流域匯流單位線洪水預報應用分析

董向東

摘 要：流域匯流單位線是流域出口洪水過程的簡化表述方式，是開展降雨徑流型短期洪水預報的必備工具。推求流域匯流單位洪水過程線是流域制作洪水預報方案的重要基礎性工作，推求方法有人工推算法和計算機擬合法，各自代表就是瞬時單位線法與規(guī)劃求解法。文中采用實例數據，分別就這兩種方法的適用條件和推求過程做了簡要對比分析，通過檢驗結果，對精度差異提出了原因和應用注意事項，文中結論僅代表實例流域應用結果，僅供參考。

關鍵詞：降雨徑流；流域匯流；單位洪水過程；洪水預報；計算機擬合

中圖分類號：P338.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0166-02

Abstract： The catchment unit hydrograph is a simplified expression of the flood process at the outlet of a basin， and is a necessary tool for short term flood forecasting of rainfall runoff type. It is an important basic work to deduce the unit flood hydrograph of watershed confluence. There are artificial calculation method and computer fitting method， which are represented by instantaneous unit hydrograph method and planning solution method respectively. Using case data， this paper makes a brief comparison and analysis of the applicable conditions and calculation process of the two methods， and through the test results， puts forward the reasons for the difference of precision and the matters needing attention in the application. The conclusion in the paper only represents the application result of the case basin.

Keywords： rainfall runoff； drainage basin confluence； unit flood process； flood forecast； computer fitting

1 單位線法洪水預報的適用條件

流域洪水預報目前主要采用上下游相應水位（流量）預報和降雨徑流預報法。降雨徑流預報方法一般用在預報站上游無參照站，或參照站與預報站之間水位流量關系紊亂，無法建立相應數學關系的情形。預報依據為上游降雨過程，預報過程分為產流和匯流兩個階段，產流分析為了確定降雨在扣除蒸發(fā)、下滲、截留損失后形成徑流匯入河道的有效雨量；匯流分析是確定有效降雨（形洪降雨）在預報斷面產生徑流的過程，徑流過程一般以徑流歷時和洪峰流量表示。產流分析可由降雨、徑流相關圖確定有效雨量。匯流分析過程就是利用匯流單位線來確定有效降雨在流域斷面形成的洪水過程，一個流域會根據各次降雨特點的不同分析出多條匯流單位線，也可以根據情況將多條單位線概化為一條單位線，這取決于預報工作實際需要和具體流域情況。

2 單位線簡介

流域匯流單位線是為了推求一定量級的有效降雨在某一河道斷面形成的洪水過程而人為假定的一個徑流過程。通俗點說就是一定數量級（單位數量）的凈雨，在某一斷面產生的洪水過程，實際工作中由流域歷史雨洪資料反推求得。單位線同實際洪水過程線一樣具有“洪峰滯時”（指降雨歷時中間點至洪峰的時距）；“徑流歷時”；“峰值”等要素。單位凈雨深常取10mm，時段一般取3、6、12h（取決于降雨時段）。如果單位線時段為瞬時（1秒），則稱之為瞬時單位線。實際洪水預報時就是利用凈雨與單位凈雨的倍比關系預報洪水過程。

3 流域匯流單位線推求方法介紹

利用歷史雨洪資料推求單位線方法較多，原始手工方法有列表計算法、試錯法、圖解法等，這些方法因費時費力還易出錯，已逐漸淘汰。本文以計算機擬合技術為基礎采用規(guī)劃求解法來進行單位線推求分析。

3.1 規(guī)劃求解法簡介

該方法是線性規(guī)劃數學法的實際應用，功能就是事先假定初始值（待求解值），通過電腦試算使求解值在特定條件下滿足誤差最小的要求，從而間接得到計算結果。實際應用時已有洪水過程和對應凈雨量為初始條件，計算機優(yōu)選出過程線，通過設置的約束條件，使初始假定單位線逐步調整到計算結果與歷史洪水過程誤差最小。

3.2 瞬時單位線法介紹

為了分析對比，下面介紹瞬時單位線法，該方法是為了簡化推求流域匯流單位線的需要而采用數學模型概化流域徑流過程而計算出的瞬時時間段的單位線，即無論凈雨時段是多少，求得的瞬時單位線可以轉換為任意時段，具有較強的實用性，計算過程主要通過求出參數n、k后，利用公式u（t），得到單位線過程，具體使用時要借助S（t）曲線表。

4 實例應用

以某次洪水過程為例（流域面積560km2，降雨時段△t=3h），分別采用規(guī)劃求解法推求的單位線和瞬時單位線法模擬本次洪水過程。詳見表1、表2。

5 結論

由附表計算結果可知，規(guī)劃求解法單位線模擬計算結果精度要高于瞬時單位線法，建議實際工作中優(yōu)先使用該方法。瞬時單位線法使用門檻較低，隨時可查用的s（t）曲線表，但經過時段轉換后的瞬時單位線概化程度較高，精度隨之降低，因此該方法適用于缺少實測資料流域的應急預報。

受資料限制，任何單位線都有應用局限性，實際工作中應針對流域具體情況分析單位線精度，及時補充更新或修正單位線才能更好地用于實際工作。

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