淺析嘉陵江鳳州水文站洪水預警預報

摘 要：文章按照流域產匯流的基本理論，對鳳州水文站的降雨徑流相關關系進行了分析計算，制作洪水預警預報方案，為下游采取防洪措施提供科學依據。

關鍵詞：降雨徑流；洪水預報；重要性

1 流域概況

嘉陵江發源于寶雞市鳳縣黃牛鋪鎮東河橋村東峪溝涼水泉，自西北向西南斜貫鳳縣縣境，支流眾多，水量充沛。上游屬陜南足水區，漢江北岸洪水徑流較低，流域內山大溝深，植被良好，多年平均年降雨量在800mm左右，降雨一般集中在5～10月，占年降水量的70%～90%，徑流深約在300mm左右，徑流系數0.4。

嘉陵江流域上游設有鳳州水文站，系嘉陵江源頭站，地理位置為東經106°38′、北緯33°58′，集水面積688km2。鳳州水文站控制流域為北秦嶺中低山區，屬暖溫帶半濕潤山地氣候，海拔高度多在1000～2000m之間，屬秦嶺褶皺帶的一部分，為致密巖石山區，斷裂發育巖石裸露，地貌區劃中屬秦嶺大石山區，山勢陡峭，坡度多在45°左右。流域內河道比降大，坡面陡峻，洪水特點多表現為暴漲陡落，水流湍急。流域內林木生長旺盛，植被覆率高。

2 洪水預警預報

2.1 資料選用

方案選用鳳州水文站自1984年建站至2013年共計30年的34場洪水資料。方案根據站網布設情況，選用具有代表性的鳳州、黃牛鋪、紅花鋪3個站的雨量觀測資料。以上選用資料系資料整編刊印成果，經對比分析，資料系列完整、可靠，具有良好的代表性。

2.2 方案原理

2.2.1 產流部分

降雨到達地面后，部分雨水被流域表面植物截流，部分直接填充高低不平的洼地，還有部分雨水入滲地下，填充土壤空隙，最后剩下的部分降雨形成地面徑流，沿坡面和大小溝道匯入河槽，形成洪水流量。

對于一次洪水，徑流深R可用下式表示：

R=P-I

式中，P表示流域平均雨量，I表示因植物枝葉截流、填充洼地、入滲地下、蒸發損失的那部分。一般植物截流和蒸發量甚小，主要為填充洼地和入滲地下，其大小與前期土壤含水量大小關系很大，降雨前久旱不雨、土壤干燥、洼地干枯，則降雨損失量較大；前期降雨較多，土壤含水量接近飽和、洼地需水多，則降雨損失量就小。利用降雨量、前期影響雨量（Pa）和徑流深的相關關系可預報徑流深。

2.2.2 匯流部分

利用洪峰流量與徑流深的相關關系，建立凈峰流量和地表徑流深相關圖，預報出凈峰流量后加上起漲流量即得到洪峰流量。

2.3 參數計算

2.3.1平均雨量P的計算

流域平均雨量采用加權法計算。各站所代表的流域面積用泰森多邊形法分割量算，量出的各代表站面積Fi除以流域總面積F總，得出權重Wi，各雨量站Pi乘以權重得權重雨量，權雨量相加即得流域平均雨量P，即

式中：Pi為某站雨量，Wi為某站權重。

2.3.2 徑流深R的計算

根據洪水資料，繪制洪水流量過程線，以本次洪水起漲點為起點，再用斜線（或水平）切割基流，過程前、后有復式峰的用退水曲線退到最低，峰后退水部分以流量趨于正常流量時為計算徑流深終止點，用面積包圍法計算各次洪水徑流總量及徑流深。

2.3.3 最大初損值Imax的計算

把流域達到飽和以前的降雨損失量稱為初損，以I0表示。初損值I0因前期降雨情況不同而變化，前期降雨多，則土壤含水量大，I0就小；前期干旱，I0就大。所謂最大初損值就是前期最干旱的情況下初損的最大值，采用下式計算：

Imax=P+Pa-R-Tbfc

式中：Tb為穩定入滲歷時，采用明顯起漲后的歷時。

先假定Imax值，然后計算出K值，再計算出Pa，由上式計算出Imax后，經過反復試算確定Imax值。經過分析，最終確定Imax=60mm。

2.3.4 折減系數K的計算

K為前期降雨量經過一天后的折減比率，即：

式中：Pa，t為t日的前期影響雨量；Pa，t+1為（t+1）日的前期影響雨量。前期影響雨量由t日的Pa，t變為（t+1）日的Pa，t+1，主要是由蒸發損失，令日蒸發量為E日。如果流域內達到飽和，即Pa=Imax，對蒸發來說供水充分，則蒸發量達到最大值，此值基本與蒸發皿所測得蒸發量接近，則：

根據鳳州水文站蒸發觀測資料，帶入上式即可計算出K值。

2.3.5 前期影響雨量Pa的計算

對一次洪水，只考慮該次降雨以前15日的降雨影響，令前次降雨日離該次降雨的天數為t，則：

式中：Pt為第t天的平均降雨量，以算術平均值計算，計算出的Pa值如超過60mm，則以60mm為限。

2.3.6 凈峰流量Q凈的計算

用洪峰流量Qm割去其對應的基流即可求得凈峰流量Q凈。

2.3.7 降雨中心時間及洪峰滯時t的計算

選擇各站峰前雨量摘錄時段中造峰雨開始至結束時間，用算術平均法計算出全流域降雨中心時間，降雨中心時間到洪峰出現時間差值為洪峰滯時。

2.4 相關圖建立

2.4.1 降雨徑流相關圖建立

根據計算出的平均雨量P、徑流深R和前期影響雨量Pa，點繪以Pa為參數建立P～R相關圖，即徑流深預報圖（圖1）。

2.4.2 徑流深R與凈峰流量Q凈相關圖的建立

根據洪峰流量Qm減去起漲流量與落平流量的平均值所得的凈峰流量，以流域平均降雨歷時為參數，建立徑流深R與洪峰流量Q凈相關圖。

2.4.3 洪峰流量Qm與洪峰滯時t相關圖的建立

洪峰出現的時間減去降雨中心時間即為洪峰滯時，降雨中心時間指的是降雨中心區各站最大12小時降雨的重心時間，取其算式平均值 。計算出34場洪水的洪峰滯時，點繪洪峰流量Qm與洪峰滯時t相關圖。

3 存在問題

鳳州水文站以上流域內無大型水利工程，利用降雨徑流相關法進行洪水預警預報結果較為準確，方案經評定合格率達到70%。方案選取了3個雨量站點信息，區間雨量站代表性有限，對預警預報結果有一定影響。現在隨著中小河流水文監測系統及山洪災害預警系統等遙測雨量站站點的建設，站點密度大大增加，可以在以后的方案中加以應用。再者，相關關系曲線中缺乏高水區點據，為提高該方案精度，須逐步采用實測資料進行修正，以便滿足預警預報工作需要。

4 結束語

嘉陵江鳳州水文站距下游鳳縣縣城雙石鋪鎮約20km，而鳳縣為著名旅游風景區，鳳州水文站洪水預警預報對鳳縣及下游嘉陵江沿岸防汛工作意義重大。進一步加強洪水預警預報的研究工作可以為地方防汛抗旱工作提供合理、科學的技術支撐。

參考文獻

[1]水利部.GB/T 22482-2008.水文情報預報規范[S].

[2]水文預報[M].水利電力出版社，2009.

作者簡介：李亞萍（1986，10-），女，陜西省寶雞，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：水情信息。