河溶站洪峰水位預報實時校正研究

王洪心　黃新平　王秋碩

【摘要】河溶站是湖北省重要防汛站，洪峰水位預報是防汛關鍵要素，由于其位于平原地區，坡降平緩，水位流量關系在中、高水呈連時序（主要以順時針繩套線為主），在利用降雨徑流關系預報出洪峰流量后，預報洪峰水位存在瓶頸，有時誤差較大，本文從實時校正出發，研究洪峰水位預報方法，提高預報精度，為防汛當好參謀作用。

【關鍵詞】最大流量；最高水位；漲水面；實時訂正；預報水位

1、基本概況

1.1流域概況

沮漳河是長江中游上段干流左岸一級支流，分東、西兩支，東支為漳河，西支為沮河，西支較長為干流，發源于保康縣歐家店大灣，自北向南流經保康、南漳、遠安、當陽、枝江等縣市，于荊州市李埠鎮臨江寺入長江，1993年，實施沮漳河下游出口段改道，河口上移15.5km，減少了荊江大堤李埠以下14.5km與沮漳河共堤，在枝江市七星臺鎮鴨子口村匯入長江。流域全長344km，集水面積7305km2。在當陽市玉泉鎮北門有百里長渠分流灌溉，于枝江市問安鎮鳳臺回歸沮漳河。下游兩岸有堤防，左岸堤自棗林崗與荊江大堤連，因其泄洪能力較小，若與長江洪水遭遇，可威脅荊江大堤，歷史上曾多次自然潰口和破垸行洪。

西支沮河于當陽市河溶鎮兩河口與漳河匯合，2015年，實施河溶鎮附近漳河改道，兩河交匯口由原河溶大橋上移約9km 至張家灣，全長230km，集水面積3353 km2，東支漳河源出保康縣龍坪鄉黃龍洞溝，自北向南流經漳河水庫，途經南漳、荊門、遠安縣，于當陽市河溶鎮兩河口匯入沮漳河，全長190km，集水面積2968 km2。

1.2測站特性

河溶水文站位于沮漳河原兩河口下游800m處，集水面積6338 km2（含漳河水庫面積2212 km2），主要觀測項目是水位、流量。基本水尺觀測采用自記水位計，測驗河段兩岸為堤防控制，順直長度約500m，主槽偏于左岸，最大河寬450m，當水位超過47.70m時，右岸開始漫灘，水位達48.80m時，右岸全部漫灘直達堤腳。河溶站屬平原河流站，坡降平緩，流速較小，Z～Q關系受洪水漲落、沖淤變化和長江回水頂托等影響，水位流量關系復雜，洪水期線型多為逆時針繩套狀或其變形，歷年采用連時序法推流，該站設防水位為47.50m，警戒水位為48.50m，保證水位為50.00m，斷面附近堤頂高程為52.80m。

河溶站多年平均降水量995.0mm，汛期（4～9月）降水量約占全年的75%，降水空間分布均勻，過程較為集中。年內暴雨洪水主要出現在汛期，尤以5-7月為最多；流域呈平行狀，坡降小，匯流慢。

河溶站歷年實測最高水位50.49m，歷年最大流量2360 m3.s-1，歷年實測最低水位39.86m，歷年最小流量-5.00 m3.s-1，實測最大流速2.98 m.s-1。年水位變幅最大可達10 m。

2、洪峰流量預報洪峰水位模型建立

該站洪水由暴雨形成，其洪峰流量采用降雨徑流預報，精度能滿足要求。由于水位流量關系為繩套或其變形，通過洪峰流量確定洪峰水位存在較大誤差，而洪峰水位是防汛指揮的關鍵因素。本文通過實時校正法，對提高水位預報精度進行探討。

2.1相同流量不同水位分析

選取洪峰流量接近，但洪峰水位相差較大的典型洪水場次，如表1。

2.2由洪峰流量預報洪峰水位

2.2.1繪制最大流量～最高水位綜合線

逆時針繩套曲線各特征值出現順序為最大比降、最大流速、最大流量、最高水位。選取2002-2016年洪峰水位高于44.00m以上洪水場次，由于最大流量與最高水位不是同時出現，現繪制洪峰最大流量與最高水位綜合關系線，此線用于解決水位流量在同場洪水過程中不是單一對應關系，見圖3。

2.2.2繪制洪峰流量～相應水位綜合線（漲水面）

選取2002-2016年典型洪水場次，繪制最大流量與其相應水位綜合關系線（漲水面），此線用于對洪峰預報水位的實時修正，解決相同的洪峰流量，在不同的場次時，其洪峰水位差異大的問題，見圖3。

2.2.3洪峰流量預報洪峰水位步驟

由預報洪峰流量查最大流量～最高水位綜合線得Z初估作為最高水位預報初估值；由預報流量查最大流量～相應水位綜合線得Z查線作為漲水面最大流量對應的標準水位；以實時最大流量相應水位Z實時為依據，計算實時預報水位訂正值Z訂正=（Z實時- Z查線）/2；最后確定最高水位預報值Z修正= Z初估+ Z訂正。

3、實例運用

3.1由最大流量預報最高水位方法

以2007年8月31日場次洪水為例，說明由最大流量（實例以實測值代替預報洪峰流量）預報最高水位的方法如下，從表1可知：本場洪水最大流量1190 m3.s-1，最高水位Zmax=47.77m。

（1）由最大流量查圖3中1線，初估最高水位預報值Z初估=48.25m。

（2）由最大流量查圖3中2線，得綜合線上最大流量對應水位（漲水面）Z查線=47.53m。

（3）在洪水水文要素摘錄表中，查得洪峰流量出現時，實際相應水位Z實時=47.00m。

（4）計算最高水位預報訂正值，Z訂正=（Z實時- Z查線）/2=（47.00-47.53）/2=-0.265m。

（5）實時修正最高水位預報值Z修正= Z初估+ Z訂正=48.25-0.265=47.98m。

（6）最高水位預報誤差δz= Z修正- Zmax=47.98-47.77=0.21m。

3.2檢驗

1973年以來，洪峰水位高于46.50m的洪水共計46場，按照上述方法進行洪峰水位預報，根據《水文情報預報規范》規定，以0.30m作為水位預報許可誤差的上限，直接采用圖3中1線（最大流量最高水位關系線）預報水位合格率為54.3%；經實時校正后，有42場洪峰水位預報合格，合格率為91.3%，達甲級精度等級，由于篇幅限制，水位預報誤差統計表略。

4、結論

根據實時最大流量、相應水位對最高預報水位進行修正，能顯著提高最高水位預報精度，河溶站防汛關鍵是需要最高水位值，想辦法提高水位預報精度尤其重要。經對洪峰過程統計，該站最大流量與最高水位出現時間間隔在4～12h之間，若要獲得更長預見期，可采用最大流量出現前的實時流量值（小于最大流量10%左右）進行修正。根據上述方法，實時流量需要測量、分析計算、查線獲取；另外，最大流量預報精度直接影響最高水位的預報精度；在受長江高水回水頂托影響期間，需按回水頂托規律進行修正，不適用上述方法分析。