相應水位法在努敏河洪水預報中的應用

蘇　醒

(黑龍江省綏化水文局，黑龍江 綏化 152000)

相應水位法在努敏河洪水預報中的應用

蘇醒

(黑龍江省綏化水文局，黑龍江 綏化 152000)

摘要：相應水位預報是根據天然河道里洪水波運動原理，分析洪水波在運動過程中，洪水波上任一位相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。文章介紹了呼蘭河支流努敏河的流域特性及水文氣象特征及相應水位法在努敏河洪水預報中的應用，分析了預報中應注意的問題，從而提高了工作效率和預報精度。

關鍵詞：努敏河；相應水位；預報；水文氣象特征

水文預報是根據水文現象及要素所遵循的內在規律，對其變化和演進進行預測的一門自然科學。而相應水位法則是河道洪水預報中應用最早、最為廣泛的預報方法之一。河段上、下游斷面上同位相的水位稱為相應水位，當洪水來臨時，其沿河道會自上而下出現水位(流量)的漲落變化。同一場洪水，河道上、下游站的洪水過程一般是相應的，上游過程同位相的水位在下游都會相應出現，且在下游的出現時間遲于上游。利用這個特點，掌握洪水在河道中運動的規律，就可以根據上游已出現的水位(流量)預報下游未來的水位(流量)[1]。

本文通過對努敏河資料的分析整理，發現四海店站與四方臺站水位關系型很好，適合建立相應水位法預報模型，從而解決了努敏河下游四方臺站受地理條件影響，單位線、新安江預報模型等預報方法預報精度低，不能滿足水文預報精度的問題，實現了對四方臺站洪峰水位的預報。

1流域特性

努敏河為呼蘭河支流，全長約265 km，流域面積5388 km2，其在閣山以上屬于山區、半山區，四海店至四方臺區間地勢為丘陵地區。流域上游六棵松、義氣松、躍進一帶為呼蘭河流域暴雨區

之一。地下水埋層較淺，水量豐富，主要支流有克音河、義氣松河、八道河、大雞爪河、西北河、四道河、二道河、七道河。

努敏河較容易出現鋒面降雨，特別是冷鋒降雨出現頻次較高。由于地形抬升作用或熱力對流作用的降雨，一般多伴隨天氣系統降雨同時發生。年均日照時數為2600～2800 h，無霜期105～125 d，多年平均年降水量522.9 mm[2]。年最大降水量發生在1994年為851.1 mm，年最小年降水量僅為373.6 mm(1975年)，相差2.3倍。降水量主要集中在7、8月份，歷年最大月降水量318.5 mm(1997年8月)，歷年最大日降水量138.6 mm(1994年6月25日)。

以努敏河下游四方臺站為例，根據歷史文獻、洪水調查和實測資料統計分析，1911—2014年104 a間，排名前五位洪水分別在1911年、1914年、1924年、1961年、1960年。以1911年調查值為最大，各次大洪水基本都是干、支流全面漲水。

四方臺站最大洪峰集中出現在主汛期7—9月，尤以7、8月份出現年最大洪峰的概率為最大，達62.0%。因為努敏河上游屬于山區、半山區，中下游流域屬于丘陵區，所以因匯流時間不同，出現復式洪峰的概率較大。努敏河流域干流控制站情況見表1。

表1　努敏河流域干流控制站情況表

2洪水預報

努敏河流域四海店站以上屬于山區、半山區，而四海店至四方臺區間流域屬于丘陵地區，這種地形使用單位線、新安江模型效果不是特別好。同時其區間沒有支流匯入，也沒有較大的水利工程，上游四海店站洪水位對下游四方臺水文站形成洪峰影響相對較大。

2.1預報的原理

相應水位預報，就是用已知上游斷面的水位，預報一定時間后下游斷面的水位。

設在某一不太長的河段中，上、下游兩站間距為L，t時刻的上游站流量為Q上t，經過傳播時間τ后，下站的流量為Q下t+τ，若無旁側入流，兩者的關系為：

(1)

式中：ΔQL為上、下游站相應流量的差值，稱為洪水波展開量，m3/s，它將隨上、下站流量的大小和附加比降的不同而不同。

如在τ時間內，河段間的區間入流在下斷面t+τ時刻形成的流量為q，則:

(2)

式(2)是河道相應水位預報的基本依據[3]。河段上、下站相應水位過程線見圖1。

圖1　河段上、下站相應水位過程線

由圖1可知，上游四海店站洪峰越高，則下游四方臺站相應的洪峰水位越高，洪水出槽前后時傳播時間較長。從圖1看這些規律顯然是合理的，其預報關系式為：

(3)

