上下游站流量相關(guān)法在清水河水情預(yù)警中的應(yīng)用

【摘要】攔蓄河水的橡膠壩在增添景觀的同時(shí)，也給防洪帶來了難度。汛期，北方山區(qū)局部暴雨頻繁，洪水陡漲陡落，短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的大洪峰對(duì)橡膠壩群危害極大，準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出洪水到來的時(shí)間和量值，就成為防汛調(diào)度的關(guān)鍵。本文采用上下游站流量相關(guān)法進(jìn)行預(yù)警，較好地解決了這一問題。

【關(guān)鍵詞】水情預(yù)警；清水河；洪水傳播時(shí)間；洪峰流量；橡膠壩

為了防御和減輕水旱災(zāi)害，及時(shí)掌握雨水情信息，并向公眾發(fā)布，水情預(yù)警開始進(jìn)入社會(huì)領(lǐng)域。北方山區(qū)性河流汛期的特點(diǎn)是匯流時(shí)間短，洪峰高，洪量小，洪水暴漲暴落，破壞性極大。傳統(tǒng)的水文預(yù)報(bào)方法很難在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出山洪出現(xiàn)的時(shí)間和量值。本文對(duì)橫穿張家口市的清水河水文資料進(jìn)行分析，采用上下游站流量相關(guān)法推求出成果，對(duì)清水河橡膠壩洪水調(diào)度提供可靠的技術(shù)支撐，保障市區(qū)安全度汛。

一、基本情況

清水河位于海河流域永定河水系上游，發(fā)源于崇禮縣樺皮嶺南麓，是洋河的一條較大支流。流域內(nèi)主要有東溝、正溝、西溝三條支流，三條支流匯合后稱清水河，該河穿越張家口市區(qū)后注入洋河。

東溝設(shè)有崇禮水文站，位置在崇禮縣城，集水面積430km2。水文站斷面以上主河道長38.8km，流域狹長，河網(wǎng)密度大，地勢北高南低，河道縱坡11.99‰。流域內(nèi)植被好，兩側(cè)山坡有較大片森林，流域中主要由灌木、草皮覆蓋，沿河河谷地帶和山坡上均為農(nóng)田，表層土壤覆蓋較厚，中下游多為黃土，上游多為黑褐色壤土。由于流域面積小，縱比降大，流速急，因而產(chǎn)流快，但持續(xù)時(shí)間一般不長。

西溝設(shè)有啕來廟水文站，該站位于張家口市北部崇禮縣高家營鎮(zhèn)啕來廟大橋，為西溝控制站，集水面積706km2，流域成長條形。上游有山岔、圪料溝兩支流于驛馬圖匯合，下游東側(cè)有六間房溝于石嘴子流入主流，西側(cè)有五十家子溝于下四桿旗以下約1 km處匯入主流。本溝屬典型的山溪性河流，主河道長50.3 km，河道縱坡13.5‰，流域平均寬度14.1km。流域內(nèi)荒山禿嶺，植被很差，土壤為沙壤土、黃沙土、沙卵石，水土流失嚴(yán)重。河床坡度大，遇較大降水，尤其是暴雨極易產(chǎn)流，洪水來勢兇猛，暴漲暴落，水土流失嚴(yán)重。

清水河設(shè)有張家口水文站，該站位于張家口市區(qū)北部，集水面積2300km2。斷面以上主河道長92.3km，流域地勢北高南低，河道縱坡9.54‰。該流域內(nèi)東溝植被最好，正溝植被較差，只有幼林灌木散布在流域中，西溝植被最差，流域內(nèi)無大的水利工程。雨洪特點(diǎn)是：暴雨時(shí)空分布不均，大暴雨和特大暴雨時(shí)有出現(xiàn)，洪水暴漲暴落，沖淤變化大。1984年6月爆發(fā)的兩次大洪水，沖毀了房屋、土地，造成公路，通訊設(shè)施中斷，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來了很大損失。1975年8月12日實(shí)測最大流量2330m3/s。1979年6月29日實(shí)測最大含沙量1500kg/m3。

