牡丹江區域中小河流水文站洪水相關影響因素分析

孫冰心

(黑龍江省水文水資源中心牡丹江分中心，黑龍江 牡丹江 157000)

1 鐵嶺河鎮站水文站

鐵嶺河鎮水文站始于2016年，是牡丹江水文水資源中心管轄區內的中小型河流水文監控網絡系統工程的一個全新建站。鐵嶺河鎮水文站位于牡丹江市陽明區鐵嶺河鎮,集水面積373km2。本站橫斷面布置在牡丹江右岸第一級支流鐵嶺河下游的河段。該河起源于大頂子山，分水嶺最高處位于海拔高程817.3m，流經牡丹江市磨刀石鎮，在牡丹江市鐵嶺鎮北部匯入牡丹江，本站上游65m處有座公路橋，橋上游20m有一支流葦子溝匯入。鐵嶺河在基下2.9km處匯入牡丹江。本站距離牡丹江市14km。

牡丹江流域的季風氣候主要由位于太平洋東北季風及位于西伯利亞地區的高溫低氣壓季風控制,夏季炎熱、多風少雨,冬季嚴寒干旱。汛期時的洪水大多數情況是由于各地受南下而來的兩股臺風、低氣壓共同形成合并的氣流影響,造成了一場集中性特大暴雨,從而在此降雨過程中也就形成了較大的汛期洪水。

該站由于地處中國東亞型副熱帶濕潤季風氣候地區,春秋兩季時間短促,冬夏兩季時間分明。具有夏季日照充足,氣候多變轉化多端的邊緣地理位置等氣候特點,春秋秋冬時節多于季風,氣候濕潤,年月份平均月高最低氣溫一般控制為3.6℃,1月份最高平均氣溫-14.8℃,7月平均最低氣溫22.2℃。由于該站常年受到強烈的東北季風天氣影響,因此該站以西南偏西偏北風向的季節天氣為主,年平均風速為2.5m/s。

該站洪水為典型的雨洪徑流，年最高峰集中發生于汛期6-9月,尤以6、7、8月份最為集中。洪水的過程大部分均為單式洪峰,洪峰的停留時間通常控制在約30min，漲、落水的歷時都相對短,峰型也相對較瘦。

2 鐵嶺河鎮洪水情況

2.1 場次洪水情況

通過對鐵嶺河鎮2017—2020年洪水資料整理發現，其峰現時間多在2h以內，符合中和河流峰現時間短的特點。而其漲洪歷時一般也≤6h，水位變幅多為1m以上，甚至接近3m，鐵嶺河鎮洪水場次情況表，見表1。

表1 鐵嶺河鎮洪水場次情況表

通過表1可看出2017年7月19日的場次洪水暴雨中心為三里地村，其降雨歷時為5.5h，面雨量達到65.3mm，雨強為11.9mm/h，水位變幅達2.72m，流量變幅198m3/s，漲洪歷時為5.8h；另一場暴雨中心為團山子村的2018年6月28 日的場次洪水，降雨歷時3.5h，面雨量為21.5mm，雨強為6.1mm/h，水位變幅達到了1.46m，流量變幅達87.6m3/s，漲洪歷時3.4h； 2019年8月29日的場次洪水，降雨歷時6h，面雨量15.4mm，雨強為2.6mm/h，水位變幅0.86m，流量變幅達33m3/s，漲洪歷時5.4h；2020年9月3日的場次洪水暴雨中心為富強五隊，其降雨歷時2h，面雨量為18.6mm，雨強為9.3mm/h，水位變幅達到了1.92m，流量變幅達137.5m3/s，漲洪歷時3.5h。 通過以上場次洪水情況可以基本看出本站的洪水特點為起漲歷時短，水位及流量變幅大，雨強對其影響較為明顯。

2.2 部分時段降雨量柱狀圖及相應場次洪水水位過程線

通過雨量柱狀圖同降雨過程線對應可看出，在不同暴雨中心的情況下，水位均有較大變幅，可見本站洪水情況與降雨中心位置基本無關，而不同年份的場次洪水對比中可看出，在面雨量相近的情況下，由于雨強的影響，水位變幅和流量變幅均出現較大變化，由此可知，雨強對本站的洪水情況影響較大。而在雨強相差不多時，較大的面雨量使得本站洪水發生較大變化，也可以得知，面雨量對該站的洪水情況影響較大。

