基于多要素的遼寧省汛期分期研究

馮 琳

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110000)

汛期是指江河、湖泊洪水在一年中明顯集中出現，容易形成洪澇災害的時期。汛期的分期是科學防汛決策的前提，是流域防汛調度管理工作的基礎。合理的流域汛期劃分，對防汛調度管理和流域水資源優化調配工作意義重大。

遼寧省洪澇災害嚴重，受降水時空分布不均影響，水旱災害頻繁發生。在系統開展本項目研究以前，遼寧省汛期分期主要有氣象意義上基于大氣環流特征的汛期分期和基于水文要素的汛期分期。氣象汛期分期存在動態性的特點，需根據氣象觀測分析后發布，因此每年的汛期起止時間都在變化，不利于防汛調度組織管理和編制水利工程控制運行預案。而過去基于水文要素汛期特性的汛期分期是利用年最大洪峰流量散布圖外包線法及旬降水量變化相對系數法，存在資料系列短、代表站少、分析方法理論依據不足的問題。在此背景下，遼寧省啟動了遼寧省汛期分期的研究工作，相繼開展了全省防汛管理工作調研、多種模型分析方法的研究等工作，研究成果已應用于省防汛抗旱指揮調度管理工作，并取得顯著的經濟和社會效益。

1 汛期分期研究

在系統分析遼寧省地形、產匯流特征的空間差異及降水量空間分布特征的基礎上，將遼寧省防汛區域劃分為三大區域：西部地區、東南部地區、中北部地區。分別基于降水、徑流、洪災要素對遼寧省三大區域進行汛期分期研究。

1.1 基于降水要素的汛期分期

資料選取水文資料整編的120個常年報汛的雨量站及水文站1956～2010年的日降水量資料進行分析。

1.1.1 汛期時間劃分

汛期的起止時間，可以用能使該地區河道中形成明顯徑流的場次降水出現的時間來反映。

利用連續兩日累積降水量代替場次降水量，西部、中北部以場次雨量大于40mm、東南部以大于50mm為入汛和出汛標準，借助用模糊集理論對各區做隸屬度函數，選U(t)=0.2對應的時間為單站汛期開始與結束的時間，也就是說，對于某一單站，其20%的年份進入汛期，即認為該站進入汛期，進而利用外包線來確定區域汛期的開始與結束時間。

1.1.2 主汛期時間劃分

主汛期的起止時間，可以用該地區場次降水發生的頻率來反映。以超過年最大場次降水量多年平均值的場次降水稱為“強場次降水”。主汛期以控制80%以上的“強場次降水”來確定時段

先采用滑動累加距法，示意圖如圖1所示，對單站統計包含80%強場次降水次數的最短時段，則時段的起、止點為單站主汛期的開始、結束時間。再將120個代表站按東南部、中北部、西部分區，利用模糊集理論對各區做隸屬度函數，選U(t)=0.2對應的時間為主汛期開始與結束的時間，即各區域有20%的站進入主汛期就認為該區域進入主汛期。

滑動累加距法確定單站汛期起止時間的步驟如下：

(1)根據多年“強場次降水”資料系列，統計單站各日發生“強場次降水”的次數；

(2)對一定的時間跨度，逐日滑動計算時間跨度內包擴的“強場次降水”發生次數；

(3)以1d為時間步長，逐日增加時間跨度，進行步驟(2)；

(4)當某一時間跨度下，累積“強場次降水”發生次數達到80%，即停止，該時段起止時間段即該站主汛期的開始與結束時間(如圖1所示)。

圖1 滑動累加距法示意圖

1.2 基于徑流要素的汛期分期

汛期劃分選取不受灌溉期水庫放水影響的49個水文站，主汛期劃分采用68個水文站1956～2010年鑒整編洪峰及各日多年均值系列。

1.2.1 汛期時間劃分

根據遼寧省河道徑流量有明顯的起漲和消落過程的特征，采用前后2個10d的日徑流量(多年系列)一階差分系列，利用t檢驗找出差分系列發生顯著變化的時間點，即為單站汛期起止時間。按照上面分析方法，分別對49個代表站進行汛期起止時間確定，再將49個代表站按東南部、中北部、西部分成三個區域，利用模糊集理論對各分區代表站汛期開始結束時間進行隸屬度計算，選擇隸屬度函數U(t)=0.2處作為各分區汛期的開始和結束時間如如圖2所示。

