在妙水位站洪水預(yù)報(bào)影響因素初探

林展華

（廣西沿海水文中心上思水文中心站，廣西 上思 535500）

1 概況

上思縣位于廣西防城港市北部，縣域南部為廣西暴雨中心之一的十萬大山暴雨帶。明江是上思縣內(nèi)最大河流，發(fā)源于十萬大山暴雨區(qū)，明江流域各支流大多是山區(qū)性河流，流域面積小，坡降陡，加上地形、植被的影響極易產(chǎn)生峰高量大、暴漲暴落的洪水。防城港市的主要災(zāi)害性天氣為臺風(fēng)，以6～9月出現(xiàn)最多。平均每年有4次臺風(fēng)或熱帶氣旋過程影響防城港市，由熱帶氣旋帶來的暴雨過程一般持續(xù)1～2 d，此類暴雨過程一般降雨強(qiáng)度大、范圍廣，常常使各河流同時(shí)出現(xiàn)較大洪水，此類洪水峰高量大，以單峰為主，歷時(shí)3～5 d。上思縣每年汛期主要受熱帶氣旋帶來的降雨天氣系統(tǒng)的影響，暴雨洪水出現(xiàn)也主要是6～9月。明江流域洪水類型主要是暴雨型洪水，較大的洪水一般由熱帶氣旋等天氣系統(tǒng)引起，每年的7～8月是明江流域的主汛期和大汛期，該時(shí)段出現(xiàn)年最高水位的概率最大。在妙水位站為上思縣明江流域下游重要的控制站，集水面積為1912 km2，在妙水位站上游5 km處建有平福電站，下游有寧明縣的鳩鴣電站，由于在妙上、下游較近距離內(nèi)均有水電站，故該站流量受水利工程影響，設(shè)為水位站。在妙水位站下游4 km為上思縣重點(diǎn)防洪城鎮(zhèn)在妙鎮(zhèn)，目前，在妙鎮(zhèn)還是一個(gè)不設(shè)堤防的集鎮(zhèn)，因而該鎮(zhèn)受明江洪水的影響較大。如2008年9月，上思縣受臺風(fēng)“黑格比”的影響，普降暴雨，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭遇洪水襲擊，地處明江干流的在妙鎮(zhèn)在洪災(zāi)中受損嚴(yán)重，大部分街道進(jìn)水，民房受淹，在妙鎮(zhèn)市場受淹水深約2.5 m，在妙鎮(zhèn)初級中學(xué)淹深約1 m。據(jù)下游約20 km 的寧明縣那堪水文站統(tǒng)計(jì)，2008年9月洪水為1964年建站以來次大洪水。在妙水位站作為上思縣明江流域下游防汛抗洪的橋頭堡，為上思縣防汛抗災(zāi)提供快速、準(zhǔn)確的水文情報(bào)。

2 在妙水位站洪水預(yù)報(bào)方案的原理

在妙水位站洪水預(yù)報(bào)方案現(xiàn)采用廣西沿海水文中心上思縣中心水文站編制的《上思縣中心水文站洪水預(yù)警技術(shù)方案》，該方案主要基于相關(guān)分析法編制。由若干個(gè)隨機(jī)變量來估計(jì)或預(yù)測另一個(gè)隨機(jī)變量的期望值時(shí)建立的模型及所做的統(tǒng)計(jì)分析即相關(guān)分析。首先統(tǒng)計(jì)建站以來記錄到的若干場洪水的次洪面降雨量P、降雨歷時(shí)T、起漲水位Z起、同時(shí)水位Z同和漲幅等因素；再用電子表格函數(shù)linest 進(jìn)行回歸方程建立，取各次洪峰水位Z峰為因變量，相應(yīng)的次洪面降雨量P、降雨歷時(shí)T、起漲水位Z起、同時(shí)水位Z同等為自變量建立多元回歸方程，采用最小二乘法原理擬合得出各自變量的系數(shù)，得到連續(xù)最大3 h降雨量的預(yù)報(bào)回歸方程。在妙站從2017年開始編制多元回歸預(yù)警方案，利用2015-2017年7場較大洪水資料初步建立了預(yù)報(bào)方程，此后適時(shí)對方案進(jìn)行修訂，不斷增加方案的實(shí)測洪水資料，2019年汛后，再次對在妙站方案進(jìn)行更新，使方案采用的洪水場次達(dá)16 場，修訂后使用的方案為：

