汤旺河凌汛洪水特征分析及预报方法探讨

刘丙贺，雷 庆，田长涛

(伊春水文局，黑龙江伊春153000)

冰情是指河流、水库(湖泊)冬季从出现浮冰、形成冰盖至冰的消融全过程的水文情势［1］。寒带地区河流春季冰雪融化，解冻开河，经常出现凌汛。凌汛是河道里的冰凌对水流的阻力作用而引起的一种涨水现象，洪水历时较短，水量较封冻期明显增大。凌汛期冰凌不仅直接影响到冬季的航运、交通、给排水等水利工程建设事业;而且当冰凌严重阻塞河道形成冰坝时，会导致凌洪泛滥成灾，给人民生命财产带来重大损失。汤旺河地处高寒地带，河流封冻期长，凌汛期在部分河段经常会不同程度地发生冰塞、冰坝等阻水现象，极易产生险情。近几年来随着气温、人类活动、河床冲淤等流域环境的变化，使得凌汛的威胁不仅依然存在，而且使易发生凌汛灾害的河段有所增加，影响范围日渐扩大。因此，加强对冰凌洪水的研究，做好凌汛期洪水预报，为当地防凌、防汛提供及时准确的信息服务，是水文工作者的一项重要任务。

1 冰情特征和凌汛洪水灾害成因

1.1 冰情特征简介

汤旺河为松花江下游左岸一级支流，流域面积20 557 km2，地域属亚寒带气候特征。河流发源于小兴安岭北部主脉的563高地南麓，由西北向东南贯穿小兴安岭腹地，河流全长465 km，流域海拔平均高程约400 m，为典型的山溪性河流。由于流域处于中高纬度地区，受气候影响，河流每年出现明显的冰情现象。河流初冰日期上游在10月中旬，下游在10月下旬;封河日期上游为11月上旬，下游为11月中旬;凌汛开始日期上游一般在4月下旬，下游为4月中旬;全年封冻天数上游约为167 d，下游约为155 d，全年流冰(流凌)期约15 d，实测最大面积流冰块长70 m，宽30 m，冰速1.20 m/s。稳定封冻期最大河心冰厚上游为1.21 m，下游为1.11 m。

1.2 凌汛洪水类型与成因分析

凌汛期产生的洪水一般可分为3种类型，即融冰洪水、冰塞洪水和冰坝洪水。融冰洪水一般是因上游河段河水溶解，槽蓄水量释放，引起沿程凌峰不断增大而形成的洪水。由于这种洪水是河水自行解体，所以洪水规模一般较小。冰塞洪水是指冰花和碎冰堵塞冰盖下的过水断面，使上游水位雍高而形成的洪水。冰坝洪水是河道形成冰坝以后，严重阻塞河道过水断面，使上游水位抬高而形成的洪水。冰塞和冰坝洪水的大小主要取决于冰塞程度和冰坝体积的大小以及维持时间的长短。一般来讲冰塞洪水历时较长，冰坝洪水涨率较大。概括地说，凌汛期灾害性洪水成因主要有以下两个方面:

1)气温的作用:在由南向北流动的河流，由于河段上下游纬度的差异，开河时上游段对比下游段气温偏高，由于上游冰层溶解较快，下游冰层溶解较慢，下游河段就有可能出现来水量过大无法及时下泄，而在部分河段出现冰塞或冰坝的现象，俗称“武开河”。汤旺河由北部高纬度区流向南部低纬度区，解冻期下游气温略高于上游气温，河流总体解冻趋势是下游区早于上游区。因“武开河”导致凌汛灾害发生几率较小。

2)河道形态的作用:河道的宽窄变化程度，纵比降的陡缓，弯曲半径的大小以及河道内阻水建筑物等在凌汛期都对水流有一定的影响。河道内如存在多处上宽下窄的形态，就容易引起槽蓄水量的上多下少和排洪能力的上大下小，河水极易遇阻成灾。在河道的浅滩地段，较大冰块可能叉至河底，拦截了冰水去路，逐渐堆积形成冰塞甚至冰坝，导致洪水漫溢成灾。汤旺河河床坡降和河道弯曲系数都较大，河床平均坡降为1.07‰，河道弯曲系数为1.90。河道内多分布河心岛、浅滩、急弯狭窄河段和阻水建筑物。河道平均河宽约200 m，狭窄处不足100 m。当较大体积密集流冰在通过形似“L”、“s”型弯道、浅滩或河心岛时极易发生卡冰现象从而堵塞整个河道。总体上看，河道形态是导致汤旺河凌汛洪水灾害的主因。

2 凌汛洪水预报模型建立方法

汤旺河在每年11月～翌年3月这一时期进入枯水期。冬季由于河流封冻，径流靠地下水补给，4月以后气温明显升高，流域积雪融化和河网储冰解冻形成凌汛，流量显著增大，形成每年一次的凌汛洪水，有时凌汛期最高水位即为全年最高水位。由于河流冰情现象的复杂性和冰情观测资料的限制加上预报要素与预报因子之间并无确定的函数关系，所以冰情和凌汛预报主要采用经验相关分析方法和统计回归分析方法。本文采用建立线性回归方程模型法来预报凌汛洪水，模型法预报结果唯一，实用性强，易于更新，避免了经验相关法因人而异、主观性强、相关因子较少和数据点据不能及时更新等弊端。模型参数选择，实例拟合、试报结果及方法检验评定为:

凌汛洪水一般与河段前期蓄水量、开河时上游来水、融雪径流以及开河形势有关［1］。根据汤旺河干流晨明站1977～2000年冰期实测数据，经过试算筛选，最终选用历年3月份平均流量(x1i)、封冻期降水量累计值(x2i)、封冻期最大河心冰厚(x3i)、气温转正后至开始流凌时段内平均气温(x4i)等4项相关参数(各参数项之间的相关系数见表1)与实测凌汛最高水位(Hi)建立线性相关关系，组成预报方程模型:

表1 模型参数间相关系数统计表

式中:a、b、c、d 为方程系数，e为常数项，i表示年份。按照拟合系列数据误差平方和最小为控制标准，率定出方程系数和常数项，得到预报方程为:

利用该方程对2001～2006各年份进行了检验，历史拟合与检验结果见表2。凌汛洪水预报采用参加拟合与检验正确的点据占总点据数比例的百分数作为合格率，对于预报要素因子属数值类型的预报方案取预报要素在预见期内实测变幅的25%作为允许误差标准。由表2可见，在31个点据中，合格点据有19个，合格率为61.2%，符合丙级预报方案标准。

表2 汤旺河晨明站凌汛最高水位预报模型历史拟合与检验精度统计表

3 结语

利用历年实测资料选用相关因子建立凌汛洪水预报方程模型，即考虑了洪水过程的物理成因基础又摆脱了经验相关图的束缚，体现了现代洪水预报技术的特点，对防凌、防汛降低凌汛灾害有一定的参考价值。由于凌汛洪水成因复杂，影响因素较多，因资料获取范围和理论认识深度限制，模型参数间相关性不明显，相关系数较低，预报检验精度较低，还有待进一步研究和改进。由于河道形态是导致汤旺河凌汛洪水灾害的主因，因此建议在做好凌汛洪水预报的基础上，采取必要的疏通河道，减少天然和人为阻水障碍物，增建必要的防凌堤防等工程措施，从根本上防范凌汛洪水的侵害。

［1］李慧珑.水文预报［M］.北京:水利电力出版社，1993.