秦嶺山地中小河流洪水預警方法探討

王智林

（商洛水文水資源局 陜西 商洛 726000）

秦嶺在地理位置上具有重要的南北分界意義，它阻擋著南方濕熱氣流的北上和北方寒冷氣流的南下，使秦嶺地區氣候變化復雜，特別是局部小氣候特征顯著，而這就導致了暴雨洪水災害頻發。由于山洪災害威脅著人民生命財產安全和社會穩定，所以做好秦嶺山地山洪的預測預警，是貫徹山洪災害防治的一項重要舉措。

1 秦嶺水文概況

發源于秦嶺山區的河流眾多，它們沿主脊向兩側流出，分別匯入北部的渭河和南部的嘉陵江、漢江、南洛河。南坡河流較長，北坡河流較短。長度在40km以上的支流有86條，流域面積大于100km2的河流有195條。其中，漢江水系流域面積大于100km2的河流有117條，占60%。區域在氣候、地理地貌、植被覆蓋、流域形狀等方面的變化具有規律性。北坡河流短小、縱坡陡峭，流程在30km～40km左右，峽谷和曲流較多，峪口分布著山麓洪積扇和洪積錐，多釣鉤型水系；南坡河流較長，縱坡稍緩，比降比北坡小（但從實質上看仍然是較大的，也顯示出山區河源段和上游段的河流縱剖面特征），河網結構復雜，有格子型水系、樹枝狀水系、不對稱水系形態，峽谷多、曲流多，且峽谷與寬谷交替出現。

秦嶺南北徑流深變化有緯向性和經向性規律。秦嶺以北包括南洛河在內為多水區，年徑流量為49.3億m3，占陜西秦嶺地區徑流總量的21.4%，長度在40km以上的河流有24條，流域面積在100km2以上的河流有63條；秦嶺以南為足水區，年徑流量為180.7億m3，占陜西秦嶺地區徑流總量的78.6%，長度在40km以上的河流有62條，流域面積在100 km2以上的河流有132條。

黃河流域由西向東水文分區變化：①清姜河—石頭河多—足水區，年徑流深在650mm～740mm，徑流系數高達81%～93%，汛期在7月～9月；②黑河—霸河多—足水區，年徑流深在400mm～520mm，徑流系數達到44%～74%，汛期在7月～10月；③零河—羅敷河中—足水區，年徑流深在340mm～395mm，徑流系數達50%；④南洛河稍—足水區，年徑流深在260mm～330mm，徑流系數為32%～43%，汛期在7月～10月。

長江流域由西向東水文分區變化：①嘉陵江稍—足水區，年徑流深在240mm～295mm，徑流系數為29%～42%，汛期在7月～10月；②褒河—沮水河中—足水區，年徑流深在350mm～380mm，徑流系數為42%～49%，汛期在7月～10月；③胥水河—子午河多—足水區，年徑流深在450mm～570mm，徑流系數在40%～72%，汛期在7月～10月；④旬河—月河中—足水區，年徑流深在325mm～370mm，徑流系數在40%～44%，汛期在7月～10月；⑤金錢河—丹江稍—足水區，年徑流深在240mm～330mm，徑流系數在34%～40%，汛期在7月～10月。

2 洪水預警的思路

開展秦嶺山地中小河流洪水預警，主要是針對無水文站控制河流或某一區域段，連續發生降雨或預報暴雨發生時，在分析土壤含水量及產匯流情況后，對可能在某一河流或某一河段形成一定量級的洪峰演進進行預測判定，為防汛準備和搶險提供預警。

對于預警方案的編制，有水文資料的流域，可利用觀測積累的雨量洪水資料采用常規的方法編制預報方案。而對于水文資料缺乏的中小河流，首先是分析建立已有水文站的徑流（或徑流模數）與洪峰規律和降雨徑流特性，利用積累的資料分析本區域的成災雨量、成災流量臨界標準，分析前期土壤含水量變化、土壤蒸發能力，根據蓄滿產流的降雨徑流平衡關系（P－R=Wm－W0），計算降雨區域的產流量，利用降雨徑流法、流域面積倍比放大法（縮小法）、比擬法、經驗公式法和上下游相關法進行預警發布。

3 預警方法

3.1 降雨徑流法

根據已設水文站的洪峰資料，分析不同水文分區不同量級洪水對應的徑流深和降雨量范圍，建立徑流深R與洪峰流量Q的關系。利用蓄滿產流關系進行預警。此法適用于同一水文分區。

3.2 倍比縮小（放大）法

利用下游（上游）站已建立的降雨徑流關系，預報該斷面的洪峰流量后，再利用面積比縮小（放大）洪峰流量，預警某一河段的洪峰。此法適用于同流域的上下游比降、糙率變化接近的河段。

3.3 經驗公式法

根據各地《水文手冊》中小流域推求設計洪峰流量的經驗公式，進行預警制作。當降雨發生后判定流域平均雨量的發生頻率，借用相應的公式計算出口洪峰流量。此法適用于100km2以下的流域。此法假設了降雨和洪水同頻率，并利用流域內一站或多站觀測的雨量代表全流域同頻率雨量。