為了加強(qiáng)預(yù)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，增設(shè)了水情監(jiān)測站5處，分別是西溝擺察、西溝啕北營、正溝紅旗營、東溝、正溝匯合后的的三間房。本文采用了啕北營、三間房兩處監(jiān)測站點(diǎn)與3處水文站資料進(jìn)行推算，分析出監(jiān)測站點(diǎn)和清水河上游水文站至市區(qū)第一道橡膠壩洪水傳播情況。

各站點(diǎn)距市區(qū)1#橡膠壩河道長度為：啕北營站13.6km，啕來廟站7.6 km，崇禮站51 km，三間房站26.2 km，張家口站2.3 km。

二、資料選定

啕來廟、崇禮、張家口3處水文站建站時(shí)間不一，啕來廟、崇禮兩站60年代撤銷，80年代恢復(fù)，為了便于比較和數(shù)據(jù)更接近于當(dāng)前，3站選取的是80年代同時(shí)段的數(shù)據(jù)施測資料。首先，分析出以上兩站洪峰到張家口站洪水傳播時(shí)間、洪峰量值變化，做出成果。其次，將止的張家口站洪水傳播依據(jù)傳播速度按轉(zhuǎn)換至市區(qū)1#橡膠壩位置處，求出啕來廟、崇禮站洪水至其傳播時(shí)間、洪峰量值變化。再次，西溝分析延伸，將啕來廟站按速度、比例延長至啕北營站，求出啕北營、啕來廟兩站至市區(qū)1#橡膠壩洪水傳播時(shí)間，峰量變化數(shù)值。最后，東溝分析采用內(nèi)插法，依據(jù)崇禮站資料，推算出三間房站數(shù)據(jù)，求出崇禮、三間房兩站至市區(qū)1#橡膠壩洪水傳播時(shí)間和峰量。

西溝：啕來廟、張家口站采用1984至2005年整編流量數(shù)據(jù)，選取流量大于100m3/s，相互對(duì)應(yīng)的64次流量進(jìn)行傳播時(shí)間和量值變化分析。

東溝：崇禮站流域面積小，距離市區(qū)較遠(yuǎn)，出現(xiàn)大洪峰的情況很少，由于傳播距離較遠(yuǎn)，小一些的洪峰張家口站基本顯現(xiàn)不出來，故只選取了1984年6月12日、30日兩場建站以來特大洪水與張家口站資料一并分析。6月12日洪水產(chǎn)生在東溝流域，30日洪水為東溝、正溝、西溝全部匯流，洪水次數(shù)雖少，但代表性很強(qiáng)。

6月12日洪水情況：暴雨集中在東溝流域，雨量大，產(chǎn)流快，暴雨過后，崇禮站出現(xiàn)了歷史罕見的501m3/s洪峰流量，洪水到達(dá)清水河張家口站測驗(yàn)斷面后，施測洪峰流量為320m3/s，洪水傳播過程中，無支流加入。

6月30日洪水情況：這次降雨主要集中在清水河的東、西、正三溝上游接近壩頭一帶。暴雨籠罩面積比6月12日大，三條溝各有一個(gè)暴雨中心，西溝驛馬圖鄉(xiāng)兩間房村歷時(shí)1小時(shí)30分調(diào)查雨量為410mm，三條溝均產(chǎn)生了大洪水，洪水到達(dá)張家口站測驗(yàn)斷面后，出現(xiàn)了明顯的3個(gè)大峰，洪峰疊加，峰量不好區(qū)分，但是傳播時(shí)間還是很好界定的。

