牡丹江區(qū)域中小河流水文站洪水相關(guān)影響因素分析

孫冰心

(黑龍江省水文水資源中心牡丹江分中心，黑龍江 牡丹江 157000)

1 鐵嶺河鎮(zhèn)站水文站

鐵嶺河鎮(zhèn)水文站始于2016年，是牡丹江水文水資源中心管轄區(qū)內(nèi)的中小型河流水文監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程的一個全新建站。鐵嶺河鎮(zhèn)水文站位于牡丹江市陽明區(qū)鐵嶺河鎮(zhèn),集水面積373km2。本站橫斷面布置在牡丹江右岸第一級支流鐵嶺河下游的河段。該河起源于大頂子山，分水嶺最高處位于海拔高程817.3m，流經(jīng)牡丹江市磨刀石鎮(zhèn)，在牡丹江市鐵嶺鎮(zhèn)北部匯入牡丹江，本站上游65m處有座公路橋，橋上游20m有一支流葦子溝匯入。鐵嶺河在基下2.9km處匯入牡丹江。本站距離牡丹江市14km。

牡丹江流域的季風(fēng)氣候主要由位于太平洋東北季風(fēng)及位于西伯利亞地區(qū)的高溫低氣壓季風(fēng)控制,夏季炎熱、多風(fēng)少雨,冬季嚴寒干旱。汛期時的洪水大多數(shù)情況是由于各地受南下而來的兩股臺風(fēng)、低氣壓共同形成合并的氣流影響,造成了一場集中性特大暴雨,從而在此降雨過程中也就形成了較大的汛期洪水。

該站由于地處中國東亞型副熱帶濕潤季風(fēng)氣候地區(qū),春秋兩季時間短促,冬夏兩季時間分明。具有夏季日照充足,氣候多變轉(zhuǎn)化多端的邊緣地理位置等氣候特點,春秋秋冬時節(jié)多于季風(fēng),氣候濕潤,年月份平均月高最低氣溫一般控制為3.6℃,1月份最高平均氣溫-14.8℃,7月平均最低氣溫22.2℃。由于該站常年受到強烈的東北季風(fēng)天氣影響,因此該站以西南偏西偏北風(fēng)向的季節(jié)天氣為主,年平均風(fēng)速為2.5m/s。

該站洪水為典型的雨洪徑流，年最高峰集中發(fā)生于汛期6-9月,尤以6、7、8月份最為集中。洪水的過程大部分均為單式洪峰,洪峰的停留時間通?？刂圃诩s30min，漲、落水的歷時都相對短,峰型也相對較瘦。

2 鐵嶺河鎮(zhèn)洪水情況

2.1 場次洪水情況

通過對鐵嶺河鎮(zhèn)2017—2020年洪水資料整理發(fā)現(xiàn)，其峰現(xiàn)時間多在2h以內(nèi)，符合中和河流峰現(xiàn)時間短的特點。而其漲洪歷時一般也≤6h，水位變幅多為1m以上，甚至接近3m，鐵嶺河鎮(zhèn)洪水場次情況表，見表1。

表1 鐵嶺河鎮(zhèn)洪水場次情況表

通過表1可看出2017年7月19日的場次洪水暴雨中心為三里地村，其降雨歷時為5.5h，面雨量達到65.3mm，雨強為11.9mm/h，水位變幅達2.72m，流量變幅198m3/s，漲洪歷時為5.8h；另一場暴雨中心為團山子村的2018年6月28 日的場次洪水，降雨歷時3.5h，面雨量為21.5mm，雨強為6.1mm/h，水位變幅達到了1.46m，流量變幅達87.6m3/s，漲洪歷時3.4h； 2019年8月29日的場次洪水，降雨歷時6h，面雨量15.4mm，雨強為2.6mm/h，水位變幅0.86m，流量變幅達33m3/s，漲洪歷時5.4h；2020年9月3日的場次洪水暴雨中心為富強五隊，其降雨歷時2h，面雨量為18.6mm，雨強為9.3mm/h，水位變幅達到了1.92m，流量變幅達137.5m3/s，漲洪歷時3.5h。 通過以上場次洪水情況可以基本看出本站的洪水特點為起漲歷時短，水位及流量變幅大，雨強對其影響較為明顯。

2.2 部分時段降雨量柱狀圖及相應(yīng)場次洪水水位過程線

通過雨量柱狀圖同降雨過程線對應(yīng)可看出，在不同暴雨中心的情況下，水位均有較大變幅，可見本站洪水情況與降雨中心位置基本無關(guān)，而不同年份的場次洪水對比中可看出，在面雨量相近的情況下，由于雨強的影響，水位變幅和流量變幅均出現(xiàn)較大變化，由此可知，雨強對本站的洪水情況影響較大。而在雨強相差不多時，較大的面雨量使得本站洪水發(fā)生較大變化，也可以得知，面雨量對該站的洪水情況影響較大。

圖1 鐵嶺河鎮(zhèn)2017.07.19時段降雨量柱狀圖

圖2 鐵嶺河鎮(zhèn)2017.07.19水位過程線

圖3 鐵嶺河鎮(zhèn)2018.06.28時段降雨量柱狀圖

圖4 鐵嶺河鎮(zhèn)2018.06.28水位過程線

圖5 鐵嶺河鎮(zhèn)2020.09.03時段降雨量柱狀圖

圖6 鐵嶺河鎮(zhèn)2020.09.03水位過程線

3 現(xiàn)階段中小河流預(yù)報情況

防洪抗旱減災(zāi)工作開展過程中,中小河流洪水預(yù)報預(yù)警是一項不可或缺的重要工作內(nèi)容,但在實施的過程中也有著諸多的困難和問題。中小河流大多缺少防洪標準,防洪監(jiān)控體系的完善性不足,而隨著現(xiàn)階段中小河流洪災(zāi)頻繁發(fā)生,市區(qū)防洪措施要求增加,構(gòu)建中小河流預(yù)報和警戒體系意義重大,這對中國區(qū)域內(nèi)部的人民群眾生命安全與財產(chǎn)安全都具有十分重要的防御和控制作用。

