降雨徑流相關(guān)法在金錢河南寬坪水文站洪水預(yù)報的應(yīng)用

◎楊永平

降雨徑流相關(guān)法在金錢河南寬坪水文站洪水預(yù)報的應(yīng)用

◎楊永平

1 流域概況

1.1.自然地理特性

金錢河發(fā)源于秦嶺南麓柞水縣，自西北向東南流經(jīng)柞水縣、山陽縣，于山陽縣漫川關(guān)鎮(zhèn)出陜西省進(jìn)入湖北省。南寬坪水文站至河口距離97km。南寬坪斷面以上有小河、馬灘河、米糧川、青山河、三岔河、西河、縣川河、北溝等支流，該流域地勢西北高，東南低，流域狹長呈羽毛狀，兩岸支流分布不對稱，北岸支流源遠(yuǎn)流長，南岸支流短小急促。流域內(nèi)植被覆蓋茂密，秦嶺山地多為天然森林，土壤多為砂質(zhì)土，利于下滲。

1.2.水文氣象特性

南寬坪水文站以上控制流域?qū)儆诒眮啛釒駶櫄夂騾^(qū)，降雨量受大氣環(huán)流、緯度及地形影響，時空分布不均。流域按地貌主要以高山和峽谷交替為主，有少部分的河流階地，流域多年平均降水量在750mm-800mm之間，7月～9月降水量占全年的50%以上。不同重現(xiàn)期洪水的洪峰流量：10年一遇洪水為2050m3/s，20年一遇洪水為2740m3/s，50年一遇洪水為3690m3/s，100年一遇洪水為4420m3/s。建站以來實(shí)測最大流量3830m3/s,發(fā)生于1998年8月15日，相當(dāng)于50年一遇洪水。

2 預(yù)報站基本情況

南寬坪水文站位于商洛市山陽縣南寬坪鎮(zhèn)，東經(jīng)109°54′，北緯33°18′。該站1959年1月設(shè)立，位于長江流域漢江上游水系金錢河干流上，集水面積3936km2，該站是漢江北岸區(qū)域代表站，同時也是金錢河流域的控制站。

金錢河南寬坪水文站上游在不同時間設(shè)有龔家坪、曹坪、張家坪、鳳鎮(zhèn)、黑山街、小河、山陽、戶家垣、米糧、板巖、南寬坪等11處雨量站，目前這11處雨量站均為報汛雨量站。用泰森多邊形法劃分的各站控制流域面積及權(quán)重見表2.1；區(qū)間雨量站網(wǎng)統(tǒng)計表見表2.2。

3 資料情況

3.1 資料的選用

據(jù)資料顯示，1980年之前，南寬坪上游有6處雨量站，站網(wǎng)分布不均勻，從1980年后增加到11處，故編制南寬坪水文站預(yù)報方案采用南寬坪上游雨量站相對較多的1980年～2011年間共32年的降雨徑流資料。其中，方案編制資料系列

表2 .1南寬坪站以上流域雨量站控制流域面積及匯流距離統(tǒng)計表

表2 .2南寬坪站流域以上區(qū)間雨量站網(wǎng)統(tǒng)計表

資料年限選用資料條件總場次500≤Q＜1000洪水場次實(shí)測最大流量（m3/s）1000≤Q＜2000Q≥2000 1980—2008 Q南≥50032151343830

表3.1編制預(yù)報方案歷史資料情況統(tǒng)計表為1980年～2008年，2009年～2011年作為方案檢驗(yàn)資料系列。預(yù)報方案中的洪水場次是南寬坪水文站洪峰流量大于500m3/s作為選取標(biāo)準(zhǔn)，共選取了1980年～2008年32場配套洪水資料作為建立方案的依據(jù)。

3.2 資料的三性分析

3.2.1 資料的可靠性

南寬坪水文站為國家基本水文站,所選洪水資料按水文資料整編規(guī)范整編的，資料成果經(jīng)過各級水文部門進(jìn)行審查、審定，并進(jìn)行了刊印，資料是可靠的。

3.2.2 資料的一致性

金錢河上游山嶺縱橫，河谷幽深，人口稀少。受自然地理?xiàng)l件限制，本流域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，雖有飛播造林、退耕還林的措施，使得植被有所改善，但總體來說對下墊面的影響不大。南寬坪站1980年～2011年的資料，涉及上游的水利工程只有影響很小的薛家溝水庫一座。資料系列具有一致性。3.2.3資料的代表性