圖1 鐵嶺河鎮2017.07.19時段降雨量柱狀圖

圖2 鐵嶺河鎮2017.07.19水位過程線

圖3 鐵嶺河鎮2018.06.28時段降雨量柱狀圖

圖4 鐵嶺河鎮2018.06.28水位過程線

圖5 鐵嶺河鎮2020.09.03時段降雨量柱狀圖

圖6 鐵嶺河鎮2020.09.03水位過程線

3 現階段中小河流預報情況

防洪抗旱減災工作開展過程中,中小河流洪水預報預警是一項不可或缺的重要工作內容,但在實施的過程中也有著諸多的困難和問題。中小河流大多缺少防洪標準,防洪監控體系的完善性不足,而隨著現階段中小河流洪災頻繁發生,市區防洪措施要求增加,構建中小河流預報和警戒體系意義重大,這對中國區域內部的人民群眾生命安全與財產安全都具有十分重要的防御和控制作用。

中小河流的洪水預報對時效性具有較高的要求,一般來說中小河流的洪水預報采用的時效性方法主要包括有單位線、新安江模型、分布式水文預報模型等,預測洪水災害的時效性方法雖然很多,但是應用在中小河流上的預測卻往往很難取得良好的時效。洪水災害預報的精確性不高,這就成為目前中國中小型河流地區進行洪水災害預報和監測所面臨的一個普遍性問題。目前,牡丹江市中小型河流地區發生的洪水災害預報和防汛工作還存在以下幾個難點:

1)中小河流水文監測站點建成時間短，資料積累不足。牡丹江市小河流專用水文站、水位站、雨量站2016年投入使用，運行時間較短，經歷洪水次數少，導致洪水預報方案制作所需必要數據不足，短期內無法建立較高精度的預報方案。

2)實測流量數據少，獲得洪峰流量難度較大。中小河流水文監測站目前普遍采用無人值守與巡測結合的測驗方式，監測站點與勘測隊距離一般較遠，中小河流暴漲暴落，漲洪歷時較短，一場洪水過程中，水位監測采用遙測技術，能監測洪水全部漲落過程，但全過程實測流量無法全面取得，積累詳實實測流量數據較困難，特別是洪峰流量測得難度較大。且中小河流沖淤變化大、水位流量關系不穩定，影響建立預報方案的精度。

3)汛期洪水發生的預報和警告的預見期非常短。中小型的河流一般都是集水區域面積相對較小,洪水普遍存在著強烈的暴漲和分崩破壞,洪水發生的歷時相對較短,一般來說洪水的匯流持續時間只有幾個多小時,甚至達到不足1h，洪水的預報和災害警戒的預見期也很短。

4)現有方法預報精度普遍不高。牡丹江市中小河流暴雨洪水往往是蓄滿與超滲產流共同作用，新安江模型產流方式為蓄滿產流洪水預報模型，應用于牡丹江市中小河流洪水預報效果不理想。廣泛應用于中小河流的分布式模型，參數根據河流地形、地貌圖等數據進行綜合分析利用進行實測的多年歷史性特大洪水數據資料采集率定而計算得到,這就非常需要數10a的長時間的洪水資料采集積累,同時也非常需要利用雷達圖像測量和降雨、遙感、地理觀測信息采集系統、數值分析計算和專用電腦以及通用計算機等多種科學技術手段來為其提供數據支撐,參數調試難度大,目前預報精度普遍不高。

5)牡丹江市中小型河流普遍處于山丘地帶，具有來源短流速急，洪水發生時具有災害性和破壞能力大、歷時短、災害預報困難和難以及時預防等特點，研究簡單易行、及時準確的預測預報方法，建立好洪水預報預警方案，為中小河流洪水及時預警是亟待解決的問題[2]。

4 情況總結

洪水災害不但帶來的經濟損失驚人,而且間接導致的洪澇和地質等次生、衍生的災害也十分嚴峻,這種情況嚴重制約著中國經濟社會的健康可持續穩定的發展。尤其是近年來由于極端的天氣狀況增多,局地大量強降雨導致中小型河流的突發性山體洪水頻頻出現,對人民的生命財產安全造成了極大的威脅。加強中小河流的治理和安全體系的建設,完善中小河流預警和減災系統,提高中小河流的防汛抗旱減災能力,這些都是經濟社會和國民經濟的發展基礎與保證。

由于牡丹江市中小河流具有暴漲暴落、匯流時間短特點,水文資料積累時間只有短短幾年,水文預報難度較大,水文預報模型難以取得好的效果。通過對鐵嶺河鎮的資料進行分析整理可以得出洪峰水位與降雨歷時、面平均雨量呈相關關系,后續過程中通過更為完整的資料收集,建立三者相關關系對本區域內中小河流站點進行預報,建立更加完善的洪水預報數據庫,形成較為完善的預報方案將會是我們后續研究的方向。