基于中洪系統和SCS法的臥都河水文站洪水預報方案

蔡文國

【摘要】臥都河水文站為中小河流站點，建站時間較短，資料累計不全，無法采用經驗相關的預報方法進行預報洪水過程，本方案采用中國洪水預報系統和美國土壤保持局方法（SCS法）建立預報方案，該預報方案可作為臥都河參考性洪水估報，對中小河流預報方法作初步探討。

【關鍵詞】水文預報；資料選用；洪水預報系統；SCS法

臥都河自東北向西南行，流經嫩江縣北部地區，在臥都河鄉臥都河村注入嫩江。全長92千米，平均河寬14米，水深1.0米，流域面積1488平方千米，山溪性河流。臥都河水文站是嫩江左岸一級支流臥都河出口控制站，位于黑河市嫩江縣多寶山鎮臥都河村，始建于2013年，于2016年正式啟用并監測水位和流量。

1、中國洪水預報系統

雨量站選用：經流域圈畫，臥都河水文站以上區間共有7處雨量站資料，分別為雙河村、臥都河、臥都河（尼）、莊武河、臥都河（氣）、臥都河林場、雙河一隊。由于資料的可靠性原因，本方案僅采用臥都河林場和雙河一隊的雨量資料。水文站的選用：2016年臥都河水文站開始流量測驗，但是由于水位自動測報系統損壞，自動觀測的水位資料無法導出，只能采用2017年汛期的資料進行分析率定，2017年臥都河水文站資料經過大興安嶺水文局整編，能滿足編制洪水預報方案要求。蒸發資料選用：臥都河站無蒸發觀測項目，因此借用相鄰加格達奇站的蒸發資料。圈化流域邊界，由于圈畫流域-自動生成的流域面積與實際相差過大，所以采用手工圈畫，參數率定結果如下：

2、美國土壤保持局方法（SCS法）

在美國，無資料的中小流域的洪水徑流量及洪峰流量的估計常常采用SCS方法，該方法比較簡單易用，物理基礎強，具有理論依據，基于當地實測資料，計算結果不會因人而異。

洪峰流量計算公式為：其中，A---流域面積（km2）；Q--本次降雨形成的徑流深（mm）；D--降雨歷時（小時）；Tc---匯流歷時（小時）。

對于給定的中小河流域，qp取決于采用的tc估計方法，天然流域的tc值一般用經驗公式確定，在很多國家經常使用的是Bransby williams 公式，調整單位后公式為tc=14.6LA-0.1S-0.2其中，L---從分水嶺到出口斷面處的河長（km）；A--流域面積（km2）；S---平均河道比降。

將該方法運用到臥都河站中，臥都河林場站2017年8月21日11時至18時累計降雨量為50.4毫米，于8月24日8時到達洪峰水位99.73m，查線洪峰流量67.2m3/s，漲洪歷時為62小時。

根據蓄滿產流概念及水量平衡方程，其中R表示次降雨形成的徑流深；P表示降雨總量；E表示蒸發總量；WM表示流域平均最大蓄水量；W0表示降雨開始的時候流域平均蓄水量。臥都河站無蒸發資料，借用臨站加格達奇站的相關資料，流域平均最大蓄水容量取60mm，8月21日加格達奇站的日蒸發量為3.0mm，降雨開始時流域平均蓄水量為34.4毫米（8月20日加格達奇站的前期影響雨量），根據上式，可以計算出本次降雨的產流量為21.8mm。

由于臥都河位于黑河境內，無法查到臥都河糙率、比降等資料，故采用曼寧公式法結合實測流量資料計算出臥都河的比降，根據百度提供的河道糙率參考表，選擇一般河道（具有少量石塊或雜草）的糙率為0.035，實測的8月23日12時流量數據中，平均流速為0.53m/s，斷面面積為98.6m2，水面寬為58.4m，將以上數值代入曼寧公式中，可以計算出臥都河的比降為1.712*10-4，將以上數值比降數值帶入公式tc=14.6LA-0.1S-0.2中，可以計算出流域匯流時間tc為3665.5分鐘，折合為61小時。再將降雨歷時D等于7小時、產流量Q等于21.8mm代入公式中，可以計算出本次降雨產生的凈峰流量為46.7m3/s，8月21日20時的查線底水流量為16.2m3/s，二者之和Q總為62.9m3/s，絕對誤差為-4.3m3/s，相對誤差為-6.4%，時間誤差為1小時，符合預報要求。

結束語：

以上兩種方法在無資料的中小河流可以進行簡單預報，但由于選取的洪水年份和場次均較少，代表性不足，在中國洪水預報系統和美國SCS方法中，大量資料都借用加格達奇站，糙率資料和比較資料只能采用一般河道，沒有進行實際率定，故本方案只能進行參考性估報。

參考文獻：

[1]張建云，李紀生.David R .Maidment，水文學手冊[Z].