中小河流預警預報經驗公式研究
——以大肚川鎮水文站為例

李禹君

(黑龍江省水文水資源中心牡丹江分中心，黑龍江 牡丹江 157000)

1 中小河流預警預報研究現狀

中小河流指流域面積在200-3000km2之間的河流，因為流域面積小，災害突發性強，資料年限短，坡陡匯流快，預見期短，預報預警難度較大，因此中小河流洪水災害已經成為我國嚴重的自然災害之一[1]。

盡管國內外已經逐步開展中小河流預警預報的研究，但就目前而言，中小河流洪水特點的研究成果仍較少，缺乏有效的預報預警手段。目前國內外針對于中小河流預警主要集中在中小河流洪水形成機理、洪水預報模型、缺資料中小河流水文模型參數確定等方面[2]。

常見的方法有臨界雨量的預警方法、基于降雨徑流的定量預警方法、基于上游控制站監測預報方法，文章根據降雨徑流的定量方法，以大肚川鎮水文站為例，將面平均雨量、降雨歷時作為輸入因素，提出快捷方便的預警預報經驗公式，以達到小流域快速準確預警預報的效果。

2 大肚川鎮水文站基本情況及洪水情況

大肚川鎮水文站位于黑龍江省東寧市大肚川鎮大肚川村，地理坐標E131°03′57.7"、N43°56′56.1"，該站始建于2016年6月，集水面積578km2，是佛爺溝河下游控制站，是中小河流專用站。防汛服務的主要對象是大肚川鎮，大肚川鎮地處東寧市南，距東寧市16km。

通過對大肚川鎮水文站2017—2019年洪水資料整理發現，其峰現時間多在6h以內，水位變幅在0.5-2.0m之間，流量變幅在40-220m3/s之間，受面平均雨量與降雨歷時影響較大，大肚川鎮水文站洪水場次情況表，見表1。

表1 大肚川鎮洪水場次情況表

3 經驗公式的提出與使用

陳凱在《原區中小河流洪峰流量計算方法研究》中，提到了綜合單位線法、推理公式法、洪峰流量經驗公式法三種方法[3]。其中洪峰流量經驗公式法指通過實測洪水資料進行歸納總結，直接反映洪峰流量與影響因素之間的經驗關系，并選取了區域特征參數、流域面積等因素作為輸入參數。最直接影響洪峰流量主要的因素有面平均降雨量、降雨歷時兩個因素。其中面平均降雨量與場次洪水的流量漲幅成正比例關系，降雨歷時與場次洪水的流量漲幅成反向關系，非反比例關系。因此根據上述關系擬定其數學表達式及意義如下：

(1)

式中：△Q為流量變幅，m3/s；P為面平均降雨量，mm；T為降雨歷時，h；a為經驗系數；b為降雨歷時敏感度削弱系數；c為降雨歷時權重系數。

通過遺傳算法迭代率定分析計算，檢驗結果列于大肚川鎮站擬合度檢驗和系數表中。由表2可知，復相關系數R為0.956，確定性系數R2為0.914，說明經驗公式代表性較好；經驗系數a為0.246、降雨歷時敏感度削弱系數b為20.77、降雨歷時權重系數c為83.22，得出大肚川鎮站流量漲幅方程式為：

表2 大肚川鎮站擬合度檢驗和系數表

(2)

根據已選取的大肚川鎮站2017-2019年5場次洪水要素數據，把各場次洪水的面平均雨量和降雨歷時代經驗公式，計算出相應場次洪水流量漲幅估算值，并繪制流量漲幅實測值與估算值擬合曲線圖，由圖1可見，實測值與估算值擬合度良好。

圖1 大肚川鎮站流量漲幅實測值與估算值擬合曲線圖

根據已經率定的經驗公式，繪制大肚川鎮站流量漲幅統計表，根據本站底水和斷面基本情況等情況，得出結論流量漲幅達到190m3/s時，該站達到警戒水位，并在統計表中標出，由于篇幅有限，僅展示5小時以內統計表，見表3。

表3 大肚川鎮站流量漲幅統計表

4 經驗公式優缺點及改進方向

在挑選的各場洪水中，經驗公式基本能滿足預警預報的精度要求。在防汛預警過程中，該公式僅需要兩個最直接明了的輸入因素，可以達到快速、準確的預警預報效果，當然也仍然存在某些方面的問題。例如適用條件比較苛刻，適用于1000km2以內流域面積的控制站；沒有考慮流域的調蓄作用，因此也無法適用于受水利工程影響嚴重的河流；只能推求最大洪峰流量，無法推求洪峰準確時間。由于該站建站時間較短，資料嚴重不足，因此未考慮降雨前期土壤蓄水量大小，將全部場次洪水放在一起率定，若資料充足，可考慮根據土壤蓄水量進行洪水進行分類迭代率定分析計算，亦可將土壤蓄水量因素融入經驗公式中。