2.2預報方案的制定及使用

我們常用到的相應水位預報按其流域特性不同可分為相應水位法和合成流量法。相應水位法主要是應用在無支流地區，合成流量法則應用在有支流匯入河段[4]。四方臺站屬于河道站，其上游184 km處有四海店水位站，兩站之間無較大支流匯入，影響洪水波傳播的因素較為單一，所以用相應水位法預報四方臺站洪峰水位比較適合。

(1)資料收集。四海店水位站建于1998年位于努敏河中游，四方臺水文站建于1975年，屬于努敏河下游控制站，由于四海店站建站較四方臺站晚，所以資料選取從1998年開始,在17 a連續的實測水文資料中，選取四海店水位站13次洪峰水位和四方臺水文站洪峰水位進行了統計分析，統計分析結果見表2。

(2)四海店～四方臺站相關性分析。從表1可以看出，在努敏河上有兩個水位站，分別是西北河站和四海店站，由于西北河站距離四方臺站較遠，且區間內有支流匯入。所以不適合建立相應水位預報模型。而四海店～四方臺站則不同，兩站之間幾乎不受水庫調洪影響，其間無支流匯入，洪水傳播時間一般在67個小時左右，上下游水位相關性良好，可建立四海店與四方臺站洪峰水位關系對四方臺站的洪水位進行預報，再通過四方臺站的水位流量關系預報四方臺站的洪峰流量。

(3)預報方案的編制及使用。通過表2的數據建立四海店～四方臺站洪峰水位及傳播時間關系曲線圖，見圖2，其中的傳播時間關系曲線是根據河段上游四海店水位站、下游四方臺水文站實測水位過程，摘錄相應的洪峰水位值及其出現時間(見表2)計算而來。

表2　四海店站～四方臺站相應洪峰水位及傳播時間表

我們假設四海店水位站在t時刻出現洪峰水位為97.50 m，通過曲線圖2可知，在66個小時后四方臺站的洪峰水位值為152.80 m，再利用圖3四方臺站水位流量關系曲線查得預報洪峰流量約為255 m3/s。

圖2　四海店～四方臺站洪峰水位及傳播時間關系曲線圖

圖3　四方臺站水位流量關系曲線圖

2.3預報結果評定

根據GB/T 22482-2008《水文情報預報規范》6.5.5中的規定，進行預報精度評定[5]。四海店至四方臺水文站上、下游相應水位法統計表中共13個點距，合格10個，方案的合格率為76.9%，其屬于85.0>QR≥70.0范圍之內，其預報精度等級為乙級。

2.4突出點子分析

本次預報的突出點是由于來水峰型不同或者河槽“底水”不同，導致四海店站至四方臺站之間河段比降發生變化，影響到傳播時間和四方臺站水位的預報，要適時的加入下游四方臺站的同時間水位(或流量)做參數，以提高預報精度。

3結語

本文以努敏河下游四方臺站為代表，介紹了相應水位法在努敏河洪水預報中的應用，并詳細地分析了努敏河流域的水文氣象特征、洪水特征及流域概況，講述了相應水位法的原理、應用時的步驟與重點，對預報結果進行了評定。由于努敏河上游四海店水位站建站較晚，所以預報點據比較少，在應用的過程中要引起注意。對暴雨的組成、特點做全面的分析，相互比較進行洪水預報。

隨著科技的創新、預報技術的發展，水文數據的不斷完善，我們會通過進一步的摸索，采取更加科學有效的預報方法，不斷地完善相應水位法在努敏河上的應用，為抗洪搶險、安全渡汛做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]包為民.水文預報[M].北京：中國水利水電出版社,1979.

[2]劉偉利，王寶祿.努敏河流域水文特性分析[J].水利科技與經濟，2010，16(2)：1399.

[3]長江水利委員會.水文預報方法[M].北京：水利電力出版社，1979.

[4]方思和.淺談相應水位法在洪水預報中的應用[J].廣西水利水電，2009(1)：40-42.

[5]中華人民共和國國家質量監督檢驗總局，中國國家標準管理委員會.水文情報預報規范：GB/T 22482-2008[S].北京：中國標準出版社，2009.

Application of corresponding water level method in flood forecasting of Numin River

SU Xing

(SuihuaHydrologyBureauofHeilongjiangProvince,Suihua152000,China)

Abstract：Corresponding water level forecasting is a simple method to analyze the change law of corresponding water level and its propagation velocity when the water level on any phase of flood wave propagating from the upper cross section to the next section, to seeking the empirical correlations in the movement process of flood wave according to the principle of flood wave movement in natural river. This paper introduced the basin characteristics and hydrogeological characteristics of Numin River, and the application of corresponding water level method in Numin River flood forecasting, analyzed the problems needing attention in forecasting, thus impoved the working efficiency and forecasting accuracy.

Key words：Numin River; corresponding water level; forecast; hydrometeorological characteristics

作者簡介：蘇醒(1984-)，男，工程師，從事水文預報工作。

中圖分類號：P456.7;P338

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)04-0020-04