上下游站流量相關法在清水河水情預警中的應用

【摘要】攔蓄河水的橡膠壩在增添景觀的同時，也給防洪帶來了難度。汛期，北方山區局部暴雨頻繁，洪水陡漲陡落，短時間內出現的大洪峰對橡膠壩群危害極大，準確地預報出洪水到來的時間和量值，就成為防汛調度的關鍵。本文采用上下游站流量相關法進行預警，較好地解決了這一問題。

【關鍵詞】水情預警；清水河；洪水傳播時間；洪峰流量；橡膠壩

為了防御和減輕水旱災害，及時掌握雨水情信息，并向公眾發布，水情預警開始進入社會領域。北方山區性河流汛期的特點是匯流時間短，洪峰高，洪量小，洪水暴漲暴落，破壞性極大。傳統的水文預報方法很難在短時間內準確地預報出山洪出現的時間和量值。本文對橫穿張家口市的清水河水文資料進行分析，采用上下游站流量相關法推求出成果，對清水河橡膠壩洪水調度提供可靠的技術支撐，保障市區安全度汛。

一、基本情況

清水河位于海河流域永定河水系上游，發源于崇禮縣樺皮嶺南麓，是洋河的一條較大支流。流域內主要有東溝、正溝、西溝三條支流，三條支流匯合后稱清水河，該河穿越張家口市區后注入洋河。

東溝設有崇禮水文站，位置在崇禮縣城，集水面積430km2。水文站斷面以上主河道長38.8km，流域狹長，河網密度大，地勢北高南低，河道縱坡11.99‰。流域內植被好，兩側山坡有較大片森林，流域中主要由灌木、草皮覆蓋，沿河河谷地帶和山坡上均為農田，表層土壤覆蓋較厚，中下游多為黃土，上游多為黑褐色壤土。由于流域面積小，縱比降大，流速急，因而產流快，但持續時間一般不長。

西溝設有啕來廟水文站，該站位于張家口市北部崇禮縣高家營鎮啕來廟大橋，為西溝控制站，集水面積706km2，流域成長條形。上游有山岔、圪料溝兩支流于驛馬圖匯合，下游東側有六間房溝于石嘴子流入主流，西側有五十家子溝于下四桿旗以下約1 km處匯入主流。本溝屬典型的山溪性河流，主河道長50.3 km，河道縱坡13.5‰，流域平均寬度14.1km。流域內荒山禿嶺，植被很差，土壤為沙壤土、黃沙土、沙卵石，水土流失嚴重。河床坡度大，遇較大降水，尤其是暴雨極易產流，洪水來勢兇猛，暴漲暴落，水土流失嚴重。

清水河設有張家口水文站，該站位于張家口市區北部，集水面積2300km2。斷面以上主河道長92.3km，流域地勢北高南低，河道縱坡9.54‰。該流域內東溝植被最好，正溝植被較差，只有幼林灌木散布在流域中，西溝植被最差，流域內無大的水利工程。雨洪特點是：暴雨時空分布不均，大暴雨和特大暴雨時有出現，洪水暴漲暴落，沖淤變化大。1984年6月爆發的兩次大洪水，沖毀了房屋、土地，造成公路，通訊設施中斷，給人民生命財產帶來了很大損失。1975年8月12日實測最大流量2330m3/s。1979年6月29日實測最大含沙量1500kg/m3。

為了加強預警的及時性和準確性，增設了水情監測站5處，分別是西溝擺察、西溝啕北營、正溝紅旗營、東溝、正溝匯合后的的三間房。本文采用了啕北營、三間房兩處監測站點與3處水文站資料進行推算，分析出監測站點和清水河上游水文站至市區第一道橡膠壩洪水傳播情況。

各站點距市區1#橡膠壩河道長度為：啕北營站13.6km，啕來廟站7.6 km，崇禮站51 km，三間房站26.2 km，張家口站2.3 km。

二、資料選定

啕來廟、崇禮、張家口3處水文站建站時間不一，啕來廟、崇禮兩站60年代撤銷，80年代恢復，為了便于比較和數據更接近于當前，3站選取的是80年代同時段的數據施測資料。首先，分析出以上兩站洪峰到張家口站洪水傳播時間、洪峰量值變化，做出成果。其次，將止的張家口站洪水傳播依據傳播速度按轉換至市區1#橡膠壩位置處，求出啕來廟、崇禮站洪水至其傳播時間、洪峰量值變化。再次，西溝分析延伸，將啕來廟站按速度、比例延長至啕北營站，求出啕北營、啕來廟兩站至市區1#橡膠壩洪水傳播時間，峰量變化數值。最后，東溝分析采用內插法，依據崇禮站資料，推算出三間房站數據，求出崇禮、三間房兩站至市區1#橡膠壩洪水傳播時間和峰量。

