淺析特定條件下上下游水位相關洪水預報方法

魯大瑋++劉慶鵬

摘 要：河道上下游相應水位預報是傳統水文預報方法之一，其理論依據是洪水波沿河道傳遞時具有一定的規律特征。在實際工作中，已有相關法洪水預報方案都是建立在洪峰相關基礎上的。有些大江河鑒于工程建設或防洪的需要，要求在洪水上漲期間就要求預報出對應下游河段的洪過程，因此必須對原有方案加以完善和改進。文章根據實例洪水過程，對河道相應水位預報方法進行了嘗試性改進探索分析。文章所述方法主要將河道上下游洪峰水位相關改為相應時段水位相關，這樣就延長了洪水預報結果的預見期，還可以對階段性預報結果誤差進行校正分析，非常適用于大江河的洪水預側工作要求。該方法在本例洪水應用中的預報結果滿足精度要求，可為今后類似洪水預報工作提供參考借鑒

關鍵詞：相應水位預報；黑龍江烏云站；洪峰水位；時段水位；預報方法

中圖分類號：P338 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0060-02

1 河道相應水位預報介紹

降雨后，流域內產生的徑流向河網匯集。流域上的降雨和產流通常是不均勻的，河網各處注入的水量也不相同。在徑流大量集中的河段，河槽水量迅速增加，成為洪水波的發源地。增加的水量沿河向下游傳播，稱為洪水波運動。洪水波屬于不穩定流。水流的水力要素（過水斷面、水深、比降、流速）不僅沿程且隨時間而變化。洪水波在運動過程中，形狀會發生變化，展開和扭曲是洪水波變形的兩種現象，二者同時發生。洪水波上某一點（起漲、洪峰、波谷）先后經過上、下游斷面時讀得的水位，即在洪水波上同位相的水位，稱為相應水位，對應的就是相應流量。某一河道上、下游站相應流量的定量關系式為：Q下.t+？子=Q上.t±△Q+q區間。式中Q下.t+？子-下斷面t+r時刻的相應流量；Q上.t-上斷面t時刻的流量；±△Q-流量在傳遞過程中的變化量，漲水階段因部分水量滯蓄河槽中，△Q為負；退水階段河槽蓄水量泄出，△Q為正；？子-流量從上斷面傳遞到下斷面所需的時間；q區間-加入到Q下.t+？子的區間入流量。

實際使用上式時，△Q目前還不能定量求得，q區間也不易定量得到，因此不能利用上式直接計算下游流量。實用時，只能根據這些因素之間的關系，用實測資料建立經驗相關圖。當洪水波變形不大，區間入流也不大時，可建立最簡單的上下游相應流量（水位）關系Q下.t+？子=f（Q上.t）。

2 實例應用分析

以黑龍江烏云站2013年8月洪水為例，烏云站屬黑龍江干流水位站。針對該站洪水預報來說，上游直接相關站有奇克站和俄羅斯境內布列亞河上的卡緬卡站（流域面積為7.07萬km2，河長623km）。烏云站現有預報方案屬于上下游相應洪峰水位預報，也就是利用上下游的洪峰水位相關圖來進行洪水預報，只有在上游站已出現洪峰的時刻才能利用該方法來預報烏云站對應洪峰流量。該方法在中小洪水時還比較適用，但在較大洪水期間，洪水漲洪歷時較長（大于15天），由于抗洪搶險指揮工作的需要，要求在洪水上漲期間就要預測近期的相應站洪峰水位，此時對應上游站往往還沒有達到洪峰水位或者因水位漲幅較大超出相關圖使用范圍，導致現有預報方法無法使用。因此必須建立一種簡單易行且符合洪水波傳播規律的臨時預報方法來滿足大洪水期間的預報要求。

本文提出的時段水位相關是指利用上下游站之間的不同日期同一時間的水位來建立相關圖，上下游相應水位間隔日期按洪峰平均傳播時間確定。最重要的是這些相關水位數據必須在本次需要預報洪峰水位的同一場次洪水的漲洪段選取。以烏云站2013年8月洪水為例，選擇本次洪水上漲段奇克站每日的8時水位，與該水位后2d的烏云站8時水位建立關系。利用該相關圖來預報下游烏云站洪峰水位，因上下游時段水位相關關系受多種因素影響，需要在預報開始階段逐日對烏云站8時水位進行預報，直至奇克站出現洪峰（洪峰時間移至8時）為止。在逐日預報期間，利用已出現的實測值對預報值進行校正。校正的依據就是用已出現的預報誤差來校正未來預報值的方法，也就是直接用前期誤差對最終預報結果進行訂正。其適用于假定影響因素穩定且連續的河段區間，預報計算過程見表1。

烏云站本次洪水洪峰出現時間為2013年8月20日，實測洪峰水位100.25m，本方法預報洪峰水位100.20m，出現時間為8月20日，符合《水文情報預報規范》要求標準。

3 結束語

（1）文中所述方法屬于河道站上下游洪峰水位相關預報方法的更新拓展應用，其預報原理仍屬水文要素相關預報范疇。其應用條件主要是滿足針對大洪水上漲期間，需要進行階段性預報的要求。

（2）該方法所用相關圖點據并非歷史洪水數據，而是使用本次洪水的實時數據，預見期為上下游歷史洪水傳播時間均值。實際使用時如果需要較長的預見期可以對曲線進行實時延長和修正。

（3）上下游站之間洪水上漲過程的時段水位關系與洪峰水位相關存在一定的相似性，但不同量級洪水之間的時段水位相關差異較大，本方法所述相關法最好僅用于當次洪水，不宜移用。

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