况，或者只有短期实测资料但无法展延、流域产汇流参数无法获取等情况。2003年7月，针对无资料流域的水文预报研究，国际水文科学协会在第23届国际大地测量和地球物理学联合会大会上正式启动了一个名为PUB（prediction in ungauged basins）的国际水文计划（Dogulu and Kentel，2017；Hrachowitz et al.，2013；刘苏峡等，2005；谈戈等，2004）。无资料地区（ungauged basins）的定义为：没有足够的水文设施来确保实际应用对一定空间尺度上的资料（降水、径流、泥沙、水质、侵蚀率等）的需求的地区（柴晓玲，2005）。PUB地区主要研究方法为：①直接将有资料地区流域水文信息应用于无资料地区，即移植；②采用遥感卫星、雷达、无人机等方法直接获取无资料地区流域的资料；③建立具有物理机制的流域水文模型，通过利用流域物理属性减弱水文模拟对水文资料的依赖；④建立水文气象耦合模型，并在实际应用中结合使用（李红霞，2009）。
　　党的十八大报告指出：“加大自然生态系统和环境保护力度。良好生态环境是人和社会持续发展的根本基础。”随着经济社会的发展，中小河流的治理已成为人民生产生活迫切需要解决的问题。由于我国幅员辽阔，各地的地形地貌、地质、植被与土壤、水文气象、人类活动等山洪灾害的环境影响因素差异较大，山洪灾害规律、成因和机制也都不尽相同，从而导致区域暴雨洪水灾害的防治措施也有较大差别（万小强，2016）。产汇流计算是流域降雨输入与径流输出的量化过程，是预防和解决暴雨洪水灾害的有效途径。在一定的空间尺度上，产汇流计算是一个复杂的过程，受气候因素（雨型、降雨历时、降雨强度即雨强等）和下垫面因素（地形地貌、土壤、植被等）影响（李军等，2014）。产汇流参数化方法是综合考虑当地流域下垫面特性，率定出水文特征值的经验公式（栗雪峰等，2014；苏乃友，2012）。地理综合法依据水文现象所具有的地区性和地带性分布特征，综合气候、地质、地貌、土壤、植被等自然地理要素，分析水文要素的地理分布规律，利用已有的水文资料建立地区性经验公式，绘制水文特征等值线图，可以有效地解决设计条件下参数外延（单站综合）和地区移用（地区综合）的问题（张恭肃等，1984）。
　　对中小流域设计暴雨计算方法进行对比分析、设计洪水计算方法进行汇总并分析其适用性、揭示设计洪水过程产流机制及参数化、设计洪水产汇流参数计算和综合、针对暴雨洪水事件开展设计暴雨洪水同频率验证、检验设计暴雨洪水同频率假定的合理性、推算暴雨洪水组合遭遇条件下的设计水平值，对于缺少部分年份资料或无资料地区暴雨洪水灾害的防治具有十分重要的现实意义。
　　1.1 我国洪水灾害分布及特点
　　1.1.1 洪水灾害时空分布
　　1. 洪水灾害在空间上的分布
　　我国洪水灾害的地域分布范围很广，除荒无人烟的高寒山区和戈壁沙漠外，全国各地都存在不同程度的洪水灾害。由于受地面条件及气候等多种因素的影响，灾情的性质和特点在地区上有很大差别。一般来说，山地丘陵区洪灾，由于洪水来势凶猛，历时短暂，破坏力很大，常常导致建筑物被毁，人畜伤亡，但受灾范围一般不大；平原地区洪灾，主要由漫溢或堤防溃决所造成，积涝时间长，受灾范围广。此外，东部地区灾害发生的频率大于西部地区，尤其是从辽东半岛、辽河中下游平原，沿燕山、太行山、伏牛山、巫山至雪峰山等一系列山脉以东地区，到南岭以南西江中下游。这些地区处于我国主要江河中下游，受西风带、热带气旋等气象因素影响，暴风雨频繁，且强度大，常发生大面积洪涝灾害。
