北洛河狀頭水文站預報方案修訂

任會民

（陜西省西安水文水資源勘測局 陜西 西安 710068）

狀頭水文站目前采用的洪水預報方案是根據(jù)1984年以前上下游洪峰資料制定的。近年來由于狀頭水文站兩次下遷、區(qū)間水利工程逐漸增多，預報方案需要進行修訂。

1 流域概況

北洛河是渭河兩大支流之一，發(fā)源于陜西省定邊縣白于山南麓的草梁山。河流分為三支，西支為石澇河，中支為水泉溝，東支為亂石川，在吳旗縣匯流后稱為北洛河。河流自西北流向東南，經(jīng)志丹、甘泉、富縣、洛川、黃陵、宜君、澄城、白水、蒲城、大荔至三河口入渭河，全長680.3km，流域面積26905km2，河流平均比降1.98‰。北洛河是一條發(fā)達河流，較大支流有10余條，流域面積大于1000 km2的支流有葫蘆河、沮河、頭道川、周水河，水系呈羽毛型。流域植被森林區(qū)和草地占流域面積的45.7%。

北洛河上、中、下游分別屬陜北黃土丘陵溝壑區(qū)、黃土塬、渭北黃土高原臺塬區(qū)。氣候處在陜北溫帶干旱區(qū)和關中暖濕帶半干旱區(qū)。北洛河多年平均降雨量為555mm，森林覆蓋率25.3%，屬暖溫帶大陸性半干旱季風氣候，年平均氣溫13.3℃，測驗段面順直，斷面河床由泥沙組成。北洛河多年平均天然年徑流量9.97億m3，年平均輸沙量9990萬t。

狀頭站設立于1933年5月，1934年由于修建洛惠渠大壩影響，下遷至澄城縣交道鄉(xiāng)西固市村，改為狀頭（二）站。1997年設施被“94·9”洪水沖毀，下遷至蒲城縣東陳鎮(zhèn)堯堡村，改為狀頭（三）站。2000年受洛河大橋影響，下遷至蒲城縣永豐鎮(zhèn)蔡村西禹公路洛河橋邊，改名為狀頭（四）站。該站地處渭北丘陵區(qū)。流域面積25645km2，距河口里程130 km。洪水主要來源于交口河以上干流，洪峰多為單式洪峰，峰形尖瘦，水位流量關系多成繩套。

狀頭（四）站位于蒲城縣永豐鎮(zhèn)蔡村，東經(jīng) 109°50′，北緯 35°00′，流域面積25645km2，距河口里程130km。該站地處渭北丘陵區(qū)，北洛河下游控制站，國家重要水文站。主要為開發(fā)引洛灌溉工程收集資料，收集北洛河下游段水文特征，掌握該河段水量、沙量、水質變化規(guī)律，為開發(fā)利用北洛河水利資源提供科學依據(jù)，為北洛河下游及三門峽庫區(qū)防汛提供雨水情報、預報，為洛惠渠灌溉管理計劃用水服務。本站測驗有水位、流量、含沙量、水溫、降水量、蒸發(fā)量、水化、泥顆、墑情9個項目。

在狀頭水文站上游157km北洛河干流設有交口河水文站。該站控制河長393km，集水面積17180km2。北洛河交口河水文站至狀頭水文站區(qū)間較大支流有仙姑河、沮河、沙家河、縣西河、白水河、大峪河等，在沙家河上修建有石堡川水庫，白水河上修建有林皋水庫，其中沮河上設有黃陵水文站，見圖1。

2 原預報方案存在的問題

狀頭水文站現(xiàn)采用的是1989年《黃河流域實用水文預報方案》中制定的交口河—狀頭站預報方案，該方案是用1984年以前上下洪峰流量資料，采用區(qū)間平均雨量為參數(shù)，進行洪峰流量相關完成預報的。

近年來，全社會對水情信息的精度需求越來越高，水情信息的采集傳輸處理方式發(fā)生了根本變化，原預報方案已不能滿足水文情報預報業(yè)務發(fā)展的需求，本次修訂有待于精度的進一步提升。原狀頭站洪水預報中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