1.2.2 主汛期時間劃分

以超過年最大洪峰流量多年平均值的洪水稱為“大洪水”。主汛期則以控制80%以上的“大洪水”來確定時段。單站歷年最大洪峰流量，并求平均值，即為單站“大洪水”標準

采用滑動累加距法確定單站“大洪水”次數占80%的最短時段，則時段起止點為單站主汛期起止點。再將68個代表站按東南部、中北部、西部分區，利用模糊集理論對各區做隸屬度函數，選U(t)=0.2對應的時間為該區主汛期開始與結束的時間，即各區域有20%的站進入主汛期就認為該區域進入主汛期

1.3 基于徑流要素的汛期分期

選取1956～2010年洪災資料作為分析。將洪災分為重大災情和一般災情。

將各個時段內的嚴重洪災和一般洪災繪制柱狀圖，如圖3所示。

統計結果表明，所有災害都發生在6月11日～9月5日之間；79%的一般災害和100%的嚴重災害均發生在7月11日～8月20日。因此，基于歷史洪澇災害統計，確定遼寧省汛期為6月11日～9月5日，主汛期為7月11日～8月20日。

2 綜合分析結果

綜合基于降水量、河道徑流、歷史洪災等要素的遼寧省不同防汛區域汛期、主汛期劃分結果見表2，并根據1955年以前的河道徑流、近10年大型水庫日平均入庫流量資料以及近年洪澇災害資料對汛期、主汛期分期結果進行驗證，同時考慮防汛管理實踐，綜合確定遼寧省汛期統一為6月1日～9月20日，共112d，主汛期為7月10日～8月20日，共42d，見表1。

圖2 東南部地區汛期起止時間隸屬度計算成果圖

圖3 1956～2010年洪災次數分布圖

地區基于降水要素基于徑流要素基于歷史洪澇災害東南部中北部西 部汛期時間5月28日～9月9日6月1日～9月15日主汛期時間7月11日～8月21日7月20日～8月20日汛期時間5月31日～9月16日5月31日～9月18日主汛期時間7月13日～8月217月21日～8月25日汛期時間6月4日～9月16日5月27日～9月20日主汛期時間7月2日～8月21日7月12日～8月29日汛期為:6月11日～9月5日主汛期為:7月11日～8月20日。

3 結語

汛期分期對防汛管理的科學化意義重大。進行汛期分期研究明確了非汛期、汛期、主汛期的過渡關系及各時期降水量分配規律，使防汛預案的制定、防汛重點工作的轉移有據可依。隨著經濟社會的快速發展，汛期分期在防洪保安全及洪水資源利用方面的作用必將越來越深遠，具有重大的技術經濟價值。

[1] 趙艷濤. 克孜爾水庫提高主汛期汛限水位合理性分析[J]. 水利規劃與設計, 2016(12): 124- 127．

[2] 李林, 梁國華. 水庫汛期分期的關鍵問題研究[J]. 水利規劃與設計, 2016(02): 41- 42+110+113．

[3] 李成林. 模糊最優分割法及其在燕山水庫汛期水位分期劃分中的應用[J]. 河南水利與南水北調, 2014(23): 35- 36．

[4] 白樺, 楊筱筱, 魯向暉, 等. 基于集對分析的贛江中上游流域汛、枯水期分期研究[J]. 水文, 2014, 34(03): 43- 47+23．

[5] 魏煒. 水庫汛期分期調度研究及效應評價[D]. 廣西大學, 2014．

[6] 李敏, 陳守煜, 王運濤, 等. 基于可變集的汛期分期多指標識別方法[J]. 水利學報, 2013, 44(12): 1420- 1424．

[7] 王雙銀, 楊筱筱. 基于相關系數和Fisher最優分割法的汛期分期研究[J]. 水文, 2011, 31(04): 1- 5．

[8] 李曉英, 陳守倫, 秦思平. 基于模糊理論的烏江梯級電站汛期劃分研究[J]. 人民黃河, 2010, 32(02): 118- 119.