孫　卓，魏艷鳳

(黑河水文局，黑龍江 黑河 164300)

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湯旺河伊新站洪水預(yù)報(bào)方法經(jīng)驗(yàn)分析

孫卓，魏艷鳳

(黑河水文局，黑龍江 黑河 164300)

摘要：文章對(duì)湯旺河伊新站現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)方案進(jìn)行了分析改進(jìn)，主要解決了現(xiàn)有預(yù)報(bào)方案中因區(qū)間流域受水庫(kù)影響導(dǎo)致天然來(lái)水狀態(tài)被改變，而無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)估區(qū)間來(lái)水量的問(wèn)題。主要方法是根據(jù)未受影響部分區(qū)間流域降雨的情況，通過(guò)扣除水庫(kù)泄流的實(shí)測(cè)洪水過(guò)程分析出新的區(qū)間洪水單位線，進(jìn)而來(lái)預(yù)報(bào)區(qū)間洪水。該方法經(jīng)驗(yàn)性成分較大，理論基礎(chǔ)較淺，只能對(duì)當(dāng)前該站的實(shí)際洪水預(yù)報(bào)作一定參考。

關(guān)鍵詞：湯旺河伊新站；區(qū)間洪水；水庫(kù)泄流；經(jīng)驗(yàn)匯流單位線；洪水預(yù)報(bào)

0前言

流域經(jīng)驗(yàn)匯流單位線法是目前預(yù)測(cè)降雨徑流型洪水常用的預(yù)報(bào)方法，其方法基礎(chǔ)來(lái)源于對(duì)歷史洪水總結(jié)分析并歸納成幾種類型的匯流單位線，實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)具體情況選用與本次洪水相近的歷史洪水分析出來(lái)的單位線進(jìn)行疊加運(yùn)算來(lái)預(yù)報(bào)洪水過(guò)程。

單位線的具體定義是指在給定的流域上，單位時(shí)段內(nèi)時(shí)空分布均勻的一次降雨產(chǎn)生的單位凈雨量，在流域出口斷面所形成的地面(直接)徑流過(guò)程，單位凈雨量常取10 mm，控制單位線形狀的指標(biāo)有單位線洪峰流量qm，洪峰滯時(shí)TP及單位線總歷時(shí)TD，常稱單位線三要素，如圖1所示。

單位線的通俗解釋就是利用某流域一次完整的實(shí)測(cè)洪水過(guò)程和對(duì)應(yīng)的流域平均雨量過(guò)程的數(shù)據(jù)，首先確定平均降雨總量所產(chǎn)生的本次洪水徑流深(凈雨深)，然后利用該凈雨深和對(duì)應(yīng)徑流過(guò)程的倍比關(guān)系推算出單位凈雨深(10 mm)所對(duì)應(yīng)的洪水過(guò)程，這個(gè)單位凈雨深所對(duì)應(yīng)的洪水過(guò)程就是對(duì)應(yīng)于本次降雨類型的流域匯流單位線[1]。

人工推求某次洪水的單位線比較麻煩有時(shí)因雨洪關(guān)系選擇不當(dāng)根本難以求出，目前常用計(jì)算機(jī)軟件分析求得。實(shí)際使用時(shí)選擇與實(shí)際降雨相似雨型的單位線利用實(shí)際凈雨量(由降雨~徑流深相關(guān)圖查得)與單位凈雨的倍比關(guān)系再逐時(shí)段乘單位線洪水過(guò)程即預(yù)報(bào)出相應(yīng)洪水過(guò)程。

圖1　流域單位線示意圖

1問(wèn)題的提出

流域匯流單位線來(lái)源于對(duì)歷史洪水的分析歸納，其應(yīng)用前提是預(yù)報(bào)時(shí)刻與歷史洪水時(shí)期的流域下墊面及河道情況必須一致，否則就失去了單位線的借鑒作用。實(shí)際上隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，測(cè)站上游經(jīng)常建有各類水工建筑物，天然洪水過(guò)程被人為改變，導(dǎo)致單位線預(yù)報(bào)方法精度偏低甚至失去作用，湯旺河伊新站位置見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，該站上游洪水由3部分來(lái)水組成：