　　2. 洪水灾害在季节上的分布
　　我国位于欧亚大陆东部，太平洋西岸，西南部距印度洋很近，地势西高东低，大部分处于中高纬地带，受地理位置、地形因素及气候的影响，全国大部分地区存在洪水灾害威胁，一年四季水灾害皆可发生。冬季，北方地区冰凌洪水引发的灾害主要发生在黄河干流宁蒙以下河段及松花江哈尔滨以下河段。在封冻期和解冻期，大量冰凌阻塞，形成冰塞或冰坝，致使水位壅高，漫溢堤防，形成洪灾。在南方有些地区也可能发生洪灾。如1982年11月下旬，浙江东部沿海地区发生了严重的洪灾，但这种情况较为少见。春季，主要是华南地区前汛期暴雨引发的洪灾，西部地区则会出现融雪洪水造成的洪灾。夏、秋季，是一年之中发生洪灾*多的季节，并且洪灾范围广、历时长、灾情重，七大江河重大洪涝灾害均发生在这一时期。
　　1.1.2 洪水灾害统计
　　洪水是导致经济损失尤其农业经济损失*为严重的一种自然灾害。根据邓拓先生的研究统计，从公元前206年到1911年的2116年间，共发生洪水灾害1011次，大约平均2年发生一次。20世纪，导致人员伤亡与经济损失严重的洪水灾害共有22次，其中，半数发生在中国，参见表1-1（洪文婷，2012）。
　　表1-1 20世纪中国重大洪水灾害事件
　　1.1.3 致灾原因
　　洪水灾害有经济社会和自然地理的双重属性，具体表现为它的形成与发展主要受降雨因素、地质地貌因素及经济社会因素。
　　1. 降雨因素
　　降雨因素是诱发洪水灾害的直接因素。降雨量、降雨强度、降雨历时和降雨时空分布共同作用了洪水灾害的发生。
　　1）降雨量
　　降雨量大在多数情况下意味着降雨强度（简称雨强）高，在一定的下垫面条件下，容易产生河流洪水灾害、滑坡灾害和积水等情况。
　　2）降雨强度
　　高强度的降雨是引发洪水灾害的主要原因之一。河流洪水灾害的发生主要是强降雨迅速汇聚成强大的地表径流引起的。
　　3）降雨历时
　　在相同的降雨强度下，降雨历时越长，灾害的规模和程度越大，也意味着有更多的降雨量。
　　4）降雨时空分布
　　降雨时空分布即为降雨的时间分布和空间分布，时间分布决定雨峰在时间上的位置，空间分布决定雨强在空间上的位置。这两点均影响着洪水在流域的汇集情况、洪峰出现的时间等。
　　2. 地质地貌因素
　　地质地貌因素是引发洪水灾害的物质基础和潜在条件，影响着洪水灾害的特性和规模。
　　1）地貌类型
　　在山洪灾害形成的基本条件中，地貌条件是相对稳定的，变化也较为缓慢。山峰海拔较高，暖湿空气在运动中遇到山岭后会沿着山坡上升，水汽在上升过程中由于温度的降低而凝结成云并*终形成地形雨。地形雨多降落在山坡的迎风面，而且往往发生在比较固定的高度和地点，因此山丘区的暴雨大于平原，为山洪灾害的形成提供了充足的水源。
　　2）地面起伏
　　山洪灾害受地面起伏的影响主要表现在两个方面：一是为河流洪水灾害、泥石流灾害的产生提供了势能条件；二是为滑坡灾害、泥石流灾害提供充足的固体物质条件和滑动条件。
　　3）地质岩性
　　地质岩性条件也是洪水灾害的重要影响因素，不同岩性影响着下垫面集水情况。
　　3. 经济社会因素
　　随着社会经济的发展，人类活动逐步向广度和深度发展。铁路公路的铺设、大中小水坝的建立、森林集中砍伐、城市下垫面条件等，人类活动不断地改变着自然环境，影响了流域下垫面条件，改变了流域蒸发、下渗、径流等水文特征，从而改变了流域水文循环过程，促使水文特征发生了变化。而水文特征的变化又会使得水文分析计算产生误差，分析出的水文规律与实际不符，严重影响流域水资源的开发利用，这些改变都在影响着地表原有的结构，影响着洪水灾害的发生。
