降雨徑流相關法在金錢河南寬坪水文站洪水預報的應用

◎楊永平

降雨徑流相關法在金錢河南寬坪水文站洪水預報的應用

◎楊永平

1 流域概況

1.1.自然地理特性

金錢河發源于秦嶺南麓柞水縣，自西北向東南流經柞水縣、山陽縣，于山陽縣漫川關鎮出陜西省進入湖北省。南寬坪水文站至河口距離97km。南寬坪斷面以上有小河、馬灘河、米糧川、青山河、三岔河、西河、縣川河、北溝等支流，該流域地勢西北高，東南低，流域狹長呈羽毛狀，兩岸支流分布不對稱，北岸支流源遠流長，南岸支流短小急促。流域內植被覆蓋茂密，秦嶺山地多為天然森林，土壤多為砂質土，利于下滲。

1.2.水文氣象特性

南寬坪水文站以上控制流域屬于北亞熱帶濕潤氣候區，降雨量受大氣環流、緯度及地形影響，時空分布不均。流域按地貌主要以高山和峽谷交替為主，有少部分的河流階地，流域多年平均降水量在750mm-800mm之間，7月～9月降水量占全年的50%以上。不同重現期洪水的洪峰流量：10年一遇洪水為2050m3/s，20年一遇洪水為2740m3/s，50年一遇洪水為3690m3/s，100年一遇洪水為4420m3/s。建站以來實測最大流量3830m3/s,發生于1998年8月15日，相當于50年一遇洪水。

2 預報站基本情況

南寬坪水文站位于商洛市山陽縣南寬坪鎮，東經109°54′，北緯33°18′。該站1959年1月設立，位于長江流域漢江上游水系金錢河干流上，集水面積3936km2，該站是漢江北岸區域代表站，同時也是金錢河流域的控制站。

金錢河南寬坪水文站上游在不同時間設有龔家坪、曹坪、張家坪、鳳鎮、黑山街、小河、山陽、戶家垣、米糧、板巖、南寬坪等11處雨量站，目前這11處雨量站均為報汛雨量站。用泰森多邊形法劃分的各站控制流域面積及權重見表2.1；區間雨量站網統計表見表2.2。

3 資料情況

3.1 資料的選用

據資料顯示，1980年之前，南寬坪上游有6處雨量站，站網分布不均勻，從1980年后增加到11處，故編制南寬坪水文站預報方案采用南寬坪上游雨量站相對較多的1980年～2011年間共32年的降雨徑流資料。其中，方案編制資料系列

表2 .1南寬坪站以上流域雨量站控制流域面積及匯流距離統計表

表2 .2南寬坪站流域以上區間雨量站網統計表

資料年限選用資料條件總場次500≤Q＜1000洪水場次實測最大流量（m3/s）1000≤Q＜2000Q≥2000 1980—2008 Q南≥50032151343830

表3.1編制預報方案歷史資料情況統計表為1980年～2008年，2009年～2011年作為方案檢驗資料系列。預報方案中的洪水場次是南寬坪水文站洪峰流量大于500m3/s作為選取標準，共選取了1980年～2008年32場配套洪水資料作為建立方案的依據。

3.2 資料的三性分析

3.2.1 資料的可靠性

南寬坪水文站為國家基本水文站,所選洪水資料按水文資料整編規范整編的，資料成果經過各級水文部門進行審查、審定，并進行了刊印，資料是可靠的。

3.2.2 資料的一致性

金錢河上游山嶺縱橫，河谷幽深，人口稀少。受自然地理條件限制，本流域內社會經濟發展緩慢，雖有飛播造林、退耕還林的措施，使得植被有所改善，但總體來說對下墊面的影響不大。南寬坪站1980年～2011年的資料，涉及上游的水利工程只有影響很小的薛家溝水庫一座。資料系列具有一致性。3.2.3資料的代表性