在這32場洪水中不僅包括了不同類型的暴雨所形成的大、中、小洪水；也包括了不同季節(jié)的洪水，因而資料具有代表性。選用資料情況見表3.1。

4 預(yù)報方案的建立

4.1 預(yù)報方法的選取

采用南寬坪站凈峰流量和該流域的前期影響雨量Pa與流域平均降雨量P之和，并以流域降雨中心位置、雨強(qiáng)作為參數(shù)建立P+Pa～Q凈相關(guān)關(guān)系；再以凈峰流量Q凈和洪峰滯時τ，以降雨中心位置作參數(shù)建立Q凈～τ相關(guān)關(guān)系。

表5 .1預(yù)報項(xiàng)目精度等級表

表5 .3南寬坪洪水預(yù)報方案評定結(jié)果表

表5 .4南寬坪站洪水預(yù)報方案精度檢驗(yàn)結(jié)果表

4.2 建立預(yù)報方案的方法原理

本預(yù)報方案采用降雨徑流相關(guān)法制作預(yù)報。建立降雨與凈峰、凈峰與洪峰滯時的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖。根據(jù)前期影響雨量Pa和流域平均降雨雨量P與Q凈關(guān)系，以流域降雨中心位置和雨強(qiáng)i為參數(shù)來預(yù)報出凈峰流量Q凈。Q凈=f(P+Pa，降雨中心位置，i)用凈)峰流量Q凈，以流域降雨中心位置為參數(shù)，預(yù)報出洪峰滯時τ。

τ=f(Q凈，降雨中心位置)。降雨徑流相關(guān)圖涉及要素有:前期影響雨量Pa、流域平均降雨量P、次洪的凈峰流量Q凈、降雨中心位置、洪峰滯時τ等。

4.3 方案的合理性分析

通過對關(guān)系曲線進(jìn)行的分析，本方案相關(guān)關(guān)系合理，具有降雨徑流預(yù)報規(guī)律。精度按照《水文情報預(yù)報規(guī)范》（SL250-2000）評定為“乙”等方案。

4.4 方案的預(yù)見期

金錢河屬于山溪性河流。河床比降大，匯流時間短，從降雨中心到出現(xiàn)大于500m3/s的洪峰流量的時間在3h～18h之間，如果出現(xiàn)全流域降雨，雨強(qiáng)小于2.5mm/h時洪峰滯時一般在8h～18h之間；當(dāng)暴雨中心在中游洪峰滯時一般在3h～13h之間，受雨強(qiáng)的影響較大；如果暴雨中心在下游，洪峰滯時一般在3h～7h。本方案的預(yù)見期3h～12h。

5 方案的評定與檢驗(yàn)

5.1 預(yù)報方案精度評定與檢驗(yàn)依據(jù)

根據(jù)《水文情報預(yù)報規(guī)范》（GB/T22482-2008GB）的規(guī)定，用許可誤差法進(jìn)行誤差評定。

①許可誤差計算

洪峰流量采用預(yù)見期內(nèi)實(shí)測洪水流量變幅的20%作為許可誤差；峰現(xiàn)時間預(yù)報以降雨中心時間至實(shí)測洪峰出現(xiàn)時間之間時距的30%作為許可誤差，當(dāng)許可誤差小于3h，則以3h作為許可誤差。

②預(yù)報項(xiàng)目精度評定規(guī)定

一次預(yù)報的誤差小于許可誤差時，為合格預(yù)報。合格預(yù)報次數(shù)與預(yù)報總次數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)為合格率，表示多次預(yù)報總體的精度水平。合格率按下列公式計算：

式中：QR——合格率；

n——合格預(yù)報次數(shù)；

m——預(yù)報總次數(shù)。

預(yù)報項(xiàng)目的精度按合格率大小分為三個等級。精度等級規(guī)定見表5.1。5.2方案的評定與檢驗(yàn)

洪峰流量及洪峰出現(xiàn)時間均按許可誤差法進(jìn)行評定，各次洪水評定結(jié)果見附表2-1。按照評定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，得到南寬坪站預(yù)報方案總體評定結(jié)果，見表5.3。

（3）方案的檢驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

使用2009～2011年4場洪水進(jìn)行方案的精度檢驗(yàn),各次洪水精度檢驗(yàn)情況見附表3，洪峰流量和峰現(xiàn)時間檢驗(yàn)結(jié)果見表5.4。

由檢驗(yàn)表可知，4次洪水洪峰合格率75%，為乙等；洪峰出現(xiàn)時間合格率100%，為甲等；方案檢驗(yàn)精度指標(biāo)優(yōu)于評定指標(biāo)。根據(jù)《水文情報預(yù)報規(guī)范》（GB/T22482-2008 GB）的規(guī)定方案總體等級為乙等，綜合以上評定情況，本方案可以用于發(fā)布正式預(yù)報。陜西水利

（責(zé)任編輯：王劍）

◆作者系商洛水文水資源勘測局工程師，水電水利工程建筑專業(yè)二級建造師。