　　1.2 广东省洪水灾害分布及特点
　　1.2.1 灾害时空分布
　　广东省暴雨分布具有明显的季节特征。全年均有可能出现暴雨，但以4～9月汛期比较集中，占全年的85%以上，非汛期（10月至翌年3月）特别是11月至翌年2月出现暴雨的概率很小。广东省北部和南部部分站点分布以前汛期（4～6月）、后汛期（7～9月）暴雨为多，年内分布为单峰型，峰值分别为5～6月和8月，全省平均总暴雨日数年内分布呈双峰型特征，峰值分别在前汛期5～6月和后汛期的8月。暴雨分布在时间上为从北向南推进的过程，北部地区开始和结束均较南部早（叶长青等，2012）。
　　例如，2010年9月21日受台风“凡亚比”影响，曹江上游出现了超过200年一遇的洪水，马贵站12 h雨量达677 mm，日降水达到829.7 mm，达1000年一遇，为稀遇暴雨；2013年8月14日受台风“尤特”影响，袂花江上游利垌站3 h雨量达301 mm，24 h雨量610 mm（于琦等，2016）；1994年6月8～18日，西江、北江流域出现的大面积大暴雨、局部特大暴雨情况，导致该流域出现大规模的洪涝灾害，严重的灾害致使424万人受灾，洪水直接造成经济损失高达102.3亿元。诸如此类的大暴雨和特大暴雨给广东省带来严重灾害，制约了广东经济社会的发展，因此，开展中小流域设计暴雨洪水计算研究至关重要。
　　1.2.2 灾害统计
　　广东地处低纬，濒临南海，暴雨洪水频繁，24 h*大降雨量可达800～900 mm。洪涝灾害造成的损失巨大。
　　1959年6月，东江流域大洪水，淹没农田15.93万hm2，死亡78人。
　　1982年5月，北江流域发生特大洪水，清远24 h*大暴雨量达640.6 mm。韶关、肇庆两地区共倒塌房屋16万间，死亡493人，直接经济损失约4.4亿元。
　　1994年6～7月，北江、西江流域连续两次特大暴雨洪水，共21市、72县（次）受灾，倒塌房屋56万间，死亡245人，直接经济损失170亿元。
　　1997年5月上旬，北江流域受罕见暴雨洪水袭击，广州、清远、韶关共死亡112人，直接经济损失10.3亿元。
　　1998年6月中下旬，西江、北江流域及粤西部分地区发生特大暴雨洪涝，23～25日，阳春市暴雨中心地区降雨达1200～1300 mm，西江洪水达百年一遇。全省死亡94人，直接经济损失51.6亿元。
　　2005年6月18～25日，全省出现特大致洪暴雨，西江、东江、北江、韩江及东南沿海大小河流均发生洪水，西江洪水超百年一遇。443万人受灾，65人死亡，倒塌房屋40多万间，直接经济损失49.7亿元。
　　2008年5月下旬至6月中旬，广东省出现自新中国成立至当时*严重的“龙舟水”，全省平均雨量626 mm，较常年同期多1倍，为历史同期*多。全省直接经济损失64.5亿元，死亡33人。
　　据《高州县志》《高州市水利志》《广东省洪水调查资料》记载，历史上发生山洪灾害22起，死亡人数229人，直接经济损失约37.77亿元。典型灾害描述如下。
　　1954年4月21～27日，高州县（现高州市）七天降雨量242.3 mm，而4月25～27日三天就降水214.6 mm。重灾区有6个区共61个乡，受浸面积27万亩，冲毁不少水利设施，如河堤、桥梁等，房屋倒塌，死伤34人。政府组织干部、学校师生参加救灾，发放救济款10多万元，各种货款30多万元，帮助灾区群众，度过灾荒，重建家园。