特大暴雨影響的衛(wèi)運(yùn)河洪水預(yù)報(bào)淺析
——以衛(wèi)運(yùn)河南陶站預(yù)報(bào)為例

趙慶魯,鄭 蕾,潘 旭

(山東省聊城市水文中心,山東 聊城 252000)

1 流域概況

漳衛(wèi)南運(yùn)河為海河水系五大河系之一,地處太行山以東,上游分漳河、衛(wèi)河兩大支流,在徐萬倉處匯集入衛(wèi)運(yùn)河,經(jīng)四女寺樞紐,大部分洪水經(jīng)漳衛(wèi)新河在海豐以下入渤海,少部分從南運(yùn)河下泄,再經(jīng)捷地減河、馬廠減河及海河入渤海。河系流域面積37 860 km2,其中山區(qū)面積25 774 km2(見圖1)。

圖1 漳衛(wèi)南運(yùn)河水系流域圖

漳河發(fā)源于山西高原和太行山區(qū),東與滏陽河為鄰,北接滹沱河及瀟河,西界沁河,南靠丹河及衛(wèi)河,地跨晉、冀、豫三省。其上游分清漳與濁漳兩大支流。清漳河與濁漳河在合漳處匯合后為漳河,其下游出山口觀臺站以下建有一大型水庫——岳城水庫。衛(wèi)河發(fā)源于太行山區(qū),主要干支流自太行山前陡坡下跌進(jìn)入平原,山區(qū)約占60%,較大者有淇河、湯河、安陽河等。

徐萬倉至山東省武城縣四女寺樞紐稱衛(wèi)運(yùn)河,河道全長157 km;四女寺至無棣縣二道溝以下入渤海,稱漳衛(wèi)新河,河道全長243 km;四女寺至天津市靜?？h十一堡,稱南運(yùn)河,河道全長309 km。

2 流域主要水文監(jiān)測站概況

漳衛(wèi)南運(yùn)河河系水文站遍及主要河道監(jiān)測斷面,衛(wèi)河主要監(jiān)測站有淇門、五陵、安陽、元村等,其中元村站是距離衛(wèi)運(yùn)河南陶水文站最近的水文站,也是與南陶站建立上下游關(guān)系用于洪水預(yù)報(bào)的重要站點(diǎn);漳河有匡門口、天橋斷、觀臺、岳城水庫、蔡小莊等站,其中岳城水庫的泄洪直接影響南陶站的洪水過程(見圖2)。

圖2 漳衛(wèi)南運(yùn)河主要水文站點(diǎn)分布概化圖

圖3 暴雨分布圖

圖4 元村站洪水過程線(上線為水位線,下線為流量線)

南陶站位于聊城市冠縣東古城鎮(zhèn)與河北省邢臺市館陶縣交界處,站點(diǎn)設(shè)置位置在館陶縣城南衛(wèi)運(yùn)河西岸,是衛(wèi)運(yùn)河進(jìn)入山東省的首站。南陶站控制斷面為復(fù)式河槽,主槽寬150 m,灘地主要分布在右岸,寬約740 m。河道接納漳河來水時漲水快、來勢猛,漳河、衛(wèi)河同時來水的情況也經(jīng)常發(fā)生,河道治理后曾發(fā)生“77.8”、“82.8”、“96.8”等較大洪水,下游右岸是聊城市的冠縣和臨清市,左岸是河北省邢臺市館陶縣、臨西縣,南陶站的洪水預(yù)報(bào)對下游的防汛減災(zāi)工作具有非常重要的意義。

3 2021年7月衛(wèi)運(yùn)河上游暴雨過程

2021年7月18-22日,受南亞高壓東伸、副熱帶高壓西伸北抬、強(qiáng)臺風(fēng)遠(yuǎn)程輸送水汽等多種因素共同影響,華北、華中地區(qū)出現(xiàn)罕見的持續(xù)性強(qiáng)降水天氣,多地出現(xiàn)暴雨、大暴雨,致使海河、黃河及淮河流域相繼出現(xiàn)顯著洪水過程,將此次持續(xù)性強(qiáng)降雨過程稱為“7·20”暴雨?！?·20”暴雨主要降雨時段集中在7月19日8時-21日8時,有多個暴雨中心。降雨過程 17-18日主要發(fā)生在豫北;19-20日暴雨中心南移至鄭州一帶;21-22日暴雨中心再次北移至新鄉(xiāng)一帶,23日逐漸減弱結(jié)束。此次強(qiáng)降水過程具有持續(xù)時間長、累積雨量大、強(qiáng)降水范圍廣、強(qiáng)降水時段集中等特點(diǎn),過程累積100 mm以上降水籠罩面積 12.99萬 km2,250 mm以上降水籠罩面積4.8萬 km2,400 mm 以上降水籠罩面積1.78萬 km2。

