在妙水位站洪水預報影響因素初探

林展華

（廣西沿海水文中心上思水文中心站，廣西 上思 535500）

1 概況

上思縣位于廣西防城港市北部，縣域南部為廣西暴雨中心之一的十萬大山暴雨帶。明江是上思縣內最大河流，發源于十萬大山暴雨區，明江流域各支流大多是山區性河流，流域面積小，坡降陡，加上地形、植被的影響極易產生峰高量大、暴漲暴落的洪水。防城港市的主要災害性天氣為臺風，以6～9月出現最多。平均每年有4次臺風或熱帶氣旋過程影響防城港市，由熱帶氣旋帶來的暴雨過程一般持續1～2 d，此類暴雨過程一般降雨強度大、范圍廣，常常使各河流同時出現較大洪水，此類洪水峰高量大，以單峰為主，歷時3～5 d。上思縣每年汛期主要受熱帶氣旋帶來的降雨天氣系統的影響，暴雨洪水出現也主要是6～9月。明江流域洪水類型主要是暴雨型洪水，較大的洪水一般由熱帶氣旋等天氣系統引起，每年的7～8月是明江流域的主汛期和大汛期，該時段出現年最高水位的概率最大。在妙水位站為上思縣明江流域下游重要的控制站，集水面積為1912 km2，在妙水位站上游5 km處建有平福電站，下游有寧明縣的鳩鴣電站，由于在妙上、下游較近距離內均有水電站，故該站流量受水利工程影響，設為水位站。在妙水位站下游4 km為上思縣重點防洪城鎮在妙鎮，目前，在妙鎮還是一個不設堤防的集鎮，因而該鎮受明江洪水的影響較大。如2008年9月，上思縣受臺風“黑格比”的影響，普降暴雨，大部分鄉鎮遭遇洪水襲擊，地處明江干流的在妙鎮在洪災中受損嚴重，大部分街道進水，民房受淹，在妙鎮市場受淹水深約2.5 m，在妙鎮初級中學淹深約1 m。據下游約20 km 的寧明縣那堪水文站統計，2008年9月洪水為1964年建站以來次大洪水。在妙水位站作為上思縣明江流域下游防汛抗洪的橋頭堡，為上思縣防汛抗災提供快速、準確的水文情報。

2 在妙水位站洪水預報方案的原理

在妙水位站洪水預報方案現采用廣西沿海水文中心上思縣中心水文站編制的《上思縣中心水文站洪水預警技術方案》，該方案主要基于相關分析法編制。由若干個隨機變量來估計或預測另一個隨機變量的期望值時建立的模型及所做的統計分析即相關分析。首先統計建站以來記錄到的若干場洪水的次洪面降雨量P、降雨歷時T、起漲水位Z起、同時水位Z同和漲幅等因素；再用電子表格函數linest 進行回歸方程建立，取各次洪峰水位Z峰為因變量，相應的次洪面降雨量P、降雨歷時T、起漲水位Z起、同時水位Z同等為自變量建立多元回歸方程，采用最小二乘法原理擬合得出各自變量的系數，得到連續最大3 h降雨量的預報回歸方程。在妙站從2017年開始編制多元回歸預警方案，利用2015-2017年7場較大洪水資料初步建立了預報方程，此后適時對方案進行修訂，不斷增加方案的實測洪水資料，2019年汛后，再次對在妙站方案進行更新，使方案采用的洪水場次達16 場，修訂后使用的方案為：

方案一：Z=-18.75+0.025P+0.287T-0.091Z起+1.240Z同

方案二：Z=-11.25+0.012P+0.458T+1.093Z起

在方案的實際應用中，根據水文平臺的數據，快速統計好面降雨量、降雨歷時、起漲水位和同時水位等相關參數，代入預報方程計算預警預報結果。

3 影響洪水預報精度因素的探討

在妙水位站為近年新建的中小河流站，目前只有幾年的水文資料，但該區域作為上思縣重要防洪區域之一，水文情報對該區域的防洪減災顯得尤為重要。目前，在妙水位站根據近幾年的水文資料建立的預警預報方案，但在方案實際的應用中發現洪水預報情況與洪水實際情況還有無規律的偏差現象，這不利于上思縣內明江下游流域的防洪抗災工作。為了更好地為當地政府部門提供快速準確的水文情報，做好防洪減災工作，分析影響在妙水位站洪水預報精度的因素以提高在妙水位站的洪水預報精度，不斷完善預警預報方案顯得尤為迫切。

