相應水位法在洪河方集站洪峰水位預報中的應用

李東平

(阜陽水文水資源局，安徽 阜陽 236000)

相應水位預報是用河道中某時刻上站水位預報一定時間后下站水位的簡便方法。洪河方集站實測水文資料較少，目前尚未建立水文預報模型，但其洪峰水位的變化對洪河中下游防洪安全具有重要的指示作用，本文通過相應水位法建立其預報方法，為防汛調度提供預警作用。

1 流域概況

洪河為淮河左岸支流，發源于河南省伏牛山區，自西向東流經河南、安徽兩省，在阜南縣王家壩鎮附近匯入淮河。洪河在河南省班臺以上為上中游，分為兩支：南支為汝河，北支為小洪河；班臺以下為下游，分為兩支：南支為洪河，北支為洪河分洪道。洪河中下游地勢平坦，河道行洪能力較小，洪澇災害頻繁。

2 相應水位法

相應水位法是根據天然河道內洪水波運動原理，分析洪水波在運動過程中波上任一相位(相當于水位過程線上某一時刻的水位)自上斷面傳播到下斷面時的相應水位及其傳播速度的變化規律，尋求其經驗關系，據以進行預報的一種簡便方法。假設天然河道水流大體已經匯集于河槽，且下站來水主要來自于上游，又沒有回水頂托等外界因素影響，常常容易找到相應的特征點(峰、谷和漲落洪段的反曲點等，見圖1)，從河段上、下站實測水位資料中摘錄相應的洪峰水位值及其出現時間，就可點繪相應洪峰水位關系曲線及其傳播時間曲線，根據曲線預報未來某時間的水位，其公式為:

圖1 天然河道上、下游兩站相應水位過程線

Zp,l,t+T=f(Zp,u,t)

T=f′(Zp,u,t)

其中，Zp,u,t:指上站t時刻洪峰水位；Zp,l,t+T：指下站t+T時刻洪峰水位。

3 預測方案的制定及使用

3.1 班臺-方集站相關性分析

根據淮河防總淮汛〔2007〕1號文印發的班臺分洪閘洪水調度方案規定，在班臺水位低于33.49m時，控制水流從洪河經方集站下泄至淮河。班臺至方集之間河槽較穩定，水流不受工程調度影響；河段之間無較大旁側支流匯入且河段長僅42km，區間來水比例不大，方集站洪水組成主要是上游來水，在中小洪水時方集站水位亦不受淮河頂托影響，可以建立班臺至方集站在中小洪水時洪峰水位關系對方集站洪峰水位進行預測。

3.2 資料收集及預報方案的編制

因新一輪大規模治淮工程的實施，導致2007年之后洪河下段工況發生較大改變，故本文主要選取2008年至2019年的資料進行分析，統計分析結果如表1所列。根據表1中的班臺站與方集站相應洪峰水位建立關系曲線圖，如圖2所示。

圖2 班臺-方集站相應洪峰水位關系圖

表1 洪河班臺與方集歷年洪峰水文要素表

根據表1中班臺站洪峰與班臺-方集站洪峰傳播時間，建立了班臺洪峰水位與傳播時間關系圖，如圖3所示。從圖3中可以看出，除2016年6月下旬的洪水由于前期底水較低導致該次洪峰傳播時間異常之外，其他場次洪峰傳播時間都位于10-20h的區間內，考慮班臺站至方集站之間河段較短，傳播時間無較大變化，故對傳播時間不再作進一步預報。

圖3 班臺洪峰水位與班臺-方集洪峰傳播時間關系圖

3.3 預報方案的使用及精度評定

根據建立的班臺-方集站相應洪峰水位關系曲線對方集站洪峰水位進行了預報，結果如表2所列。根據GB/22482-2008《水文情報預報規范》相關規定，由于資料選取的歷次洪水中方集站水位在預見期內變幅的20%均小于0.10m，因此以0.10m作為許可誤差。按照規范相關規定，對方集站洪峰水位預報方案利用的資料進行了精度檢驗，具體如表3所列，根據檢驗結果判定上述預報方案等級為丙級。

表2 方集站洪峰水位實測值與預測值對比表

表3 洪河方集站洪峰水位預報方案精度檢驗表

4 結束語

2020年7月下旬，利用建立的班臺-方集站相應洪峰水位預報方案預測方集站洪峰水位將達到警戒水位附近，經實踐檢驗，預報結果較為準確，說明該方案在方集站具有較好的適應性。但由于自洪河下段治理以來，洪水場次較少、方案樣本容量較小，且對高水洪水時班臺分洪閘進行分洪時的影響因素等資料尚需完善，目前上述預報方案精度等級較低，仍有待于進一步展開和深入研究。