大洋河沙里寨水文站洪峰流量預(yù)報(bào)方法研究

張青山，任海青，張 寧

（遼寧省水文水資源勘測(cè)局丹東分局，遼寧 丹東 118000）

0 引言

大洋河是丹東地區(qū)主要河流，發(fā)源于鞍山市岫巖縣偏嶺鄉(xiāng)闊樹(shù)嶺山脈唐帽山，全長(zhǎng)201.7 km，流域總面積6208 km2。主要支流有雅河、哨子河、亮子河、土牛河、小洋河等。流域呈扇形形狀，流域內(nèi)山峰林立，丘陵起伏，扇形的地形容易造成洪水集中，形成暴漲暴落的洪峰，因此大洋河洪水有匯流時(shí)間短，來(lái)勢(shì)迅猛之特點(diǎn)。

沙里寨水文站是大洋河的控制站，控制面積4810 km2，河長(zhǎng)157 km，距河口距離44.7 km，河道比降0.14%。1957年6月開(kāi)始實(shí)測(cè)流量，歷史上該斷面發(fā)生較大洪水有3次，1888年8月調(diào)查最高洪水位104.79 m，推算洪峰流量15600 m3/s；1937年8月6日的調(diào)查最高洪水位102.93 m，推算洪峰流量11800 m3/s；1960年8月4日洪水實(shí)測(cè)最高洪水位102.83 m，推算最大洪峰流量12900 m3/s。該站斷面處兩岸皆高山，河道順直，河床為細(xì)沙，具備了高洪測(cè)流的條件。斷面以上800 m左側(cè)有支流亮子河匯入，由于受洪水漲落率及鴛鴦河來(lái)水混合影響，斷面極不穩(wěn)定，水位流量關(guān)系曲線呈繩套型。大洋河上游有岫巖水文站控制，控制面積908 km2，距沙里寨站72.46 km，洪峰傳播時(shí)間在7 h左右。支流哨子河有文家街水文站控制，控制面積2131 km2，距沙里寨站26.1 km，洪峰傳播時(shí)間僅2 h左右，沙里寨站以下16.34 km處有龍王廟水位站（汛期），屬洋河閘站管理。沙里寨站以上設(shè)8處遙測(cè)雨量站。

1 預(yù)報(bào)方法現(xiàn)狀

目前該站常用的預(yù)報(bào)方案主要是基于一定理論基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)方法。其方法為產(chǎn)流量預(yù)報(bào)中的降雨徑流相關(guān)圖是在分析暴雨徑流形成機(jī)制基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)相關(guān)的一種圖解分析法；匯流預(yù)報(bào)則是應(yīng)用匯流理論為基礎(chǔ)的匯流曲線，用單位線法對(duì)洪水匯流過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)；或者對(duì)某些條件加以簡(jiǎn)化求解等。近年來(lái)隨著實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)降雨徑流預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立和發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，以及暴雨洪水產(chǎn)流和匯流理論研究的進(jìn)展，提高了暴雨洪水預(yù)報(bào)的速度。

2 現(xiàn)有方案的缺陷

大量的人類(lèi)活動(dòng)改變了大洋河流域洪水的天然流態(tài)，增加了預(yù)報(bào)的復(fù)雜性及準(zhǔn)確性，其原因：1）由于過(guò)度砍伐、放牧、農(nóng)耕使流域植被情況發(fā)生改變，直接造成下墊面的蓄水能力降低，改變了原有產(chǎn)匯流規(guī)律；2）由于在河道干支流上修建水利工程、河道整治工程、景觀工程等，在一定程度上縮窄了河道，降低了河道槽蓄能力，抬高了水位，改變了通過(guò)各種水文要素的觀測(cè)探求到的水文自然規(guī)律，破壞了原有水文資料的一致性和代表性，使水文現(xiàn)象發(fā)生變化。洪水預(yù)報(bào)是運(yùn)用歷史水文資料應(yīng)用水文學(xué)等原理，對(duì)江河及水利工程控制斷面的洪水的洪峰流量、水位、洪峰出現(xiàn)時(shí)間和洪水過(guò)程，進(jìn)行科學(xué)的分析和歷史經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)而形成的。洪水預(yù)報(bào)的可靠性取決于預(yù)報(bào)方案編制中使用的水文資料的質(zhì)量和代表性，人類(lèi)活動(dòng)破壞了原有水文資料的一致性和代表性，必然對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

3 大洋河防汛要求

大洋河流域是鞍山與丹東地區(qū)的防汛重點(diǎn)，尤其下游區(qū)是丹東市的防汛的重點(diǎn)，其防洪要求是：確保下游兩岸114 km設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇河堤安全度汛；確保鳳城市的沙里寨、藍(lán)旗、東港市的龍王廟、小甸子、黃土坎、孤山、新立等鄉(xiāng)12533.33 hm2水、旱田，15000多居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。特別是龍王廟險(xiǎn)區(qū)，歷年來(lái)是丹東的防洪重點(diǎn)地區(qū)之一。