1)干流五營(yíng)站控制的來(lái)水；

2)支流伊春站控制的來(lái)水；

3)友好河、雙子河等區(qū)間流域來(lái)水。

這3部分來(lái)水情況見(jiàn)表1。

圖2　湯旺河伊新站位置圖

1.1　伊新站當(dāng)前預(yù)報(bào)方法介紹

伊新站目前預(yù)報(bào)方案中采用五營(yíng)站來(lái)水加上五營(yíng)至伊新區(qū)間(包括伊春河流域)來(lái)水進(jìn)行該站的洪水預(yù)報(bào)。五營(yíng)站來(lái)水由五營(yíng)站自身預(yù)報(bào)方案求得：區(qū)間來(lái)水由已分析完成的區(qū)間降雨徑流預(yù)報(bào)方案求得，該方案采用經(jīng)驗(yàn)匯流單位線法[2]。

1.2　伊新站預(yù)報(bào)方案當(dāng)前存在問(wèn)題

伊新站區(qū)間流域洪水預(yù)報(bào)采用降雨徑流經(jīng)驗(yàn)單位線法，雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于伊春河、友好河、雙子河等流域雨量站，該站預(yù)報(bào)方案中的各類流域經(jīng)驗(yàn)匯流單位線均由天然狀態(tài)下的歷史洪水分析而來(lái)。隨著2010年伊春河流域西山水庫(kù)投入運(yùn)行，伊新站上游天然來(lái)水狀況被改變，西山水庫(kù)控制伊春河流域面積1 613 km2，幾乎控制了伊春站70%的來(lái)水量，致使伊新站部分來(lái)水失去了天然狀態(tài)，直接影響到了該站區(qū)間流域降雨徑流預(yù)報(bào)成果的精度，伊春站以上流域雨量站對(duì)伊新站洪水預(yù)報(bào)已失去直接利用的價(jià)值[3]。

1.3　解決建議

該站洪水預(yù)報(bào)當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題是因區(qū)間流域的較大支流被水庫(kù)控制，導(dǎo)致來(lái)水已不符合天然狀況下的雨洪關(guān)系，不能直接利用流域匯流單位線來(lái)預(yù)報(bào)洪水流量。文章提出的解決辦法就是將受水庫(kù)影響的流域從原預(yù)報(bào)方案的區(qū)間流域中分離出來(lái)，將水庫(kù)按一個(gè)測(cè)站來(lái)處理。這樣余下的區(qū)間流域仍是天然狀態(tài)，符合降雨徑流產(chǎn)匯流規(guī)律，可以繼續(xù)采用流域經(jīng)驗(yàn)匯流單位線法來(lái)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)結(jié)果采用五營(yíng)站流量加區(qū)間預(yù)報(bào)流量再加上水庫(kù)下泄流量即可。

2伊新站分割后區(qū)間流域匯流單位線推求分析

該站原區(qū)間流域被分割后因新的區(qū)間流域雨量站點(diǎn)和面積的變化，已不能再使用原方案中的單位線，必須重新分析計(jì)算對(duì)應(yīng)現(xiàn)有區(qū)間流域的單位線，具體方法如下：

1)選擇扣除水庫(kù)放流后的伊新站實(shí)測(cè)流量過(guò)程，然后再減去五營(yíng)站對(duì)應(yīng)來(lái)水過(guò)程，減上游來(lái)水時(shí)注意在過(guò)程線上按洪水傳播時(shí)間錯(cuò)時(shí)相減，這樣就得到了扣除水庫(kù)來(lái)水的天然產(chǎn)流來(lái)水過(guò)程。

