受徑流影響下的感潮河段洪水預(yù)報(bào)新方法研究

張青山，湯玉福,任海青

（1.遼寧省丹東水文局,遼寧 丹東118001；2.遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口115000）

1 概 述

坐落于鴨綠江右岸的丹東市區(qū)，每年汛期是該地區(qū)被關(guān)注的防汛重點(diǎn)河段，洪水徑流與潮汐的共同作用造成了洪水預(yù)報(bào)的復(fù)雜性，如何充分考慮徑流對(duì)潮汐的影響，找出徑流增量與潮汐變化之間的關(guān)系，對(duì)潮汐預(yù)報(bào)進(jìn)行修正，可大大提高預(yù)報(bào)精度。由于洪水預(yù)報(bào)的需要，本文主要分析徑流對(duì)高潮潮水位的影響關(guān)系。

丹東潮水位站為鴨綠江下游出口控制站，處于丹東市區(qū)的感潮河段。該站上游28 km處有荒溝水文站。荒溝水文站至丹東潮水位站區(qū)間有較大支流愛河匯入，愛河下游有梨樹溝水文站控制，該站距丹東站35 km。上述兩站至丹東站的洪水傳播時(shí)間均在4 h左右。

以往鴨綠江丹東站潮汐預(yù)報(bào)是采用國(guó)家海洋局刊布的潮汐表對(duì)潮位、高潮、低潮以及出現(xiàn)時(shí)間等進(jìn)行預(yù)報(bào)。由于徑流年際間、洪枯季差別較大，根據(jù)有限年資料推算的潮汐調(diào)和常數(shù)具有一定的局限性，存在著較大誤差，誤差的主要來源是徑流的非恒定性以及分析資料的代表性。圖1中繪有2010年8—9月丹東站高潮潮位過程線，由圖1可見，實(shí)際發(fā)生潮位與潮汐預(yù)報(bào)潮位差別很大；另外圖2繪有丹東潮位站多年各月平均流量與該站對(duì)應(yīng)月平均高潮潮位相關(guān)圖（其中平均量為荒溝、梨樹溝水位站流量合成）。由圖2可見兩者存在著趨勢(shì)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如何量化由于上游徑流所形成的高潮潮位差值（即潮位增量），用此增量來修正潮汐預(yù)報(bào)是本文要研究的方法之一。篩選分析潮汐變化的不同時(shí)期及徑流量對(duì)其影響程度的不同情況，建立上游徑流與下游丹東站洪峰水位的多相關(guān)模型，直接進(jìn)行洪峰水位預(yù)報(bào)是本文的方法二。

2 徑流與高潮潮位增量△Z相關(guān)

2.1 Qt～△Z相關(guān)關(guān)系的建立

高潮潮位增量△Z是指洪水期實(shí)際發(fā)生的高潮潮位與潮汐預(yù)報(bào)值的水位差。

即△Z=Z1-Z2。

式中：Z1為實(shí)際發(fā)生潮水位；Z2為潮汐預(yù)報(bào)潮水位。從歷年大洪水資料中選取了37個(gè)點(diǎn)據(jù)，并分別計(jì)算△Z值，以上游4 h時(shí)的（洪水傳播時(shí)間為4 h）荒溝水文站與梨樹溝水位站的合成流量與丹東站高潮潮位增量△Z建立相關(guān)關(guān)系，見圖3。由圖3可見，上游徑流與潮位增量△Z關(guān)系很好，潮位增量是隨著徑流的增加而增加。相關(guān)方程為：△Z=0.000 18Qt+0.039 8。式中Qt為上游t時(shí)刻徑流，以流量表示，其值是荒溝、梨樹溝兩站前推4 h時(shí)的合成流量。

圖2 丹東站多年月平均流量與月平均高潮潮位相關(guān)圖

圖3 荒溝、梨樹溝合成流量與丹東站高潮潮水位增量相關(guān)圖

2.2 預(yù)報(bào)潮位的校正

實(shí)際作業(yè)預(yù)報(bào)中，可根據(jù)丹東站高潮潮位出現(xiàn)的時(shí)間推算前4 h的荒溝水文站與梨樹溝水文站的合成流量作為Qt用相關(guān)方程式計(jì)算潮位增量△Z值，潮位增量△Z加上潮汐預(yù)報(bào)高潮潮位即為修正后預(yù)報(bào)高潮潮水位。即Z=Zt+△Z，式中Zt為潮汐預(yù)報(bào)中丹東高潮潮水位。也可根據(jù)上游荒溝或梨樹溝水文站其中之一出現(xiàn)的洪峰流量與另一個(gè)站的同時(shí)流量疊加作為Qt計(jì)算潮位增量△Z值，推算4 h后可能與丹東站高潮相遇潮位進(jìn)行校正預(yù)報(bào)。

