淺析嘉陵江鳳州水文站洪水預(yù)警預(yù)報(bào)

摘 要：文章按照流域產(chǎn)匯流的基本理論，對(duì)鳳州水文站的降雨徑流相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了分析計(jì)算，制作洪水預(yù)警預(yù)報(bào)方案，為下游采取防洪措施提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：降雨徑流；洪水預(yù)報(bào)；重要性

1 流域概況

嘉陵江發(fā)源于寶雞市鳳縣黃牛鋪鎮(zhèn)東河橋村東峪溝涼水泉，自西北向西南斜貫鳳縣縣境，支流眾多，水量充沛。上游屬陜南足水區(qū)，漢江北岸洪水徑流較低，流域內(nèi)山大溝深，植被良好，多年平均年降雨量在800mm左右，降雨一般集中在5～10月，占年降水量的70%～90%，徑流深約在300mm左右，徑流系數(shù)0.4。

嘉陵江流域上游設(shè)有鳳州水文站，系嘉陵江源頭站，地理位置為東經(jīng)106°38′、北緯33°58′，集水面積688km2。鳳州水文站控制流域?yàn)楸鼻貛X中低山區(qū)，屬暖溫帶半濕潤山地氣候，海拔高度多在1000～2000m之間，屬秦嶺褶皺帶的一部分，為致密巖石山區(qū)，斷裂發(fā)育巖石裸露，地貌區(qū)劃中屬秦嶺大石山區(qū)，山勢陡峭，坡度多在45°左右。流域內(nèi)河道比降大，坡面陡峻，洪水特點(diǎn)多表現(xiàn)為暴漲陡落，水流湍急。流域內(nèi)林木生長旺盛，植被覆率高。

2 洪水預(yù)警預(yù)報(bào)

2.1 資料選用

方案選用鳳州水文站自1984年建站至2013年共計(jì)30年的34場洪水資料。方案根據(jù)站網(wǎng)布設(shè)情況，選用具有代表性的鳳州、黃牛鋪、紅花鋪3個(gè)站的雨量觀測資料。以上選用資料系資料整編刊印成果，經(jīng)對(duì)比分析，資料系列完整、可靠，具有良好的代表性。

2.2 方案原理

2.2.1 產(chǎn)流部分

降雨到達(dá)地面后，部分雨水被流域表面植物截流，部分直接填充高低不平的洼地，還有部分雨水入滲地下，填充土壤空隙，最后剩下的部分降雨形成地面徑流，沿坡面和大小溝道匯入河槽，形成洪水流量。

對(duì)于一次洪水，徑流深R可用下式表示：

R=P-I

式中，P表示流域平均雨量，I表示因植物枝葉截流、填充洼地、入滲地下、蒸發(fā)損失的那部分。一般植物截流和蒸發(fā)量甚小，主要為填充洼地和入滲地下，其大小與前期土壤含水量大小關(guān)系很大，降雨前久旱不雨、土壤干燥、洼地干枯，則降雨損失量較大；前期降雨較多，土壤含水量接近飽和、洼地需水多，則降雨損失量就小。利用降雨量、前期影響雨量（Pa）和徑流深的相關(guān)關(guān)系可預(yù)報(bào)徑流深。

2.2.2 匯流部分

利用洪峰流量與徑流深的相關(guān)關(guān)系，建立凈峰流量和地表徑流深相關(guān)圖，預(yù)報(bào)出凈峰流量后加上起漲流量即得到洪峰流量。

2.3 參數(shù)計(jì)算

2.3.1平均雨量P的計(jì)算

流域平均雨量采用加權(quán)法計(jì)算。各站所代表的流域面積用泰森多邊形法分割量算，量出的各代表站面積Fi除以流域總面積F總，得出權(quán)重Wi，各雨量站Pi乘以權(quán)重得權(quán)重雨量，權(quán)雨量相加即得流域平均雨量P，即

式中：Pi為某站雨量，Wi為某站權(quán)重。

2.3.2 徑流深R的計(jì)算

根據(jù)洪水資料，繪制洪水流量過程線，以本次洪水起漲點(diǎn)為起點(diǎn)，再用斜線（或水平）切割基流，過程前、后有復(fù)式峰的用退水曲線退到最低，峰后退水部分以流量趨于正常流量時(shí)為計(jì)算徑流深終止點(diǎn)，用面積包圍法計(jì)算各次洪水徑流總量及徑流深。

2.3.3 最大初損值Imax的計(jì)算

把流域達(dá)到飽和以前的降雨損失量稱為初損，以I0表示。初損值I0因前期降雨情況不同而變化，前期降雨多，則土壤含水量大，I0就??；前期干旱，I0就大。所謂最大初損值就是前期最干旱的情況下初損的最大值，采用下式計(jì)算：