方案一：Z=-18.75+0.025P+0.287T-0.091Z起+1.240Z同

方案二：Z=-11.25+0.012P+0.458T+1.093Z起

在方案的實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)水文平臺的數(shù)據(jù)，快速統(tǒng)計(jì)好面降雨量、降雨歷時(shí)、起漲水位和同時(shí)水位等相關(guān)參數(shù)，代入預(yù)報(bào)方程計(jì)算預(yù)警預(yù)報(bào)結(jié)果。

3 影響洪水預(yù)報(bào)精度因素的探討

在妙水位站為近年新建的中小河流站，目前只有幾年的水文資料，但該區(qū)域作為上思縣重要防洪區(qū)域之一，水文情報(bào)對該區(qū)域的防洪減災(zāi)顯得尤為重要。目前，在妙水位站根據(jù)近幾年的水文資料建立的預(yù)警預(yù)報(bào)方案，但在方案實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)情況與洪水實(shí)際情況還有無規(guī)律的偏差現(xiàn)象，這不利于上思縣內(nèi)明江下游流域的防洪抗災(zāi)工作。為了更好地為當(dāng)?shù)卣块T提供快速準(zhǔn)確的水文情報(bào)，做好防洪減災(zāi)工作，分析影響在妙水位站洪水預(yù)報(bào)精度的因素以提高在妙水位站的洪水預(yù)報(bào)精度，不斷完善預(yù)警預(yù)報(bào)方案顯得尤為迫切。

（1）雨量站點(diǎn)密度以及位置分布的合理性對面降雨量計(jì)算的影響。降雨量作為推算洪水的重要因子，對斷面流域降雨量的推算準(zhǔn)確與否將直接影響洪水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。在妙水位站的洪水預(yù)報(bào)方程僅采用在妙斷面流域內(nèi)已有的那派、平福及在妙雨量站作為統(tǒng)計(jì)，且這3 個(gè)雨量站均布設(shè)在明江沿岸，屬于沿江而下一線三點(diǎn)式分布。預(yù)報(bào)方案中即使將收集到的每場洪水的降雨歷時(shí)和降雨強(qiáng)度都考慮進(jìn)去，面雨量這一參數(shù)也由于雨量站點(diǎn)過少且分布位置不合理而存在未能更切近實(shí)際面雨量的問題。因此，在妙斷面流域雨量站點(diǎn)密度以及位置分布的合理性對面降雨量計(jì)算的影響直接影響了預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）上、下游水電站的影響。在妙水位站上游5 km 處為平福電站，汛期無洪水時(shí)會(huì)正常排水發(fā)電，在明江流域?qū)⒁l(fā)生暴雨洪水時(shí)，電站會(huì)提前排水以降低水位，如此一來電站對洪峰傳播的減緩和削弱作用較明顯，在妙站下游的鳩鴣電站對上游的壅水作用也影響了洪水的傳播速度和洪水的漲幅。因此在妙站上、下游水電站都影響在妙站洪水預(yù)報(bào)的精度。

（3）起漲水位和同時(shí)水位參數(shù)的權(quán)重先后。在起漲階段流量較小，起漲前期受平福電站影響較大，水位上升較慢，預(yù)報(bào)方程中，選用起漲水位作自變因素的預(yù)報(bào)方程不如選用同步水位作自變因素的預(yù)報(bào)方程得到預(yù)報(bào)效果好，這也說明由電站的影響起漲水位作自變參數(shù)時(shí)代表性較差。因而預(yù)報(bào)作業(yè)中對這兩個(gè)因素的采用與否以及權(quán)重先后也會(huì)影響預(yù)報(bào)值。

