相應(yīng)水位法在努敏河洪水預(yù)報中的應(yīng)用

蘇　醒

(黑龍江省綏化水文局，黑龍江 綏化 152000)

相應(yīng)水位法在努敏河洪水預(yù)報中的應(yīng)用

蘇醒

(黑龍江省綏化水文局，黑龍江 綏化 152000)

摘要：相應(yīng)水位預(yù)報是根據(jù)天然河道里洪水波運動原理，分析洪水波在運動過程中，洪水波上任一位相的水位自上斷面?zhèn)鞑サ较聰嗝鏁r的相應(yīng)水位及其傳播速度的變化規(guī)律，尋求其經(jīng)驗關(guān)系，據(jù)以進行預(yù)報的一種簡便方法。文章介紹了呼蘭河支流努敏河的流域特性及水文氣象特征及相應(yīng)水位法在努敏河洪水預(yù)報中的應(yīng)用，分析了預(yù)報中應(yīng)注意的問題，從而提高了工作效率和預(yù)報精度。

關(guān)鍵詞：努敏河；相應(yīng)水位；預(yù)報；水文氣象特征

水文預(yù)報是根據(jù)水文現(xiàn)象及要素所遵循的內(nèi)在規(guī)律，對其變化和演進進行預(yù)測的一門自然科學(xué)。而相應(yīng)水位法則是河道洪水預(yù)報中應(yīng)用最早、最為廣泛的預(yù)報方法之一。河段上、下游斷面上同位相的水位稱為相應(yīng)水位，當(dāng)洪水來臨時，其沿河道會自上而下出現(xiàn)水位(流量)的漲落變化。同一場洪水，河道上、下游站的洪水過程一般是相應(yīng)的，上游過程同位相的水位在下游都會相應(yīng)出現(xiàn)，且在下游的出現(xiàn)時間遲于上游。利用這個特點，掌握洪水在河道中運動的規(guī)律，就可以根據(jù)上游已出現(xiàn)的水位(流量)預(yù)報下游未來的水位(流量)[1]。

本文通過對努敏河資料的分析整理，發(fā)現(xiàn)四海店站與四方臺站水位關(guān)系型很好，適合建立相應(yīng)水位法預(yù)報模型，從而解決了努敏河下游四方臺站受地理條件影響，單位線、新安江預(yù)報模型等預(yù)報方法預(yù)報精度低，不能滿足水文預(yù)報精度的問題，實現(xiàn)了對四方臺站洪峰水位的預(yù)報。

1流域特性

努敏河為呼蘭河支流，全長約265 km，流域面積5388 km2，其在閣山以上屬于山區(qū)、半山區(qū)，四海店至四方臺區(qū)間地勢為丘陵地區(qū)。流域上游六棵松、義氣松、躍進一帶為呼蘭河流域暴雨區(qū)

之一。地下水埋層較淺，水量豐富，主要支流有克音河、義氣松河、八道河、大雞爪河、西北河、四道河、二道河、七道河。

努敏河較容易出現(xiàn)鋒面降雨，特別是冷鋒降雨出現(xiàn)頻次較高。由于地形抬升作用或熱力對流作用的降雨，一般多伴隨天氣系統(tǒng)降雨同時發(fā)生。年均日照時數(shù)為2600～2800 h，無霜期105～125 d，多年平均年降水量522.9 mm[2]。年最大降水量發(fā)生在1994年為851.1 mm，年最小年降水量僅為373.6 mm(1975年)，相差2.3倍。降水量主要集中在7、8月份，歷年最大月降水量318.5 mm(1997年8月)，歷年最大日降水量138.6 mm(1994年6月25日)。

以努敏河下游四方臺站為例，根據(jù)歷史文獻、洪水調(diào)查和實測資料統(tǒng)計分析，1911—2014年104 a間，排名前五位洪水分別在1911年、1914年、1924年、1961年、1960年。以1911年調(diào)查值為最大，各次大洪水基本都是干、支流全面漲水。