在這32場洪水中不僅包括了不同類型的暴雨所形成的大、中、小洪水；也包括了不同季節的洪水，因而資料具有代表性。選用資料情況見表3.1。

4 預報方案的建立

4.1 預報方法的選取

采用南寬坪站凈峰流量和該流域的前期影響雨量Pa與流域平均降雨量P之和，并以流域降雨中心位置、雨強作為參數建立P+Pa～Q凈相關關系；再以凈峰流量Q凈和洪峰滯時τ，以降雨中心位置作參數建立Q凈～τ相關關系。

表5 .1預報項目精度等級表

表5 .3南寬坪洪水預報方案評定結果表

表5 .4南寬坪站洪水預報方案精度檢驗結果表

4.2 建立預報方案的方法原理

本預報方案采用降雨徑流相關法制作預報。建立降雨與凈峰、凈峰與洪峰滯時的經驗相關圖。根據前期影響雨量Pa和流域平均降雨雨量P與Q凈關系，以流域降雨中心位置和雨強i為參數來預報出凈峰流量Q凈。Q凈=f(P+Pa，降雨中心位置，i)用凈)峰流量Q凈，以流域降雨中心位置為參數，預報出洪峰滯時τ。

τ=f(Q凈，降雨中心位置)。降雨徑流相關圖涉及要素有:前期影響雨量Pa、流域平均降雨量P、次洪的凈峰流量Q凈、降雨中心位置、洪峰滯時τ等。

4.3 方案的合理性分析

通過對關系曲線進行的分析，本方案相關關系合理，具有降雨徑流預報規律。精度按照《水文情報預報規范》（SL250-2000）評定為“乙”等方案。

4.4 方案的預見期

金錢河屬于山溪性河流。河床比降大，匯流時間短，從降雨中心到出現大于500m3/s的洪峰流量的時間在3h～18h之間，如果出現全流域降雨，雨強小于2.5mm/h時洪峰滯時一般在8h～18h之間；當暴雨中心在中游洪峰滯時一般在3h～13h之間，受雨強的影響較大；如果暴雨中心在下游，洪峰滯時一般在3h～7h。本方案的預見期3h～12h。

5 方案的評定與檢驗

5.1 預報方案精度評定與檢驗依據

根據《水文情報預報規范》（GB/T22482-2008GB）的規定，用許可誤差法進行誤差評定。

①許可誤差計算

洪峰流量采用預見期內實測洪水流量變幅的20%作為許可誤差；峰現時間預報以降雨中心時間至實測洪峰出現時間之間時距的30%作為許可誤差，當許可誤差小于3h，則以3h作為許可誤差。

②預報項目精度評定規定

一次預報的誤差小于許可誤差時，為合格預報。合格預報次數與預報總次數之比的百分數為合格率，表示多次預報總體的精度水平。合格率按下列公式計算：

式中：QR——合格率；

n——合格預報次數；

m——預報總次數。

預報項目的精度按合格率大小分為三個等級。精度等級規定見表5.1。5.2方案的評定與檢驗

洪峰流量及洪峰出現時間均按許可誤差法進行評定，各次洪水評定結果見附表2-1。按照評定結果進行統計，得到南寬坪站預報方案總體評定結果，見表5.3。

（3）方案的檢驗結果及結論

使用2009～2011年4場洪水進行方案的精度檢驗,各次洪水精度檢驗情況見附表3，洪峰流量和峰現時間檢驗結果見表5.4。

由檢驗表可知，4次洪水洪峰合格率75%，為乙等；洪峰出現時間合格率100%，為甲等；方案檢驗精度指標優于評定指標。根據《水文情報預報規范》（GB/T22482-2008 GB）的規定方案總體等級為乙等，綜合以上評定情況，本方案可以用于發布正式預報。陜西水利

（責任編輯：王劍）

◆作者系商洛水文水資源勘測局工程師，水電水利工程建筑專業二級建造師。