表1 北洛河交口河—狀頭洪峰流量預報方案選用資料表

圖1 交口河—狀頭站區(qū)間水系圖

圖2 北洛河—狀頭洪峰流量相關圖

圖3 北洛河—狀頭洪峰傳播時間相關圖

（1）由于斷面下遷，原方案中采用的洪峰流量在現(xiàn)斷面一般應偏小。

（2）1989年預報方案最大洪峰流量值為4200m3/s，超出部分無法進行查讀預報。

（3）出現(xiàn)小于500m3/s流量預報欠準的現(xiàn)象。

3 資料選用

收集1932年～2006年交口河—狀頭站上下游出現(xiàn)的洪峰流量資料進行分析。由于交口河站系1952年設立，以前兩站僅采用調(diào)查到的1932年、1940年兩年較大洪水資料。其中對2003年、2005年、2006年的小流量資料進行舍棄，總計選擇1932年～1996年洪水場次55次，包括了大、中、小各種代表年份的洪水。

由于兩站均為國家基本水文站，所收集到的資料中，除有兩次調(diào)查洪水資料外，其余均為實測資料，均真實可靠；雖然狀頭站斷面兩次遷移，但是大的洪峰資料在新斷面變化較小且有規(guī)律，認為具有一致性；兩站預報所采用的資料中，最大洪水均為實測，無需延長，故代表性好?？梢娖滟Y料的可靠性、一致性、代表性均很好。選用資料情況見表1。

選取區(qū)間平均雨量為建立預報的參數(shù)。區(qū)間平均雨量采用交口河、張村驛、黃陵、北塬、狀頭站的平均值。

4 預報要素特性分析

交口河至狀頭河段，平均比降為2.73‰，遠比全河平均比降大，洪峰沿程變化不明顯，但增減趨勢接近于45°線。從兩站洪峰流量過程線上明顯可以看出，交口河洪水已到洪峰，而狀頭站還未起漲或才開始起漲。從峰形上看，如果區(qū)間無降水，狀頭站峰形比交口河更為尖瘦、洪量小；如果區(qū)間普遍降水或由上到下降水遞增，峰形、洪量反之。經(jīng)分析，區(qū)間無降水或降水很小，在交口河洪峰之后，洪峰呈消減，相關點子向左偏；若區(qū)間普遍降水或由上到下降水呈遞增，洪峰也隨之增大，相關點子向右偏，不過各類相似峰的點子比較規(guī)律，形成較明顯的一簇相關線，相關關系比較好。因此，根據(jù)其河段特性，采用上下游相應洪峰流量相關法建立狀頭站的預報方案。

5 預報方案的建立

交口河—狀頭站預報方案采用相應水位（流量）相關法為依據(jù)建立。采用下游站同時水位作參數(shù)的作用在于：①反應洪水波本身水力條件對上，下游相應水位（流量）關系的影響；②反應部分區(qū)間入流的影響。在實際工作當中，下游同時水位又容易得到，因此，以它為參數(shù)的相關圖應用比較廣泛。其相關關系式為：

（1）洪峰流量預報圖的建立，以區(qū)間平均降雨量30mm、40mm、50mm為參數(shù)建立相關關系。由于所選用的55次洪水資料多為狀頭斷面洪峰流量，建立下遷后的狀頭斷面相關關系時，3000m3/s以上考慮實測點子偏小5%。

即：Q下，t+τ=f(Q上，t、p)

（2）傳播時間相關圖的建立，依據(jù)交口河站洪峰出現(xiàn)時間與狀頭站相應洪峰出現(xiàn)時間之時距和交口河站的洪峰流量建立相關關系。

即:τ=f（Q上，t）

6 預報方案精度分析

6.1 精度評定

根據(jù)中國行業(yè)標準SL250—2000《水文情報預報規(guī)范》對方案進行評定。交口河—狀頭預報方案的洪峰流量合格率為89.1%，方案的總體合格率QR為90.9%。SL250—2000《水文情報預報規(guī)范》表3.5.5預報項目精度等級表規(guī)定QR≥85%預報精度達甲等，可見建立的方案合格，可用于發(fā)布正式預報。

6.2 精度檢驗

7 結論

預報方案修訂后，流量在500m3/s以上時洪水預報精度較高，并將查讀最大流量由4200m3/s延伸到8000m3/s。狀頭站發(fā)布預報任務的要求是流量達到1000m3/s以上，本預報方案完全滿足發(fā)布預報任務的需要。在平時小于預報要求的洪水測驗中，本站可參照預報值進行測洪安排。陜西水利