3.4 水文比擬法

建立已設水文站的降雨與洪峰流量關系，當臨近流域或氣候自然地理條件接近的流域發生強降水后，利用水文比擬進行預警。此法適用于相臨或地理地貌、河流特性等差別不大的小流域，且面積比不超過30%。

3.5 上下游相關法

利用洪水傳播規律，建立上下游洪水相關關系，進行洪水下泄演進預警。此法適用于通過水文站斷面，洪水向下游演進的河段。

4 預警方法應用

4.1 基礎準備工作

（1）流域最大初損的確定。從歷年水文實測雨洪資料中，選擇久旱未雨后降雨較大且產生徑流的資料，進行分析確定。

（2）臨界雨量的分析確定。由于秦嶺地區水文分區不同，產流的臨界雨量不同，故根據本地降雨特點，利用現有資料分析計算各點產流或成災的臨界雨量數值。

（3）流域面積的確定。通過地形圖量算或各地水文手冊，整理記錄每條河流的流域面積。

（4）降雨頻率的確定。應用實測資料進行分析，統計出每個站 1h、2h、3h、6h、12h、24h 的不同重現期的雨量值。

（5）洪水頻率的確定。應用各水文站歷年實測資料進行分析，計算每個站不同重現期的洪水頻率值。

（6）洪水級對應的徑流深取值確定。計算歷年實測洪水過程的徑流深，將水文分區內所有站不同洪水級的徑流深進行排列，統計概率，得到不同洪水等級對應的徑流深，按10mm分段。

（7）徑流深與洪峰流量、與降雨量關系圖的建立。根據各水文站實測資料進行分析建立。

（8）土壤蒸發能力和蒸發折減系數的確定。土壤蒸發能力近似等于80mm直徑蒸發皿的水面蒸發量。目前大多數站應用的E601蒸發皿必須進行換算。應用公式推求各月的蒸發折減系數K。

4.2 方法應用

4.2.1 面上預警

對水文分區或流域的水文預警稱為面上預警。

當某一水文分區或流域發生連續降水或天氣預報有強降水時，在分析土壤含水量飽和程度的基礎上，預警產流情況和將在河槽形成的洪水量級。預警方法主要是降雨徑流法。

計算流域的前期土壤含水量Pa。建立Pa計算模型，堅持每天計算，雨量站分布均勻時通過算術平均推求，否則，加權計算。對水文分區和流域進行預警。

計算徑流深R。建立R計算模型，當降雨達到產流臨界值后，密切觀察后期變化或天氣預報信息，利用蓄滿產流模型計算徑流深R。根據建立的Q～R關系圖，對通過水文站斷面的洪水進行預警。

4.2.2 線上預警

對通過水文站斷面的洪水向下游演進過程的預警稱為線上預警。主要方法為上下游相關法、倍比放大法。

若上下游有水文站，則建立上下游水位（流量）關系進行預報。

若下游無水文站的預警，①利用洪水傳播規律，計算預警河段長度、分析河槽斷面形狀，根據建立的水文站斷面的流量流速關系確定下泄流速，依據河長=流速×演進時間的關系進行出現時間預警。區間有支流加入時，根據預報斷面進行疊加。②根據預警斷面的流域面積和水文站斷面的面積比進行洪水放大，完成流量預警。

4.2.3 點上預警

對重要河段、人口密集區、小流域的預警稱為點上預警。對水文站斷面下游的重要河段、水利工程和人口密集區的洪水預警，主要應用上下游相關法、倍比放大法。對無水文站的小流域或地質災害隱患點、礦山尾礦庫的預警，主要應用經驗公式法、水文比擬法。

經驗公式法：各地《水文手冊》提供了不同頻率參數的公式，在應用時假設降雨和洪水同頻率，選用相應的參數值進行計算預警。

水文比擬法：

預警斷面流量=（預警斷面面積/借用站面積）0.667×借用站流量

4.3 預警發布

針對不同的需要或降水、洪水發生的區域，制作完成計算后，要立即進行成果會商，在第一時間將預警信息通過傳真方式向防汛指揮部和有關服務單位報告和發送。

4.4 預警信息的解讀

預警信息有定性和定量兩種描述方式，對其要進行正確解讀。

定性預警描述，多以發生在某一出口斷面的小洪水、中洪水、大洪水、特大洪水的詞語出現。對此預警的解讀，要將不同重現期級別的洪水轉換成相應位置的洪水流量，再分析判斷各個斷面發生洪水的下泄流量分別在不同河段形成的淹沒范圍，然后根據不同地域實施啟動《防汛預案》。

量性預警描述一般為某一斷面洪水流量的具體數值。可直接根據《防汛預案》組織防汛準備和搶險。

5 結語

在應用以上方法開展預警過程時，要靈活應用，采用多種方法進行相互驗證。同時，會商工作必不可少，且要突出重點、簡明扼要。

水情預警是一項還在摸索的新業務，沒有現成的方法直接使用，需要各位專家和技術人員積極思考、不斷探索，利用理論知識和工作經驗加以研究，特別是秦嶺東西跨度長，水文分區特性不一樣，其方法應該是多種多樣的。隨著計算機技術的普及，應加大計算機技術在建立產匯流模型中的應用，讓洪水預警業務日常化，讓預警方法更加成熟。陜西水利