Imax=P+Pa-R-Tbfc

式中：Tb為穩(wěn)定入滲歷時(shí)，采用明顯起漲后的歷時(shí)。

先假定Imax值，然后計(jì)算出K值，再計(jì)算出Pa，由上式計(jì)算出Imax后，經(jīng)過反復(fù)試算確定Imax值。經(jīng)過分析，最終確定Imax=60mm。

2.3.4 折減系數(shù)K的計(jì)算

K為前期降雨量經(jīng)過一天后的折減比率，即：

式中：Pa，t為t日的前期影響雨量；Pa，t+1為（t+1）日的前期影響雨量。前期影響雨量由t日的Pa，t變?yōu)椋╰+1）日的Pa，t+1，主要是由蒸發(fā)損失，令日蒸發(fā)量為E日。如果流域內(nèi)達(dá)到飽和，即Pa=Imax，對(duì)蒸發(fā)來說供水充分，則蒸發(fā)量達(dá)到最大值，此值基本與蒸發(fā)皿所測得蒸發(fā)量接近，則：

根據(jù)鳳州水文站蒸發(fā)觀測資料，帶入上式即可計(jì)算出K值。

2.3.5 前期影響雨量Pa的計(jì)算

對(duì)一次洪水，只考慮該次降雨以前15日的降雨影響，令前次降雨日離該次降雨的天數(shù)為t，則：

式中：Pt為第t天的平均降雨量，以算術(shù)平均值計(jì)算，計(jì)算出的Pa值如超過60mm，則以60mm為限。

2.3.6 凈峰流量Q凈的計(jì)算

用洪峰流量Qm割去其對(duì)應(yīng)的基流即可求得凈峰流量Q凈。

2.3.7 降雨中心時(shí)間及洪峰滯時(shí)t的計(jì)算

選擇各站峰前雨量摘錄時(shí)段中造峰雨開始至結(jié)束時(shí)間，用算術(shù)平均法計(jì)算出全流域降雨中心時(shí)間，降雨中心時(shí)間到洪峰出現(xiàn)時(shí)間差值為洪峰滯時(shí)。

2.4 相關(guān)圖建立

2.4.1 降雨徑流相關(guān)圖建立

根據(jù)計(jì)算出的平均雨量P、徑流深R和前期影響雨量Pa，點(diǎn)繪以Pa為參數(shù)建立P～R相關(guān)圖，即徑流深預(yù)報(bào)圖（圖1）。

2.4.2 徑流深R與凈峰流量Q凈相關(guān)圖的建立

根據(jù)洪峰流量Qm減去起漲流量與落平流量的平均值所得的凈峰流量，以流域平均降雨歷時(shí)為參數(shù)，建立徑流深R與洪峰流量Q凈相關(guān)圖。

2.4.3 洪峰流量Qm與洪峰滯時(shí)t相關(guān)圖的建立

洪峰出現(xiàn)的時(shí)間減去降雨中心時(shí)間即為洪峰滯時(shí)，降雨中心時(shí)間指的是降雨中心區(qū)各站最大12小時(shí)降雨的重心時(shí)間，取其算式平均值 。計(jì)算出34場洪水的洪峰滯時(shí)，點(diǎn)繪洪峰流量Qm與洪峰滯時(shí)t相關(guān)圖。

3 存在問題

鳳州水文站以上流域內(nèi)無大型水利工程，利用降雨徑流相關(guān)法進(jìn)行洪水預(yù)警預(yù)報(bào)結(jié)果較為準(zhǔn)確，方案經(jīng)評(píng)定合格率達(dá)到70%。方案選取了3個(gè)雨量站點(diǎn)信息，區(qū)間雨量站代表性有限，對(duì)預(yù)警預(yù)報(bào)結(jié)果有一定影響?，F(xiàn)在隨著中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)及山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)等遙測雨量站站點(diǎn)的建設(shè)，站點(diǎn)密度大大增加，可以在以后的方案中加以應(yīng)用。再者，相關(guān)關(guān)系曲線中缺乏高水區(qū)點(diǎn)據(jù)，為提高該方案精度，須逐步采用實(shí)測資料進(jìn)行修正，以便滿足預(yù)警預(yù)報(bào)工作需要。

4 結(jié)束語

嘉陵江鳳州水文站距下游鳳縣縣城雙石鋪鎮(zhèn)約20km，而鳳縣為著名旅游風(fēng)景區(qū)，鳳州水文站洪水預(yù)警預(yù)報(bào)對(duì)鳳縣及下游嘉陵江沿岸防汛工作意義重大。進(jìn)一步加強(qiáng)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的研究工作可以為地方防汛抗旱工作提供合理、科學(xué)的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]水利部.GB/T 22482-2008.水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范[S].

[2]水文預(yù)報(bào)[M].水利電力出版社，2009.

作者簡介：李亞萍（1986，10-），女，陜西省寶雞，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：水情信息。