（1）雨量站點密度以及位置分布的合理性對面降雨量計算的影響。降雨量作為推算洪水的重要因子，對斷面流域降雨量的推算準確與否將直接影響洪水預報的準確性。在妙水位站的洪水預報方程僅采用在妙斷面流域內已有的那派、平福及在妙雨量站作為統計，且這3 個雨量站均布設在明江沿岸，屬于沿江而下一線三點式分布。預報方案中即使將收集到的每場洪水的降雨歷時和降雨強度都考慮進去，面雨量這一參數也由于雨量站點過少且分布位置不合理而存在未能更切近實際面雨量的問題。因此，在妙斷面流域雨量站點密度以及位置分布的合理性對面降雨量計算的影響直接影響了預報結果的準確性。

（2）上、下游水電站的影響。在妙水位站上游5 km 處為平福電站，汛期無洪水時會正常排水發電，在明江流域將要發生暴雨洪水時，電站會提前排水以降低水位，如此一來電站對洪峰傳播的減緩和削弱作用較明顯，在妙站下游的鳩鴣電站對上游的壅水作用也影響了洪水的傳播速度和洪水的漲幅。因此在妙站上、下游水電站都影響在妙站洪水預報的精度。

（3）起漲水位和同時水位參數的權重先后。在起漲階段流量較小，起漲前期受平福電站影響較大，水位上升較慢，預報方程中，選用起漲水位作自變因素的預報方程不如選用同步水位作自變因素的預報方程得到預報效果好，這也說明由電站的影響起漲水位作自變參數時代表性較差。因而預報作業中對這兩個因素的采用與否以及權重先后也會影響預報值。

（4）預報方案中未列入的其他因素。在妙站方案的建立是根據相關因素分析法推求預報回歸方程，其他因素對各場次洪水傳播的影響被假設為一樣，但近年來明江流域下游的河床被無序地抽挖泥沙，使河流的各種水力要素有了不小的變化，如河道變深、阻水因素變小等，這使得現洪水傳播時間發生變化。在妙站下游不遠處為寧明縣的鳩鴣電站，受電站壅水頂托的影響，在妙站以下河床泄洪將變緩，但在作業預報時，未考慮這一因素對洪水傳播的影響。在洪水水文預報中，蓄滿產流的雨量是一個不可忽視的因素，它的大小直接影響到流域產流量和匯流時間，即使降雨量相同，但流域前期干旱程度不同，那么流域產流量不同，出現的洪峰水位和相應流量也會有差異。在妙站的洪水預報回歸方程中，沒有考慮蓄滿產流的雨量這一水文要素，而是忽略這一因素用同樣的方法推算洪峰水位，因此也是預報情況與實際情況出現差異的原因之一，從而影響了洪水預報的精度。

4 各因素對預報精度的影響比較

通過上面的探討，初步分析了影響在妙水位站洪水預報的各種因素，當然還可能有上文中未考慮到的因素。顯然，在妙水位站用相關因素分析的方法建立洪水預報方案時，也存在較多無法量化的影響因素，這些無法量化的因素未能列入預報回歸方程的因變量中。目前，因資料條件的限制，本文只定性地對各個影響在妙水位站洪水預報精度的因素進行簡單的探討，各個因素對該站洪水預報值的影響程度沒有作量化分析，主要是由于在妙站目前收集到的洪水資料數量還不足以做出對各影響要素進行細致分析的統計和比較。洪水預警預報作業方案的建立技術要求高，目前根據回歸方程建立的方案不一定適合在妙站的實際情況，在預報作業時也不應照搬預報方程，必須進行具體的、動態的分析，綜合各因素考慮進行預警預報。

5 對廣西沿海中小河流預警預報的幾點建議

（1）廣西沿海的中小河流站均是近年來的新建站，大部分站點建站以來發生洪水不多，洪水預報方案建立時可選擇資料較少，很多站都沒有高水位的洪峰進行驗證，因此預警方案的建立不可一蹴而就，應不斷完善和進化。

（2）中小河流站普遍有流域小，河長短、洪水變化快的特點，但也有其差異性，且水文預報具有高度的復雜性，在建立預警預報方案時，單一模型難以獨自解決，應將多種方法聯合，揚長避短，以達到更高的預報精度。如洪水資料場次較多，可采用不同水位級洪水分別建立方案，建立多套預報方案后進行適用性分析，用較為擬合該流域的方案作為主要的預報方案。

（3）中小河流站在建立洪水預報方案以及在使用方案作預報時，應充分考慮無法量化的影響因子，如流域類型、暴雨中心（或是否為全局性暴雨）、屬于山區性河流還是平原地區河流等。在預報作業中考慮這些無法量化的因素，對預報值進行合理的調整。

（4）用近年的資料點繪新的水位流量關系曲線，以便對預報值進行參證性檢驗。