（4）預(yù)報(bào)方案中未列入的其他因素。在妙站方案的建立是根據(jù)相關(guān)因素分析法推求預(yù)報(bào)回歸方程，其他因素對各場次洪水傳播的影響被假設(shè)為一樣，但近年來明江流域下游的河床被無序地抽挖泥沙，使河流的各種水力要素有了不小的變化，如河道變深、阻水因素變小等，這使得現(xiàn)洪水傳播時(shí)間發(fā)生變化。在妙站下游不遠(yuǎn)處為寧明縣的鳩鴣電站，受電站壅水頂托的影響，在妙站以下河床泄洪將變緩，但在作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)，未考慮這一因素對洪水傳播的影響。在洪水水文預(yù)報(bào)中，蓄滿產(chǎn)流的雨量是一個(gè)不可忽視的因素，它的大小直接影響到流域產(chǎn)流量和匯流時(shí)間，即使降雨量相同，但流域前期干旱程度不同，那么流域產(chǎn)流量不同，出現(xiàn)的洪峰水位和相應(yīng)流量也會(huì)有差異。在妙站的洪水預(yù)報(bào)回歸方程中，沒有考慮蓄滿產(chǎn)流的雨量這一水文要素，而是忽略這一因素用同樣的方法推算洪峰水位，因此也是預(yù)報(bào)情況與實(shí)際情況出現(xiàn)差異的原因之一，從而影響了洪水預(yù)報(bào)的精度。

4 各因素對預(yù)報(bào)精度的影響比較

通過上面的探討，初步分析了影響在妙水位站洪水預(yù)報(bào)的各種因素，當(dāng)然還可能有上文中未考慮到的因素。顯然，在妙水位站用相關(guān)因素分析的方法建立洪水預(yù)報(bào)方案時(shí)，也存在較多無法量化的影響因素，這些無法量化的因素未能列入預(yù)報(bào)回歸方程的因變量中。目前，因資料條件的限制，本文只定性地對各個(gè)影響在妙水位站洪水預(yù)報(bào)精度的因素進(jìn)行簡單的探討，各個(gè)因素對該站洪水預(yù)報(bào)值的影響程度沒有作量化分析，主要是由于在妙站目前收集到的洪水資料數(shù)量還不足以做出對各影響要素進(jìn)行細(xì)致分析的統(tǒng)計(jì)和比較。洪水預(yù)警預(yù)報(bào)作業(yè)方案的建立技術(shù)要求高，目前根據(jù)回歸方程建立的方案不一定適合在妙站的實(shí)際情況，在預(yù)報(bào)作業(yè)時(shí)也不應(yīng)照搬預(yù)報(bào)方程，必須進(jìn)行具體的、動(dòng)態(tài)的分析，綜合各因素考慮進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。

5 對廣西沿海中小河流預(yù)警預(yù)報(bào)的幾點(diǎn)建議

（1）廣西沿海的中小河流站均是近年來的新建站，大部分站點(diǎn)建站以來發(fā)生洪水不多，洪水預(yù)報(bào)方案建立時(shí)可選擇資料較少，很多站都沒有高水位的洪峰進(jìn)行驗(yàn)證，因此預(yù)警方案的建立不可一蹴而就，應(yīng)不斷完善和進(jìn)化。

（2）中小河流站普遍有流域小，河長短、洪水變化快的特點(diǎn)，但也有其差異性，且水文預(yù)報(bào)具有高度的復(fù)雜性，在建立預(yù)警預(yù)報(bào)方案時(shí)，單一模型難以獨(dú)自解決，應(yīng)將多種方法聯(lián)合，揚(yáng)長避短，以達(dá)到更高的預(yù)報(bào)精度。如洪水資料場次較多，可采用不同水位級洪水分別建立方案，建立多套預(yù)報(bào)方案后進(jìn)行適用性分析，用較為擬合該流域的方案作為主要的預(yù)報(bào)方案。

（3）中小河流站在建立洪水預(yù)報(bào)方案以及在使用方案作預(yù)報(bào)時(shí)，應(yīng)充分考慮無法量化的影響因子，如流域類型、暴雨中心（或是否為全局性暴雨）、屬于山區(qū)性河流還是平原地區(qū)河流等。在預(yù)報(bào)作業(yè)中考慮這些無法量化的因素，對預(yù)報(bào)值進(jìn)行合理的調(diào)整。

（4）用近年的資料點(diǎn)繪新的水位流量關(guān)系曲線，以便對預(yù)報(bào)值進(jìn)行參證性檢驗(yàn)。