典型洪水單位線在大洋河流域洪水估報中的應用

鮑志偉

（遼寧省丹東水文局，遼寧丹東118001）

0 引言

大洋河流域降水受西太平洋暖濕空氣和流域地形的影響，年降水量的分布自西向東遞增，多年平均降水量由東洋河上游800 mm，增至土牛河上游1 200 mm。降水量的年際變化較大，降水量的年內分配也極不均勻，主要集中在6—9月，占年降水量的70%～80%，尤其7—8月降水比較集中，占全年的50%～60%。沙里寨站是大洋河的主要控制站，控制流域面積4 810 km2，河道比降為0.14%，近年來流域發生洪水較頻繁，2012年最大洪峰流量為8 010 m3/s，為有資料記載的第2位洪水過程。

目前，大洋河流域洪水預報主要以短期洪水預報為主，一般通過洪水單位線法或洪水預報模型在降雨結束后進行預報[1]，其預見期一般為4～6 h，無法滿足流域防汛調度要求。如何提高流域洪水預報的預見期，實現降雨氣象預報與洪水預報同步發布，提高區域洪水預見期。此文選取沙里寨水文站[2]歷史發生典型暴雨洪水的資料[3，4]，分析降雨過程，制作典型洪水單位線[5]，作為流域洪水估報的依據。實現氣象預報與洪水估報的同步預報預警，實現流域降雨前期洪水預報，并結合降雨后洪水短期預報，實現預報預見期的大幅提升，同時2種預報方法的結合，實現了洪水預報由估報到預報，由長期到臨近，由初步到精細的預報過程。實現了流域降雨前24 h以上的洪水估報，對大洋河流域防洪安全及區域經濟可持續發展、社會穩定安康，具有重大意義。

1 應用方法

大洋河流域洪水預報的方法一般采用蓄滿產流模型、三水源新安江模型、分布式模型等。通過模型與實際發生洪水的雨洪過程率定預報參數，實現洪水預報模型。一般根據測站累計資料情況，制作不同雨型情況下的多個模型進行雨洪配套，以便在日后降雨發生后選取相近條件的降雨模型進行洪水預報。通過對大洋河流域沙里寨水文站洪水預報各洪水場次的分析，挑選臨近年份，降雨量大，洪水破壞能力強的洪水過程單位線作為洪水估報的模型[6]。對2012年大洋河實際發生洪水的降雨過程進行統計分析，根據氣象預報對未來可能發生降雨的量級（扣除前期影響雨量至流域飽和狀態）進行典型降雨時段分配，見表1，實現未來模擬暴雨過程；通過選取的典型單位線[7]，輸入各時段分配降雨量進行洪水過程推求，實現長預見期模擬洪水估報過程。

2 實例分析

2.1 模擬預報資料選取

大洋河流域年平均降水量在800 mm以上，適合蓄滿產流模型，分析沙里寨站1958—2019年間30次典型洪水過程線，根據實際發生的洪水時間、降雨過程分布、洪水量級大小、前期影響雨量等因素分別制作降雨洪水過程線，綜合分析各次暴雨洪水的量級，選取適合的暴雨洪水過程作為典型洪水。本文選取2012年發生的暴雨洪水作為典型暴雨洪水過程，見表2。

表1 2012年大洋河流域典型暴雨分配過程計算表

2.2 模擬降雨洪水估報

通過歷史降雨洪水資料統計分析，選取有代表性、近年發生的致災洪水[8，9]的降雨過程，作為簡化快速擬合預報的典型雨洪過程。選取2012年大洋河流域發生的實測洪水過程，其降雨特征由流域上游逐步向下游推進，主降雨帶主要集中在流域中游附近，前期影響雨量接近飽和狀態，洪水過程峰高量大，斷面以上平均降水量為235 mm，其前期基流為300 m3/s，實測斷面洪峰流量為8 010 m3/s，為有資料以來歷史洪水排位第2位。作為近年發生的大洪水，其降雨成因、分布類型及下墊面情況在今后一段時間能代表流域發生暴雨洪水的基本特征，可以作為降雨初期典型暴雨洪水的模板，用于初步估算未來可能發生的暴雨洪水情況，洪水模擬過程見表2。

表2 中，基流為模擬降雨前河流斷面流量；累計雨量為氣象預報雨量或未來可能發生雨量；凈雨量為此次模擬降雨量減去流域達到最大蓄水量的差值，此次單位線為3 h單位線過程。降雨過程為單位各時段凈雨推求的疊加過程，推求洪水過程為凈雨過程與基流的和。此次應用的2012年洪水單位線為44個時段，表2中省略了其它時段。根據流域降雨分布情況，也可選擇不同特征的單位線作為降雨模擬預報的洪水單位線。

表2 大洋河流域典型洪水單位線洪水估報計算表

3 降雨模擬預報應用與修正

一般根據氣象預報的降水量級、前期影響雨量情況、氣象預測降雨分布情況等因素，根據選取典型單位線進行降水典型過程分配[10]，可根據可能發生的不同降雨量級進行比例縮放，完成模擬計算，為簡化應用，對可能發生降雨分50，100，150，200 mm等量級定量模擬，并制作洪水估報成果，見表3，以便進行快速查算。

表3 大洋河沙里寨水文站降雨模擬洪水估報成果表

模擬預報計算完成后，要根據歷史實際發生的洪水情況進行比較分析，調整其不合理的預報值，如實際發生的2017年洪水，在下墊面土壤蓄水量接近70%，流域平均降雨量為220 mm的情況下，實測洪峰流量為7 960 m3/s，其模擬預報成果一般不能大于2012年土壤接近飽和、流域平均降雨量為250 mm、實測洪峰流量為8 010 m3/s的洪水。通過選取典型洪水模擬未來可能發生的洪水量級[11]，再通過歷史洪水進行比較調整，可有效提高其模擬預報精度[12]，通過實際運用此方法進行模擬預報，其精度在80%以上，有效提高了洪水預報的預警期，為防汛決策提供了時間保障，為后期洪水預報提供參考。

4 結論與建議

大洋河流域沙里寨站通過連續使用降雨洪水估報、流域精細化預報、實時滾動預報，實現了預見期提升到雨前24～48 h，實現了與氣象預報[13]同步預測發布，通過天氣預報與水文預報的有機結合，提高了水文預報的預警預見期，有效延長了防汛決策時間，實際應用過程中要注意以下幾點：

1）降雨成因及分布特征，是通過對大洋河流域歷史資料進行分析的，不同降雨類型、降雨特征、降雨分布區域等因素對同量級降雨產生的洪水洪峰過程有較大影響。

2）流域下墊面[14]主要是受流域前期蓄水量、河道前期基流等因素的影響[15]，要在降雨模擬洪水預報中充分考慮。

3）降雨模擬洪水估報為中長期洪水預報，要與歷史特別是臨近年份已經發生的暴雨洪水量級、成因進行充分比較分析后確定洪峰數值。