三、分析成果

清水河流域內(nèi)的三條大溝對(duì)張家口市防洪影響以西溝為最大，該溝植被最差，降暴雨的幾率大，匯流迅速，大多為超滲產(chǎn)流，產(chǎn)流量大，洪峰表現(xiàn)為峰高坡陡，產(chǎn)生的洪水距市區(qū)最近。位于西溝出口斷面的啕來廟站大洪水資料豐富，系列完整，與下游張家口站資料有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故本文重點(diǎn)分析了該溝洪水傳播情況。

1#橡膠壩與啕北營流量關(guān)系y=1.27x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：啕北營流量（m3/s）

1#橡膠壩與啕來廟流量關(guān)系y=1.14x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：啕來廟流量（m3/s）

崇禮站至1#橡膠壩洪水傳播時(shí)間分析：

共取得3組點(diǎn)據(jù)， 6月12日：⑴崇禮站20：13分，流量301m3/s，張家口站0：18分，流量177m3/s，⑵崇禮站20：27分，流量501流m3/s，張家口站6月13日1：15分，流量324m3/s； 6月30日：⑶崇禮水文站19：42分，流量309m3/s，張家口站23：18分，流量824m3/s（含西、正溝峰量）。

崇禮站6月12日至張家口300至500 m3/s流量傳播時(shí)間在4.1至4.8小時(shí)，6月30日3.6小時(shí)，傳播時(shí)間快是因?yàn)楹硬垡呀?jīng)過水浸潤，損失較小的緣故。

據(jù)此推算崇禮至1#橡膠壩洪水傳播時(shí)間為3.4至4.6小時(shí)之間，三間房至1#橡膠壩傳播時(shí)間大約在2小時(shí)左右。

1#橡膠壩與崇禮流量關(guān)系近似為y=0.62x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：崇禮流量（m3/s）

1#橡膠壩與三間房流量關(guān)系近似為y=0.75x

Y：1#橡膠壩流量（m3/s），x：三間房流量（m3/s）

四、綜合評(píng)價(jià)

在水情預(yù)警中，洪水預(yù)報(bào)是最常使用的方法。洪水預(yù)報(bào)大體可歸為兩大類：一類是河道洪水預(yù)報(bào)，如相應(yīng)水位（流量）法。第二類方法是流域降雨徑流（包括流域模型）法。由于近些年小流域治理，下墊面發(fā)生了較大變化，同樣的降雨產(chǎn)流相差很大，甚至不產(chǎn)流，降雨徑流相關(guān)法在清水河流域應(yīng)用很不理想。用來在預(yù)警中應(yīng)用危險(xiǎn)系數(shù)很高。相比較來說，河道雖然也有變化，但是比起下墊面來，變化幅度還是比較小的。

本文對(duì)啕來廟和張家口站洪峰流量點(diǎn)距進(jìn)行分析，20%以內(nèi)外包線的點(diǎn)距占51.6%，25%以內(nèi)外包線的點(diǎn)距占62.5%。依據(jù)已經(jīng)發(fā)生過的洪水，采用上下游站流量相關(guān)法簡單實(shí)用，可靠度較高，尤其是對(duì)預(yù)見期要求較高的情況下，預(yù)警起來速度快，也很直觀。啕來廟至張家口站洪峰傳播時(shí)間很短，計(jì)算精度已無實(shí)際意義，故不再進(jìn)行計(jì)算。崇禮至張家口站點(diǎn)距少，洪水傳播時(shí)間和峰量變化滿足預(yù)警基本要求即可，也不計(jì)算精度。在現(xiàn)有條件下，該方法解決了清水河洪水預(yù)警問題，為清水河橡膠壩防汛調(diào)度提供了良好的技術(shù)依據(jù)，因此，是切合實(shí)際非常可行的。

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作者簡介：韓澗峰，1962-，男，漢族，河北省張家口市，本科，正高級(jí)工程師，研究方向：水文水資源.郭如俠，1981-，女，漢族，河北省唐山市遷西縣，本科，高級(jí)工程師，研究方向：水文情報(bào)預(yù)報(bào)及水情預(yù)警。