4 南陶站預(yù)報(bào)

4.1 預(yù)報(bào)方案

就南陶站預(yù)報(bào)來說,匯水區(qū)域均在上游,元村站、岳城水庫以下流域面積內(nèi)匯水稀少,根據(jù)預(yù)報(bào)方案,充分掌握岳城水庫泄流信息、衛(wèi)河臨近站點(diǎn)水情信息是做好南陶站預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。南陶水文站位于漳河、衛(wèi)河的交匯點(diǎn)下游6 km處,漳河出岳城水庫至南陶站河道總長119 km,設(shè)計(jì)洪水傳播時間為33 h。衛(wèi)河元村站至南陶站河道總長69 km,設(shè)計(jì)洪水傳輸時間為23 h。如此推斷看來,目前的河道洪水實(shí)際傳輸時間要比原設(shè)計(jì)值延長許多。依據(jù)岳城水庫實(shí)際泄洪過程及衛(wèi)河元村站實(shí)際洪水過程進(jìn)行南陶站的洪水預(yù)報(bào)至少可以爭取50多個小時的預(yù)見期,如果參考1996年洪水傳輸情況甚至參考漳、衛(wèi)河流域的降雨徑流預(yù)報(bào)結(jié)果,其預(yù)見期將會更長,將為防汛搶險準(zhǔn)備工作提供極為便捷的環(huán)境條件。

衛(wèi)運(yùn)河南陶站洪水預(yù)報(bào)是采用上下游相關(guān)法,南陶站利用上游元村站和岳城水庫來水情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。本次暴雨過程主要發(fā)生在上游衛(wèi)河,但衛(wèi)河來水期間,岳城水庫發(fā)生短時開閘泄洪的情況。預(yù)報(bào)方案需綜合考慮兩條河道來水,岳城水庫放水影響期間宜采用元村站加岳城水庫同時流量與南陶站流量相關(guān)關(guān)系預(yù)報(bào),影響結(jié)束后采用元村站流量與南陶站流量相關(guān)關(guān)系預(yù)報(bào)。根據(jù)預(yù)報(bào)方案,選取歷年上下游洪水資料,建立上下游流量相關(guān)圖,作為南陶站洪水預(yù)報(bào)方案使用。

4.2 上游洪水

4.2.1 元村站洪水

受本次特大暴雨影響,衛(wèi)河元村站7月18日開始漲水,21日漲水過程加快,25日8時達(dá)到最大流量947 m3/s,相應(yīng)水位47.97 m,超警戒水位0.29 m。

4.2.2 岳城水庫放水

受上游來水影響,岳城水庫蓄水量增加,水庫23日17時開始放水,漳河出口初始流量100 m3/s,最大出庫700 m3/s,7月28日14時關(guān)閘。主要放水過程見表1。

表1 水庫出庫流量表

4.3 南陶站預(yù)報(bào)

4.3.1 理論預(yù)報(bào)分析

南陶站7月20日開始出現(xiàn)水位上漲,23日后水位流量迅速上漲。根據(jù)河道設(shè)計(jì)成果和預(yù)報(bào)方案(2016年修訂,采用2015年以前洪水?dāng)?shù)據(jù)),按報(bào)汛任務(wù)書及地市防汛工作要求適時開展洪水預(yù)報(bào)工作。本次洪水主要為衛(wèi)河來水疊加部分岳城水庫放水,元村站洪峰時間25日8時,根據(jù)河道設(shè)計(jì)成果和方案預(yù)計(jì)洪峰到達(dá)南陶時間23 h,洪峰時間預(yù)計(jì)26日7時,洪峰流量900 m3/s。岳城水庫來水預(yù)計(jì)運(yùn)行時間33 h,水頭到達(dá)南陶站時間預(yù)計(jì)在25日凌晨2時。