西溝：啕來廟、張家口站采用1984至2005年整編流量數據，選取流量大于100m3/s，相互對應的64次流量進行傳播時間和量值變化分析。

東溝：崇禮站流域面積小，距離市區較遠，出現大洪峰的情況很少，由于傳播距離較遠，小一些的洪峰張家口站基本顯現不出來，故只選取了1984年6月12日、30日兩場建站以來特大洪水與張家口站資料一并分析。6月12日洪水產生在東溝流域，30日洪水為東溝、正溝、西溝全部匯流，洪水次數雖少，但代表性很強。

6月12日洪水情況：暴雨集中在東溝流域，雨量大，產流快，暴雨過后，崇禮站出現了歷史罕見的501m3/s洪峰流量，洪水到達清水河張家口站測驗斷面后，施測洪峰流量為320m3/s，洪水傳播過程中，無支流加入。

6月30日洪水情況：這次降雨主要集中在清水河的東、西、正三溝上游接近壩頭一帶。暴雨籠罩面積比6月12日大，三條溝各有一個暴雨中心，西溝驛馬圖鄉兩間房村歷時1小時30分調查雨量為410mm，三條溝均產生了大洪水，洪水到達張家口站測驗斷面后，出現了明顯的3個大峰，洪峰疊加，峰量不好區分，但是傳播時間還是很好界定的。

三、分析成果

清水河流域內的三條大溝對張家口市防洪影響以西溝為最大，該溝植被最差，降暴雨的幾率大，匯流迅速，大多為超滲產流，產流量大，洪峰表現為峰高坡陡，產生的洪水距市區最近。位于西溝出口斷面的啕來廟站大洪水資料豐富，系列完整，與下游張家口站資料有很好的對應關系，故本文重點分析了該溝洪水傳播情況。

1#橡膠壩與啕北營流量關系y=1.27x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：啕北營流量（m3/s）

1#橡膠壩與啕來廟流量關系y=1.14x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：啕來廟流量（m3/s）

崇禮站至1#橡膠壩洪水傳播時間分析：

共取得3組點據， 6月12日：⑴崇禮站20：13分，流量301m3/s，張家口站0：18分，流量177m3/s，⑵崇禮站20：27分，流量501流m3/s，張家口站6月13日1：15分，流量324m3/s； 6月30日：⑶崇禮水文站19：42分，流量309m3/s，張家口站23：18分，流量824m3/s（含西、正溝峰量）。

崇禮站6月12日至張家口300至500 m3/s流量傳播時間在4.1至4.8小時，6月30日3.6小時，傳播時間快是因為河槽已經過水浸潤，損失較小的緣故。

據此推算崇禮至1#橡膠壩洪水傳播時間為3.4至4.6小時之間，三間房至1#橡膠壩傳播時間大約在2小時左右。

1#橡膠壩與崇禮流量關系近似為y=0.62x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：崇禮流量（m3/s）

1#橡膠壩與三間房流量關系近似為y=0.75x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：三間房流量（m3/s）

四、綜合評價

在水情預警中，洪水預報是最常使用的方法。洪水預報大體可歸為兩大類：一類是河道洪水預報，如相應水位（流量）法。第二類方法是流域降雨徑流（包括流域模型）法。由于近些年小流域治理，下墊面發生了較大變化，同樣的降雨產流相差很大，甚至不產流，降雨徑流相關法在清水河流域應用很不理想。用來在預警中應用危險系數很高。相比較來說，河道雖然也有變化，但是比起下墊面來，變化幅度還是比較小的。

本文對啕來廟和張家口站洪峰流量點距進行分析，20%以內外包線的點距占51.6%，25%以內外包線的點距占62.5%。依據已經發生過的洪水，采用上下游站流量相關法簡單實用，可靠度較高，尤其是對預見期要求較高的情況下，預警起來速度快，也很直觀。啕來廟至張家口站洪峰傳播時間很短，計算精度已無實際意義，故不再進行計算。崇禮至張家口站點距少，洪水傳播時間和峰量變化滿足預警基本要求即可，也不計算精度。在現有條件下，該方法解決了清水河洪水預警問題，為清水河橡膠壩防汛調度提供了良好的技術依據，因此，是切合實際非?？尚械?。

參考文獻：

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作者簡介：韓澗峰，1962-，男，漢族，河北省張家口市，本科，正高級工程師，研究方向：水文水資源.郭如俠，1981-，女，漢族，河北省唐山市遷西縣，本科，高級工程師，研究方向：水文情報預報及水情預警。