2)利用新區(qū)間流域內(nèi)的雨量與天然狀況下的實(shí)測(cè)洪水過(guò)程來(lái)計(jì)算各場(chǎng)次洪水的匯流單位線(由專用分析軟件完成)，凈雨深仍由原方案中降雨~徑流相關(guān)圖查得。

2.1　應(yīng)用實(shí)例

因西山水庫(kù)投入運(yùn)行時(shí)間較短，可供選擇的較大級(jí)別實(shí)測(cè)洪水系列較少，文章以2014年7月伊新站實(shí)測(cè)洪水過(guò)程為例進(jìn)行本次洪水的經(jīng)驗(yàn)單位線分析計(jì)算。應(yīng)用該單位線以2003年8月該站一次洪水過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)擬合檢驗(yàn)?？鄢畮?kù)和上游五營(yíng)站來(lái)水后的區(qū)間流域洪水過(guò)程線見(jiàn)圖3。根據(jù)圖3洪水過(guò)程計(jì)算對(duì)應(yīng)本次洪水的徑流深(凈雨量)，由凈雨深和洪水過(guò)程利用分析軟件求出本次洪水的單位凈雨量(10 mm)所對(duì)應(yīng)的洪水過(guò)程，也就是由本次洪水所推求的區(qū)間流域經(jīng)驗(yàn)匯流單位線，見(jiàn)圖4。

圖3　區(qū)間流域2014年7月扣除五營(yíng)站

本次分析得到的單位線，用2013年8月15日洪水來(lái)檢驗(yàn)，該次洪水流域平均凈雨量為50 mm，預(yù)報(bào)洪峰流量為1 670 m3/s，實(shí)測(cè)洪峰流量為1 560 m3/s，誤差為7.1%，符合《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》規(guī)定的降雨徑流預(yù)報(bào)法精度誤差<20%的標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2和圖5[4]。

圖4　區(qū)間流域2014年7月22日洪水對(duì)應(yīng)匯流單位線

時(shí)段24h單位線/m3·s-1q計(jì)算流量過(guò)程(凈雨量為50mm)/m3·s-1區(qū)間底水(包括五營(yíng)站來(lái)水)/m3·s-1水庫(kù)泄流/m3·s-1預(yù)報(bào)流量/m3·s-1伊新站實(shí)測(cè)洪水過(guò)程/m3·s-100070050750751115075045050125011502240120037010016701560315075018010010301360411055017050770109059045016050660882680400150506006737703501305053063885025012050420570

圖5伊新站2013年8月15日

洪水預(yù)報(bào)、實(shí)測(cè)過(guò)程對(duì)比圖

3結(jié)語(yǔ)

各類水利工程在調(diào)蓄防洪，開(kāi)發(fā)利用水資源的同時(shí)也改變了流域的自然水文特性，使得一些以歷史洪水為基本規(guī)律總結(jié)分析而來(lái)的預(yù)報(bào)手段應(yīng)用價(jià)值嚴(yán)重降低，因此分析如何減少水工建筑物對(duì)洪水預(yù)報(bào)工作的影響顯得十分重要。及時(shí)分析和補(bǔ)充現(xiàn)有受影響流域的單位線，可以提高單位線的適用性和準(zhǔn)確性。文章因?qū)崪y(cè)資料所限，實(shí)例洪水檢驗(yàn)對(duì)比次數(shù)較少，待充實(shí)完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]黑龍江省水利廳.推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線[S].哈爾濱：黑龍江省水文圖集，1996.

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[3]莊一鸰，林三益.水文預(yù)報(bào)[M].北京：水利電力出版社，1986：36-38.

[4]葛守西.現(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999：125-145.

[作者簡(jiǎn)介]孫卓(1979-)，女，吉林長(zhǎng)嶺人，工程師；魏艷鳳(1976-)，女，黑龍江嫩江人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號(hào)：P338

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)08-0030-03