遼寧省西部朝陽地區(qū)實用洪水預報方案修訂過程中的幾點體會

胡慶武

摘要 針對遼寧省西部朝陽地區(qū)中小水預報過程中存在的誤差較大、預報精度和準確性較差等問題，對該地區(qū)洪水預報方案進行了修訂，并總結了該地區(qū)洪水預報方案修訂過程中的幾點體會。

關鍵詞 遼寧省西部；洪水；預報方案；修訂

中圖分類號 S165 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-346-02

遼寧省西部地區(qū)屬于干旱地區(qū)，暴雨洪水陡漲陡落，預見期短，水災害頻發(fā)，給當地人民生命和財產造成巨大損失。“1995.07”大洪水造成遼寧省受災市（縣、區(qū)）達44個，有584萬人受災，造成直接經濟損失達347億元，占同期GDP（2 797億元）的12.4%。隨著人民生活水平的不斷提高和社會基礎設施的日益完善，對洪水預報要求越來越高，中小水的洪水預報越來越多。在開展中小規(guī)模洪水預報過程中還存在以下幾個突出問題：①以前的預報方案大多是根據大水典型年數據確定的降雨徑流相關圖和單位線，在中小水預報工作中誤差較大，不能滿足防汛工作需要。②由于水文下墊面條件變化和水文資料系列的延長，數據代表性發(fā)生了變化，加之水利工程的建設及其他人類活動的影響，造成預報精度和準確性較差。③水文分析、展示、會商等手段單一，難以保證預報的可靠性、實時性和信息量。因此，需對實用洪水預報方案進行修訂和完善，以提高其預報精度和準確性，使其更好地服務于防汛抗旱工作。為此，筆者對遼寧西部朝陽地區(qū)洪水預報方案進行了修訂，旨在為該地區(qū)流域的洪水預報提供參考。

1 背景與基礎

1.1 自然地理 朝陽市位于遼寧省的西部，地理坐標為118°50′～121°20′ E、40°35′～42°20′ N。東與遼寧省阜新市、錦州市為鄰，南與葫蘆島市接壤，西與河北省平泉、寬城、青龍三縣毗鄰，北與內蒙古自治區(qū)的赤峰、通遼兩市相接。呈東、北部寬大，西、南狹窄的“y”型版圖。東西跨度最寬為165 km，南北跨度最長為216 km，邊界周長為980 km。全市土地總面積為19 698 km2，占全省總面積的13.3%。

朝陽市屬北溫帶大陸季風氣候區(qū)，主要氣候特點為四季分明，雨熱同季，日照充足，晝夜溫差較大，積溫高，輻射強，降水偏少。洪澇、干旱、冰雹、霜凍等災害常有不同程度發(fā)生。1956～2000年多年平均降水量達482.8 mm，夏季降水量占年降水量的80%左右，易造成不同時段的干旱。多年平均蒸發(fā)量為1 600～2 000 mm[1-2]。

1.2 河流水系 朝陽市境內河流很多，全境流域面積在100 km2以上的中小河流有57條，河流總長為2 650 km。境內河流按流域劃分可以分為大凌河、小凌河、老哈河、青龍河四大流域。其中流域面積大于5 000 km2的河流只有大凌河。

大凌河流域位于118°46′～121°50′ E、40°28′～42°38′ N，跨遼寧省、河北省、內蒙古自治區(qū)3個?。▍^(qū)），主要分布在遼寧省境內。干流全長為397 km，流域面積為23 837 km2，其中遼寧省面積達20 285 km2，占全流域面積的85.0%，省外內蒙古面積達3 075 km2，河北省面積達477 km2。流域山丘區(qū)面積占98.0%，平原區(qū)占2.0%。大凌河較大支流多在左側，遼寧省境內主要支流有第二牤牛河、老虎山河、涼水河子河、牤牛河及細河等[3]。

1.3 水情監(jiān)測設施及分布 大凌河流域共有88處雨量站，其中常年觀測站59處，汛期觀測站29處，報汛站71處，水文站11處，水庫站8處，地下水觀測站20處，墑情站13處，蒸發(fā)站4處，各類遙測站點126處，朝陽地區(qū)報汛站網分布見圖1。在大凌河建有宮山咀、閻王鼻子、白石和佛寺4座大型水庫，菩薩廟、瓦房店、龍?zhí)?、崗崗、高家店、石碑、老龍?座中型水庫，34座小（Ⅰ）型水庫[4]。

2 預報方案的修訂

2.1 修訂方法 預報方案編制過程中，原則上盡量采用原方案的預報模型，有條件也可用更適合的預報模型。同時，還應從以下幾個方面進行修訂和完善：

①補充修訂近幾年洪水數據，尤其是2005、2010和2012年各次洪水，要包括所有大、中、小洪水點，根據原有降雨徑流關系特征值統計表上的點據和新點據修訂降雨徑流相關圖，制作降雨徑流關系特征值統計表，總結分析出每個點的誤差原因，并進行精度評定。

②對原有匯流方案中的單位線進行補充，分析近幾年的洪水匯流規(guī)律，重點分析出適應中小水的單位線[5-6]。

③補充完善預報流域的水利工程基本情況（主要是中小水庫），如水利工程的特征值、河流堤防特性及標準、沿河周邊防護區(qū)的基本情況。

④對近幾年沒有發(fā)生洪水的預報站，要完成預報站上述流域基本情況的補充研究。

2.2 方案修訂

2.2.1 數據的收集及處理。

實用洪水預報的數據來源主要是《水文年鑒》、水文數據庫、流域特性資料匯編、水庫特性資料匯編等，收集內容和處理方法如下：

（1）雨量數據。依據水文資料數據庫、《水文年鑒》提取所需歷年降雨量數據，并進行雨量數據資料加工，提取場次有效降雨量，并進行分時段加工（Δt=3 h或Δt=1 h）。