4 凈雨 凈雨歷時(shí) 洪峰流量三相關(guān)關(guān)系的建立

近些年來(lái)，局部暴雨洪水在丹東地區(qū)是經(jīng)常發(fā)生的，通常是由較強(qiáng)的天氣系統(tǒng)所造成，具有明顯的突發(fā)性，很容易引發(fā)局地性暴雨、山洪、泥石流等。如何利用氣象信息提早預(yù)報(bào)，增加預(yù)見(jiàn)期，提前應(yīng)對(duì)突發(fā)的水文事件是當(dāng)前的一個(gè)緊要課題；另外在洪水作業(yè)預(yù)報(bào)中，由于大洋河暴雨洪水的復(fù)雜性和特殊性，需要利用多種預(yù)報(bào)手段進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)，并對(duì)各種預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行綜合分析、對(duì)比和優(yōu)選，提高預(yù)報(bào)精度。

水文要素的變化是受流域內(nèi)的降雨等氣象因素而制約的，降雨、徑流、蒸發(fā)、流域蓄水組成了水量平衡，在下墊面條件變化不大時(shí)，流域的蓄水量上限是個(gè)定值，而降雨前的蓄水量大小可用P

a來(lái)量化，而徑流的變化主要取決于降雨量與蒸發(fā)量的變化，對(duì)于一場(chǎng)暴雨洪水，其雨間蒸發(fā)量相對(duì)較少，然而降雨就是影響徑流的主要因素，對(duì)于一個(gè)流域，降雨量、降雨歷時(shí)以及空間分布就決定了所產(chǎn)生徑流的大小。由于大洋河是一個(gè)扇形分布流域，雨區(qū)的空間分布對(duì)徑流的影響遠(yuǎn)比降雨歷時(shí)的長(zhǎng)短對(duì)徑流的影響要小。分析降雨歷時(shí)對(duì)洪峰流量的影響是本文要解決的問(wèn)題。

沙里寨水文站有50余年的流量實(shí)測(cè)資料，從其中篩選了15次較大洪水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括洪峰流量、凈雨（徑流深）、凈雨歷時(shí)等，見(jiàn)表1。

表1中，洪峰流量為斷面實(shí)測(cè)值；凈峰流量為洪峰流量減去基流；凈雨（徑流深）為降雨量減去當(dāng)時(shí)流域Pa值；降雨歷時(shí)為凈雨（徑流深）大于等于5.0 mm過(guò)程時(shí)間，首尾時(shí)段凈雨量小于5.0 mm的只計(jì)凈雨量，不計(jì)歷時(shí)。

以雨量（徑流深）為縱坐標(biāo)，凈峰流量為橫坐標(biāo)，以凈雨歷時(shí)為參數(shù)點(diǎn)繪關(guān)系點(diǎn)據(jù)，分別繪制凈雨歷時(shí)為 6，9，12，15，18，21，24，27，30 h 的關(guān)系線，見(jiàn)圖1。

表1 大洋河沙里寨站徑流深—凈雨歷時(shí)—洪峰流量統(tǒng)計(jì)表

圖1 徑流深—凈雨歷時(shí)—瓣峰流量三相關(guān)圖

由圖1可知，1）同一個(gè)降雨所產(chǎn)生的流量的大小是隨著降雨歷時(shí)的長(zhǎng)短而變化的，歷時(shí)越短其流量越大；2）同一個(gè)流量所需要的降雨也是隨著降雨歷時(shí)的長(zhǎng)短而變化的，歷時(shí)越長(zhǎng)所需要的降雨量越大。

5 三相關(guān)圖的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中把查圖得到的凈峰流量加上流量起漲前的基流就是要發(fā)生的洪峰流量預(yù)報(bào)值。其應(yīng)用范圍為：1）降雨未發(fā)生時(shí)可根據(jù)氣象預(yù)報(bào)及當(dāng)前流域Pa情況推算相關(guān)值進(jìn)行洪峰預(yù)報(bào)（估報(bào)）；2）降雨已經(jīng)發(fā)生時(shí)可根據(jù)降雨量、當(dāng)前Pa及降雨歷時(shí)進(jìn)行洪峰預(yù)報(bào)；3）此圖適用于連續(xù)性產(chǎn)生5.0 mm以上凈雨造成的洪峰；4）對(duì)于洪峰出現(xiàn)時(shí)間可根據(jù)降雨上中下游分布情況來(lái)確定，時(shí)間基本在15～20 h，也可以采用匯流預(yù)報(bào)中的單位線來(lái)推求。

表2 沙里寨站采用徑流深—凈雨歷時(shí)—凈峰流量三相關(guān)圖預(yù)報(bào)結(jié)果

6 應(yīng)用實(shí)例

表2列舉了近幾年采用三相關(guān)預(yù)報(bào)較大洪水的預(yù)報(bào)結(jié)果，精度較高，誤差均在10%以內(nèi)。

7 結(jié)語(yǔ)

三相關(guān)圖物理意義明確，具有易操作、快捷、精度高、預(yù)見(jiàn)期長(zhǎng)的特點(diǎn)，既可作為定性趨勢(shì)估報(bào)，也可作為定量數(shù)值預(yù)報(bào)。在實(shí)際預(yù)報(bào)工作中，還可以把流域降雨的分布情況考慮進(jìn)去，若暴雨中心在上游洪峰流量可依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)往偏小預(yù)報(bào)，若在下游洪峰流量可以偏大預(yù)報(bào)。