根據(jù)以上分析,在上游衛(wèi)河來水不疊加漳河岳城水庫放水的情況下,理論預(yù)報(bào)結(jié)果見表2。

表2 根據(jù)上游衛(wèi)河來水理論預(yù)報(bào)結(jié)果

疊加岳城水庫后,理論預(yù)報(bào)結(jié)果見表3。

表3 衛(wèi)河來水疊加岳城水庫放水理論預(yù)報(bào)結(jié)果

4.3.2 實(shí)際預(yù)報(bào)成果

本次洪水過程是1996年以后最大的一次洪水過程,中間2016年衛(wèi)運(yùn)河洪水南陶站洪峰流量555 m3/s,與本次洪水差距較大,兩次洪水與設(shè)計(jì)洪水傳播時間均有較大差距。隨著近年來河湖長制的實(shí)施,河道下墊面條件又有較大變化,對洪水傳播又有較大影響。

根據(jù)元村站上游洪水運(yùn)行速率及演進(jìn)變化情況及1996年、2016年洪水運(yùn)行過程,在實(shí)際預(yù)報(bào)過程中做出預(yù)報(bào)見表4。

表4 南陶站預(yù)報(bào)成果與實(shí)際洪水過程對照表

4.4 預(yù)報(bào)成果分析

根據(jù)河道設(shè)計(jì)及預(yù)報(bào)方案預(yù)報(bào)(表3),預(yù)報(bào)洪水過程與實(shí)際洪水差距較大,尤其是洪峰流量,較實(shí)際高250 m3/s,誤差比達(dá)到22.7%,洪峰發(fā)生時間與實(shí)際差距較大,按照《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(SL250-2000)關(guān)于洪水預(yù)報(bào)精度評定辦法,預(yù)報(bào)已不符合精度要求。

根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(SL250-2000)關(guān)于洪水預(yù)報(bào)精度評定辦法,在表4中將南陶站預(yù)報(bào)成果與實(shí)際發(fā)生洪水過程對比分析,預(yù)報(bào)洪水過程符合精度要求。

5 結(jié)語

(1)南陶站處于漳河、衛(wèi)河交匯處下游約6 km的位置,預(yù)報(bào)時需綜合考慮因素較多,因歷史較大洪水次數(shù)有限,預(yù)報(bào)方案采用歷史洪水與實(shí)際發(fā)生洪水總會有較大不同,歷史洪水漳河、衛(wèi)河來水大小不同,匯合后的洪水頂托消減也會有較大差異,這些因素的影響增加了洪水預(yù)報(bào)的難度。

(2)南陶站做預(yù)報(bào)時主要誤差出現(xiàn)在洪峰傳播時間上,因上游河槽內(nèi)有農(nóng)作物和樹木,在每年第一次較大洪水做預(yù)報(bào)時應(yīng)加大洪峰傳播時間值,在間隔若干連續(xù)枯水年份以后的洪峰傳播時間預(yù)報(bào)時更應(yīng)該加大洪峰傳播時間的值。

(3)在水位流量關(guān)系線的利用時,要區(qū)分衛(wèi)河來水為主還是漳河來水為主,本次是以衛(wèi)河來水為主,并疊加部分漳河來水的情況分析的,如遇漳河單獨(dú)來水或漳河、衛(wèi)河同時有較大來水,還應(yīng)視情況具體分析。

(4)考慮河道每年都會發(fā)生變化,在具體預(yù)報(bào)工作中也可根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)時更新水位～流量關(guān)系曲線,或利用各類水情服務(wù)系統(tǒng)實(shí)時自動生成水位～流量關(guān)系曲線,將會大大洪水預(yù)報(bào)的效率和準(zhǔn)確度。

(5)應(yīng)加強(qiáng)與上游水文部門、水庫管理部門溝通,實(shí)時掌握上游來水、上游預(yù)報(bào)及工程蓄水、泄洪調(diào)度信息,可進(jìn)一步延長預(yù)見期并能及時對預(yù)報(bào)成果進(jìn)行修正。

(6)洪水預(yù)報(bào)影響因素較多,在進(jìn)行預(yù)報(bào)時,應(yīng)注意具體問題具體分析,盡可能采用多種方法,綜合考慮多種因素進(jìn)行分析,才能準(zhǔn)確做出洪水預(yù)報(bào)。還有,在遇到特殊洪水時,應(yīng)及時修訂洪水預(yù)報(bào)方案,確保方案與實(shí)際洪水過程相符,才能準(zhǔn)備及時做出精度較高的預(yù)報(bào)。