（2）典型場次洪水的選擇。根據《水文年鑒》選擇歷年洪峰流量較大、代表性較好的場次洪水，計算洪量、峰現歷時、洪水歷時、凈雨R，并根據場次降雨繪制典型洪水過程線。

（3）流域平均降雨量（P，mm）。選用代表站雨量的算術平均值作為流域平均降雨量。

（4）前期影響雨量（Pa，mm）。根據公式Pa（t+1）=Ka×（Pat+Pt）計算預報站以上Pa（每年的6月1日開始起算至9月21日，Pa起始值為當年5月份總流域平均降雨量的三分之二），同時必須控制Pa（t+1）≤Wm。其中，Ka為流域蓄水的日消退系數，每個月可近似取一個平均值，等于（1-Em/Wm）；Em為流域月平均日蒸散發(fā)能力；Wm為流域最大蓄水量[7]。

（5）降雨歷時（T），即有效降雨所經歷的時間，以小時計；降雨強度（Pi），即流域平均降雨量與降雨歷時的比值；徑流系數（a），即徑流深與流域平均降雨量的比值；根據朝陽地區(qū)流域特性以及歷年原有預報方案的資料分析確定流域最大損失量（Im）等[8]。

（6）徑流深（R）預報。繪制降雨徑流相關圖以及關系線，以P+Pa為縱坐標，R為橫坐標，建立P+Pa～R（降雨徑流）相關圖。利用所求的P+Pa之和，在P+Pa～R相關圖中查得R值， 進行R預報，最后對洪水預報方案進行誤差評定（允許預報誤差小于20%，預報誤差值小于3的用3，大于20的用20）。

（7）根據以上所有分析計算得來的數據填報降雨徑流關系特征值統計表。

2.2.2 匯流預報。

根據所選典型洪水過程資料，優(yōu)選若干條時段單位線，Δt=3 h或者Δt=1 h（小河站一般選擇Δt=1 h，如團山子站流域面積為270 km2、葉柏壽站流域面積為195 km2），并根據暴雨中心位置、降雨強度、降雨歷時、雨型及前期影響雨量等因素進行綜合分類。

單位線應用時，可根據實際情況選擇適用的單位線進行預報。另外，單位線制作采用試算法。場次洪水的選擇以代表性較好，雨型、峰型較好為原則。根據實測場次洪水過程，計算單位線時段流量放入試算模板，在保證峰型正確、單位線總量不變的情況下根據實測時段單位線流量進行試算：單位線總量=站以上流域面積×10/3.6/Δt。試算預報峰型，一般情況下預報流量誤差控制在20%以內。

由于有部分典型單位線是由其他相近站實測資料分析得來，在實際洪水預報過程中本站的洪水過程峰值必須經過修正。峰值修正系數采用流域面積比的三分之二次方[9]。

2.2.3 修訂后的預報精度。

（1）乙級方案（5個站）：70%≤QR<85%。

其中，大城子站70.8%；閻家窯站82.4%；九連洞站77.3%；

涼水河子站72.7%；團山子站83.3%。

（2）丙級方案（2個站）：60%≤QR<70%。其中，哈巴氣站66.7%；朝陽站63.2%。

（3）合格率較差（1個站）：QR<60%。葉柏壽站40.0%。

3 修訂過程中的幾點體會

通過繪制典型洪水過程線、水位流量關系線、單位線、降雨徑流相關圖、水文站2012年斷面圖以及對所有場次洪水進行徑流深和洪峰流量關系進行分析等對所有預報方案進行重新整理修訂，并重新進行誤差評定。研究發(fā)現：

（1）在進行洪峰流量和徑流量相關的分析過程中，超過90%的水文站洪峰流量和徑流深的關系（峰量相關）規(guī)律性不強[10]。

（2）采用新、老2種方法（日折減系數-K）進行前期影響雨量-Pa的計算均有一定的效果。雖然在個別預報方案合格率上2種方法均有不足之處，但是新方法對日蒸發(fā)量（Et）以及前一天所產生的徑流量（Rt）忽略不計，效果較好。新方法合格率超過70%的占62.5%，合格率超過60%的占25.0%，合格率低于60%的占12.5%。而老的方法效果較差，合格率超過70%的只有25.0%，合格率超過60%的占25.0%，合格率低于60%的占50.0%。

（3）目前預報方案編制選擇在計算前期影響雨量（Pa）時，對在實際的洪水預報過程中蒸發(fā)量（Et）和前一天所產生的徑流量（Rt）采取適當的精簡計算。通過分析計算，選用較合理并適合遼寧西部朝陽地區(qū)的折減系數（K）進行簡算，即可減少計算過程，還可使降雨徑流相關點距關系得到改善。然而，由于每個站的各自流域內下墊面條件以及各自流域內河流長度、比降等各種條件情況不同，計算結果也還是不能適合所有水文站的實際情況，因此采取擇優(yōu)選擇的辦法，對洪水預報方案進行修訂和編制。

綜上所述，遼寧省西部地區(qū)是我國洪澇災害頻發(fā)的省份，在近年來的防汛決策過程中，水文部門根據氣象部門預報降水情況探索流域洪水預報，對于密切監(jiān)視暴雨洪水、增長預見期、做好防汛調度決策起到良好作用。只有在較長較完善系列水文資料累計的基礎上做好實用洪水預報方案的編制及修訂工作，才能切實有效地為地方政府及水利行政主管部門做好服務，最大程度地減少人民的生命財產損失，并為其他類似地區(qū)流域的洪水預報提供借鑒。

參考文獻

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