中小河流的洪水預(yù)報對時效性具有較高的要求,一般來說中小河流的洪水預(yù)報采用的時效性方法主要包括有單位線、新安江模型、分布式水文預(yù)報模型等,預(yù)測洪水災(zāi)害的時效性方法雖然很多,但是應(yīng)用在中小河流上的預(yù)測卻往往很難取得良好的時效。洪水災(zāi)害預(yù)報的精確性不高,這就成為目前中國中小型河流地區(qū)進行洪水災(zāi)害預(yù)報和監(jiān)測所面臨的一個普遍性問題。目前,牡丹江市中小型河流地區(qū)發(fā)生的洪水災(zāi)害預(yù)報和防汛工作還存在以下幾個難點:

1)中小河流水文監(jiān)測站點建成時間短，資料積累不足。牡丹江市小河流專用水文站、水位站、雨量站2016年投入使用，運行時間較短，經(jīng)歷洪水次數(shù)少，導(dǎo)致洪水預(yù)報方案制作所需必要數(shù)據(jù)不足，短期內(nèi)無法建立較高精度的預(yù)報方案。

2)實測流量數(shù)據(jù)少，獲得洪峰流量難度較大。中小河流水文監(jiān)測站目前普遍采用無人值守與巡測結(jié)合的測驗方式，監(jiān)測站點與勘測隊距離一般較遠，中小河流暴漲暴落，漲洪歷時較短，一場洪水過程中，水位監(jiān)測采用遙測技術(shù)，能監(jiān)測洪水全部漲落過程，但全過程實測流量無法全面取得，積累詳實實測流量數(shù)據(jù)較困難，特別是洪峰流量測得難度較大。且中小河流沖淤變化大、水位流量關(guān)系不穩(wěn)定，影響建立預(yù)報方案的精度。

3)汛期洪水發(fā)生的預(yù)報和警告的預(yù)見期非常短。中小型的河流一般都是集水區(qū)域面積相對較小,洪水普遍存在著強烈的暴漲和分崩破壞,洪水發(fā)生的歷時相對較短,一般來說洪水的匯流持續(xù)時間只有幾個多小時,甚至達到不足1h，洪水的預(yù)報和災(zāi)害警戒的預(yù)見期也很短。

4)現(xiàn)有方法預(yù)報精度普遍不高。牡丹江市中小河流暴雨洪水往往是蓄滿與超滲產(chǎn)流共同作用，新安江模型產(chǎn)流方式為蓄滿產(chǎn)流洪水預(yù)報模型，應(yīng)用于牡丹江市中小河流洪水預(yù)報效果不理想。廣泛應(yīng)用于中小河流的分布式模型，參數(shù)根據(jù)河流地形、地貌圖等數(shù)據(jù)進行綜合分析利用進行實測的多年歷史性特大洪水數(shù)據(jù)資料采集率定而計算得到,這就非常需要數(shù)10a的長時間的洪水資料采集積累,同時也非常需要利用雷達圖像測量和降雨、遙感、地理觀測信息采集系統(tǒng)、數(shù)值分析計算和專用電腦以及通用計算機等多種科學(xué)技術(shù)手段來為其提供數(shù)據(jù)支撐,參數(shù)調(diào)試難度大,目前預(yù)報精度普遍不高。

5)牡丹江市中小型河流普遍處于山丘地帶，具有來源短流速急，洪水發(fā)生時具有災(zāi)害性和破壞能力大、歷時短、災(zāi)害預(yù)報困難和難以及時預(yù)防等特點，研究簡單易行、及時準確的預(yù)測預(yù)報方法，建立好洪水預(yù)報預(yù)警方案，為中小河流洪水及時預(yù)警是亟待解決的問題[2]。

4 情況總結(jié)

洪水災(zāi)害不但帶來的經(jīng)濟損失驚人,而且間接導(dǎo)致的洪澇和地質(zhì)等次生、衍生的災(zāi)害也十分嚴峻,這種情況嚴重制約著中國經(jīng)濟社會的健康可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。尤其是近年來由于極端的天氣狀況增多,局地大量強降雨導(dǎo)致中小型河流的突發(fā)性山體洪水頻頻出現(xiàn),對人民的生命財產(chǎn)安全造成了極大的威脅。加強中小河流的治理和安全體系的建設(shè),完善中小河流預(yù)警和減災(zāi)系統(tǒng),提高中小河流的防汛抗旱減災(zāi)能力,這些都是經(jīng)濟社會和國民經(jīng)濟的發(fā)展基礎(chǔ)與保證。

由于牡丹江市中小河流具有暴漲暴落、匯流時間短特點,水文資料積累時間只有短短幾年,水文預(yù)報難度較大,水文預(yù)報模型難以取得好的效果。通過對鐵嶺河鎮(zhèn)的資料進行分析整理可以得出洪峰水位與降雨歷時、面平均雨量呈相關(guān)關(guān)系,后續(xù)過程中通過更為完整的資料收集,建立三者相關(guān)關(guān)系對本區(qū)域內(nèi)中小河流站點進行預(yù)報,建立更加完善的洪水預(yù)報數(shù)據(jù)庫,形成較為完善的預(yù)報方案將會是我們后續(xù)研究的方向。