四方臺站最大洪峰集中出現(xiàn)在主汛期7—9月，尤以7、8月份出現(xiàn)年最大洪峰的概率為最大，達62.0%。因為努敏河上游屬于山區(qū)、半山區(qū)，中下游流域?qū)儆谇鹆陞^(qū)，所以因匯流時間不同，出現(xiàn)復(fù)式洪峰的概率較大。努敏河流域干流控制站情況見表1。

表1　努敏河流域干流控制站情況表

2洪水預(yù)報

努敏河流域四海店站以上屬于山區(qū)、半山區(qū)，而四海店至四方臺區(qū)間流域?qū)儆谇鹆甑貐^(qū)，這種地形使用單位線、新安江模型效果不是特別好。同時其區(qū)間沒有支流匯入，也沒有較大的水利工程，上游四海店站洪水位對下游四方臺水文站形成洪峰影響相對較大。

2.1預(yù)報的原理

相應(yīng)水位預(yù)報，就是用已知上游斷面的水位，預(yù)報一定時間后下游斷面的水位。

設(shè)在某一不太長的河段中，上、下游兩站間距為L，t時刻的上游站流量為Q上t，經(jīng)過傳播時間τ后，下站的流量為Q下t+τ，若無旁側(cè)入流，兩者的關(guān)系為：

(1)

式中：ΔQL為上、下游站相應(yīng)流量的差值，稱為洪水波展開量，m3/s，它將隨上、下站流量的大小和附加比降的不同而不同。

如在τ時間內(nèi)，河段間的區(qū)間入流在下斷面t+τ時刻形成的流量為q，則:

(2)

式(2)是河道相應(yīng)水位預(yù)報的基本依據(jù)[3]。河段上、下站相應(yīng)水位過程線見圖1。

圖1　河段上、下站相應(yīng)水位過程線

由圖1可知，上游四海店站洪峰越高，則下游四方臺站相應(yīng)的洪峰水位越高，洪水出槽前后時傳播時間較長。從圖1看這些規(guī)律顯然是合理的，其預(yù)報關(guān)系式為：

(3)

2.2預(yù)報方案的制定及使用

我們常用到的相應(yīng)水位預(yù)報按其流域特性不同可分為相應(yīng)水位法和合成流量法。相應(yīng)水位法主要是應(yīng)用在無支流地區(qū)，合成流量法則應(yīng)用在有支流匯入河段[4]。四方臺站屬于河道站，其上游184 km處有四海店水位站，兩站之間無較大支流匯入，影響洪水波傳播的因素較為單一，所以用相應(yīng)水位法預(yù)報四方臺站洪峰水位比較適合。

(1)資料收集。四海店水位站建于1998年位于努敏河中游，四方臺水文站建于1975年，屬于努敏河下游控制站，由于四海店站建站較四方臺站晚，所以資料選取從1998年開始,在17 a連續(xù)的實測水文資料中，選取四海店水位站13次洪峰水位和四方臺水文站洪峰水位進行了統(tǒng)計分析，統(tǒng)計分析結(jié)果見表2。

(2)四海店～四方臺站相關(guān)性分析。從表1可以看出，在努敏河上有兩個水位站，分別是西北河站和四海店站，由于西北河站距離四方臺站較遠，且區(qū)間內(nèi)有支流匯入。所以不適合建立相應(yīng)水位預(yù)報模型。而四海店～四方臺站則不同，兩站之間幾乎不受水庫調(diào)洪影響，其間無支流匯入，洪水傳播時間一般在67個小時左右，上下游水位相關(guān)性良好，可建立四海店與四方臺站洪峰水位關(guān)系對四方臺站的洪水位進行預(yù)報，再通過四方臺站的水位流量關(guān)系預(yù)報四方臺站的洪峰流量。

(3)預(yù)報方案的編制及使用。通過表2的數(shù)據(jù)建立四海店～四方臺站洪峰水位及傳播時間關(guān)系曲線圖，見圖2，其中的傳播時間關(guān)系曲線是根據(jù)河段上游四海店水位站、下游四方臺水文站實測水位過程，摘錄相應(yīng)的洪峰水位值及其出現(xiàn)時間(見表2)計算而來。

