都柳江洪水傳播時間分析

黃 馗，陳曉兵，石宏輝，古書鴻，楊勝忠

(1. 廣西電網電力調度控制中心，廣西 南寧 530023；2.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

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都柳江洪水傳播時間分析

黃 馗1，陳曉兵1，石宏輝2，古書鴻2，楊勝忠2

(1. 廣西電網電力調度控制中心，廣西 南寧 530023；2.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

基于都柳江流域水位監測資料，開展了洪水傳播時間分析。結果顯示，電站水庫對洪水傳播時間具有明顯影響；在不受電站水庫影響情況下，干流站點間水位和傳播時間有顯著的相關性。基于水位觀測資料，能夠建立站點間洪水傳播時間和上游站水位的關系模型，并由此推算出洪水傳播時間。

都柳江；洪水傳播；水位；洪峰

1 引言

開展洪水傳播預測預報時必須進行洪水傳播時間分析。河道洪水傳播時間與水位落差、流量大小、洪水的平均速度、河道形狀、坡降、長度等有關[1-9]，此外水庫、電站等也對洪水傳播造成重要影響。開展都柳江干流洪水傳播時間分析，能夠有助于了解洪水的傳播過程，為下游防汛抗災和水電調度，特別是對下游麻石電站的發電調度具有重要的參考作用。本研究基于都柳江流域干流上的水位監測資料，開展了站點間水位和傳播時間相關分析，建立了洪水傳播時間和上游洪峰水位的關系，并將研究結果應用于洪水傳播預報工作中。

2 研究區域概況

都柳江發源于貴州省獨山縣，流域涉及獨山、三都、丹寨、雷山、榕江、從江、黎平、三江等8縣，八洛河口以上流域總面積約10 803.1 km2。干流經過獨山、三都、榕江、從江、三江縣后匯入融江。都柳江眾多的支流發源于雷公山南側和月亮山脈，其中，發源于雷公山的較大支流有丹寨的排調河、榕江的平江河和寨蒿河，發源于月亮山脈的較大支流有榕江的牛長河、黎平的雙江河以及從江的宰便河、平正河、雍里河和八洛河等。

都柳江流域屬于亞熱帶濕潤季風氣候區，雨熱同季，降水充沛，多年平均降水量在1 100～1 400 mm之間，降水主要集中5—8月，雷公山、月亮山為都柳江流域的兩個暴雨中心，夏季多暴雨洪澇。都柳江夏季平均流量最大，冬季春季最小，其中以6月最大、7月次之、5月第3、8月第4，1月最小。

目前，貴州境內都柳江干流梯級電站有三都電站、榕江紅巖電站、永福電站，此外，從江電站和大融電站正在建設中。支流中型以上電站水庫有丹寨排調河的碼頭電站、馬頸坳電站、榕江平江河平江電站、料里電站、樂鄉電站、黎平雙江電站、從江倍雷電站、四寨河電站、雍里電站、獨洞水庫等。

3 資料和方法

都柳江水位監測資料來源于黔東南州氣象局。2011年以來，黔東南州氣象局在都柳江流域建立了21個暴雨山洪監測站，其中8個位于都柳江干流，依次為三都縣猴場、榕江縣興華、定威、八開、榕江、從江縣臘娥、從江和八洛，其中猴場、八洛為2014年10月新建站。暴雨山洪監測站的建設實現了對監測點水位相對高度的自動監測。

選取都柳江干流水位觀測資料，采用相關分析法和最小二乘法等，分析都柳江洪水傳播時間，建立洪水傳播時間和水位的關系模型。

4 結果分析

4.1 洪水峰值傳播分析

基于水位監測資料，能夠實時了解都柳江流域各站點水位狀況。以2014年11月2—4日洪水過程為例(圖2)，對比各站水位變化可以看出，臘娥、從江、八洛3站的水位變化均反映了此次洪水過程中，有4次洪峰過境，但洪峰水位以及出現時間有一定差異，即洪水波相位存在時間差。水位變化過程，能客觀反映洪水過程，可應用洪峰水位代表洪峰過程。

圖1 都柳江暴雨山洪站分布圖

圖2 2014年11月2—4日臘娥、從江、八洛水位變化圖

4.2 洪水傳播時間分析

基于洪水過程洪峰水位及出現時間，推算了站點間洪水傳播時間。基于上游站水位資料和洪水傳播至下游站的時間，能夠建立站點間水位和洪水傳播時間的關系。表1列出了2011—2014年部分洪水個例中洪水過程峰值及時間記錄數據。