為了驗(yàn)證方法的實(shí)用性，對(duì)丹東站2010年8月高潮潮位進(jìn)行校正計(jì)算，并點(diǎn)繪丹東潮位站同時(shí)段實(shí)際發(fā)生的、校正后的以及潮汐預(yù)報(bào)的高潮潮水位進(jìn)行過程對(duì)比，見圖1。從圖1可看出，修正后的潮位與實(shí)際發(fā)生的潮位吻合度很好，其精度分析結(jié)果見表1。從圖表可看出，校正后的潮水位計(jì)算精度得到了明顯的提高。

表1 丹東站校正前后水位預(yù)報(bào)精度統(tǒng)計(jì)表

3 丹東站洪峰水位與上游站合成流量相關(guān)

3.1 相關(guān)關(guān)系的模型建立

由于丹東站水位變化的因素比較復(fù)雜，造成丹東站洪峰水位與上游站合成流量關(guān)系的非單一性，如何從諸多不同影響因素中分別篩選出相同類型資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)相關(guān)，是該方法的基本思路。預(yù)報(bào)模型是采用統(tǒng)計(jì)分析的黑箱模型，理論函數(shù)關(guān)系式為：

式中：Qt——上游荒溝水文站與梨樹溝水文站t時(shí)刻合成流量；Zt+i——丹東潮位站t+i時(shí)刻的相應(yīng)水位；i——合成流量從上游站傳播到下游站所需時(shí)間，一般為4 h。

選用荒溝、梨樹溝、丹東站的近50次較大的水位及流量系列資料進(jìn)行模擬,根據(jù)荒溝、梨樹溝水文站及區(qū)間來水合成流量、天文大潮（活汛）、小潮（死汛）出現(xiàn)情況與丹東潮位站洪峰水位的相關(guān)關(guān)系分4種情況定了5條線，見圖4。

圖4 丹東站洪峰水位預(yù)報(bào)相關(guān)圖

3.2 洪水預(yù)報(bào)模型的應(yīng)用

在實(shí)施洪水預(yù)報(bào)時(shí)，根據(jù)洪水及潮水不同情況選用對(duì)應(yīng)的相關(guān)線進(jìn)行預(yù)報(bào)：

1）支流愛河來水為主（梨樹溝洪峰流量大于荒溝站同時(shí)流量）查L(zhǎng)1線；

2）干流來水為主，且處于死汛小潮期（農(nóng)歷每月7—14日、22—27日）查L(zhǎng)2—L3線間；

3）干流來水為主，且處于活汛大潮期（農(nóng)歷每月1—6日、15—21日、28—30日）查L(zhǎng)3—L4線間；

4）當(dāng)臺(tái)風(fēng)在鴨綠江口或附近登陸時(shí)查L(zhǎng)5線。

3.3 洪水預(yù)報(bào)模型應(yīng)用實(shí)例

2010年丹東鴨綠江發(fā)生多次大洪水，其中在8月21日丹東潮水位站出現(xiàn)了有資料記載以來的第二大洪水。根據(jù)上游合成流量、農(nóng)歷潮期、采用模型L2—L3線間預(yù)報(bào)丹東潮水位站在21日10時(shí)（洪水傳播時(shí)間4 h）可能出現(xiàn)7.40 m洪峰水位。實(shí)際出現(xiàn)時(shí)間為21日9時(shí)30分，洪峰水位為7.38 m，兩者相差僅0.02 m，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上所分析研究的兩種感潮河段潮汐預(yù)報(bào)方法具有物理意義明確、易操作、快捷、精度高的特點(diǎn)，可作為定量數(shù)值預(yù)報(bào)。在實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)中也可根據(jù)上游降雨，水豐水庫(kù)泄流情況預(yù)先做出荒溝站及梨樹溝站洪峰預(yù)報(bào)，根據(jù)上游預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行丹東站預(yù)報(bào)，可大大提高預(yù)見期。鑒于河口地區(qū)具有的普遍性，本文方法可供其它感潮河段潮位預(yù)報(bào)參考。

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