表2　四海店站～四方臺站相應(yīng)洪峰水位及傳播時間表

我們假設(shè)四海店水位站在t時刻出現(xiàn)洪峰水位為97.50 m，通過曲線圖2可知，在66個小時后四方臺站的洪峰水位值為152.80 m，再利用圖3四方臺站水位流量關(guān)系曲線查得預(yù)報洪峰流量約為255 m3/s。

圖2　四海店～四方臺站洪峰水位及傳播時間關(guān)系曲線圖

圖3　四方臺站水位流量關(guān)系曲線圖

2.3預(yù)報結(jié)果評定

根據(jù)GB/T 22482-2008《水文情報預(yù)報規(guī)范》6.5.5中的規(guī)定，進行預(yù)報精度評定[5]。四海店至四方臺水文站上、下游相應(yīng)水位法統(tǒng)計表中共13個點距，合格10個，方案的合格率為76.9%，其屬于85.0>QR≥70.0范圍之內(nèi)，其預(yù)報精度等級為乙級。

2.4突出點子分析

本次預(yù)報的突出點是由于來水峰型不同或者河槽“底水”不同，導(dǎo)致四海店站至四方臺站之間河段比降發(fā)生變化，影響到傳播時間和四方臺站水位的預(yù)報，要適時的加入下游四方臺站的同時間水位(或流量)做參數(shù)，以提高預(yù)報精度。

3結(jié)語

本文以努敏河下游四方臺站為代表，介紹了相應(yīng)水位法在努敏河洪水預(yù)報中的應(yīng)用，并詳細地分析了努敏河流域的水文氣象特征、洪水特征及流域概況，講述了相應(yīng)水位法的原理、應(yīng)用時的步驟與重點，對預(yù)報結(jié)果進行了評定。由于努敏河上游四海店水位站建站較晚，所以預(yù)報點據(jù)比較少，在應(yīng)用的過程中要引起注意。對暴雨的組成、特點做全面的分析，相互比較進行洪水預(yù)報。

隨著科技的創(chuàng)新、預(yù)報技術(shù)的發(fā)展，水文數(shù)據(jù)的不斷完善，我們會通過進一步的摸索，采取更加科學(xué)有效的預(yù)報方法，不斷地完善相應(yīng)水位法在努敏河上的應(yīng)用，為抗洪搶險、安全渡汛做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻：

[1]包為民.水文預(yù)報[M].北京：中國水利水電出版社,1979.

[2]劉偉利，王寶祿.努敏河流域水文特性分析[J].水利科技與經(jīng)濟，2010，16(2)：1399.

[3]長江水利委員會.水文預(yù)報方法[M].北京：水利電力出版社，1979.

[4]方思和.淺談相應(yīng)水位法在洪水預(yù)報中的應(yīng)用[J].廣西水利水電，2009(1)：40-42.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗總局，中國國家標準管理委員會.水文情報預(yù)報規(guī)范：GB/T 22482-2008[S].北京：中國標準出版社，2009.

Application of corresponding water level method in flood forecasting of Numin River

SU Xing

(SuihuaHydrologyBureauofHeilongjiangProvince,Suihua152000,China)

Abstract：Corresponding water level forecasting is a simple method to analyze the change law of corresponding water level and its propagation velocity when the water level on any phase of flood wave propagating from the upper cross section to the next section, to seeking the empirical correlations in the movement process of flood wave according to the principle of flood wave movement in natural river. This paper introduced the basin characteristics and hydrogeological characteristics of Numin River, and the application of corresponding water level method in Numin River flood forecasting, analyzed the problems needing attention in forecasting, thus impoved the working efficiency and forecasting accuracy.

Key words：Numin River; corresponding water level; forecast; hydrometeorological characteristics

作者簡介：蘇醒(1984-)，男，工程師，從事水文預(yù)報工作。

中圖分類號：P456.7;P338

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)04-0020-04