表1 洪水過程峰值水位及傳播時間表

備注： “——”為缺測

八開至榕江河段和榕江至臘娥河段，由于分別受到紅巖電站和永福電站的影響，相鄰站點間洪峰水位以及洪水傳播時間與上游站水位的相關性均較差(圖5)，電站水庫對洪水的調節影響不可忽視。如8月12日和9月18日，八開水位分別為0.78 m和0.73 m，洪水傳播至榕江分別需要3.3 h和3.2 h；在8月12日洪水有效補充水庫庫容基礎上，8月13日八開水位為0.72 m與8月12日0.78 m接近，但洪水傳播時間僅1.8 h。由此可見，水庫調蓄作用對洪水傳播的影響所在。只有當水庫庫容較滿，上游水位較高、流量較大，水庫不蓄水，洪峰能直接通過時，水庫對洪水傳播時間的影響才能忽略不計。

圖3 臘娥站與從江站洪峰水位關系圖

圖4 洪水傳播時間與水位關系圖(臘娥—從江)

圖5 洪水傳播時間與水位關系圖(榕江—臘娥)

臘娥至從江段，資料相對完整，且不受電站影響。相關性分析顯示，臘娥站和從江站洪峰水位具有極顯著的相關性(R=0.999 3)(圖3)。洪水自臘娥傳播至從江的時間，與臘娥水位也具有極顯著相關性(R=0.88)(圖4)。因此，可基于上游洪水峰值水位預測下游洪水峰值水位及傳播時間。

從圖4可以看出，洪水傳播過程中，洪峰水位越高，傳播時間越短，反之越長，二者可以用對數曲線模擬。剔除水庫對洪水傳播時間影響較大的個例，可計算得到不同河段洪水傳播時間與上游站水位的關系(表2)。

表2 站點間洪水傳播時間與洪峰水位關系表

備注：T為洪水傳播時間(h)，x為起點站洪峰水位(m)；*為通過α=0.05的顯著性檢驗，**為通過α=0.01的顯著性檢驗。

4.3 洪水傳播時間預測檢驗

從江至八洛、良口(麻石水庫庫尾)段，目前均沒有梯級電站的影響，且河道坡降率也比較均勻，可以認為流速與臘娥至從江段一致，結合站點間河段長度，可以推算得到下游洪水傳播時間。

臘娥至從江河段長度約40 km，則該河段平均流速為：

V=40/(-2.025 9Ln(x)+6.477 8)

(1)

其中V為流速(km/h)，x為臘娥站洪峰水位(m)。

從江以下河段洪水傳播時間為：

T=S/V=S/(40/(-2.025 9Ln(x)+6.477 8))

(2)

其中T為洪水自臘娥站傳播至下游的時間(h)，S為臘娥至下游站點間的河段長度(km)，x為臘娥站洪峰水位(m)。

八洛站自2014年10月建成以來，為從江下游段洪水傳播時間監測提供了重要的支撐。2014年11月2日，都柳江流域出現較強降雨天氣過程，干流各監測站監測到了相應洪峰變化(圖1)。

臘娥至八洛河段長度約70 km。根據公式(2)分別計算了2014年11月2—4日洪水自臘娥傳播至從江和八洛的傳播時間(表3)。

表3 2014年11月2—4日洪水傳播時間監測與預測時間對比表

結果顯示，一次洪水過程存在多次洪峰，不同洪峰即使洪峰水位相同，洪水傳播時間也存在差異。4次洪峰預測時間與實際傳播時間相近，誤差普遍在20 min以內。最大誤差是初次洪峰傳播至八洛，較實際時間提前1.8 h，這與時值枯水期，初次洪峰過程時洪水需先填充河道才能繼續往下傳播，從而減緩了洪水傳播速度等因素有關。預測洪水傳播至八洛站，4次洪峰傳播時間預測誤差越來越小。因此，基于上游水位預測下游洪水傳播時間的方法可應用于對洪水傳播的預測中，但需進一步綜合考慮洪水過程中的洪峰次數等多種因素。

5 結論與討論

基于都柳江干流水位監測站資料，能夠了解洪水傳播過程。結合水位和洪水傳播時間分析得出以下結論：

①洪水傳播時間受到梯級電站影響較大。在沒有水庫影響的河道內傳播時間相對穩定，與水位有比較好的相關性，水位越高，傳播時間越短。

②同一次降雨天氣過程，不同洪峰在同一河段的傳播時間存在一定差異。

③基于站點間洪峰水位及出現時間，能夠推算出河段平均流速，結合河段長度，能夠預測下游洪水傳播時間。

受資料所限，本研究僅重點針對都柳江干流的榕江—臘娥—從江河段開展了洪水傳播分析，未來在資料更加豐富和完整基礎上，需進一步針對上下游河段進行深入分析，以期更加全面了解都柳江洪水傳播過程，為水電調度提供更加科學的依據和參考。

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2014-11-11

黃馗(1984—)，男，工程師，碩士，主要從事電網水庫優化調度、水電經濟運行調度等工作。

貴州省氣象局氣象科技開放研究基金項目(黔氣科合KF[2015] 13號)。

1003-6598(2015)03-0058-04

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