大洋河沙里寨水文站洪峰流量预报方法研究

2013-02-28张青山任海青

东北水利水电 2013年5期

张青山，任海青，张宁

（辽宁省水文水资源勘测局丹东分局，辽宁丹东 118000）

0 引言

大洋河是丹东地区主要河流，发源于鞍山市岫岩县偏岭乡阔树岭山脉唐帽山，全长201.7 km，流域总面积6208 km2。主要支流有雅河、哨子河、亮子河、土牛河、小洋河等。流域呈扇形形状，流域内山峰林立，丘陵起伏，扇形的地形容易造成洪水集中，形成暴涨暴落的洪峰，因此大洋河洪水有汇流时间短，来势迅猛之特点。

沙里寨水文站是大洋河的控制站，控制面积4810 km2，河长157 km，距河口距离44.7 km，河道比降0.14%。1957年6月开始实测流量，历史上该断面发生较大洪水有3次，1888年8月调查最高洪水位104.79 m，推算洪峰流量15600 m3/s；1937年8月6日的调查最高洪水位102.93 m，推算洪峰流量11800 m3/s；1960年8月4日洪水实测最高洪水位102.83 m，推算最大洪峰流量12900 m3/s。该站断面处两岸皆高山，河道顺直，河床为细沙，具备了高洪测流的条件。断面以上800 m左侧有支流亮子河汇入，由于受洪水涨落率及鸳鸯河来水混合影响，断面极不稳定，水位流量关系曲线呈绳套型。大洋河上游有岫岩水文站控制，控制面积908 km2，距沙里寨站72.46 km，洪峰传播时间在7 h左右。支流哨子河有文家街水文站控制，控制面积2131 km2，距沙里寨站26.1 km，洪峰传播时间仅2 h左右，沙里寨站以下16.34 km处有龙王庙水位站（汛期），属洋河闸站管理。沙里寨站以上设8处遥测雨量站。

1 预报方法现状

目前该站常用的预报方案主要是基于一定理论基础的经验性预报方法。其方法为产流量预报中的降雨径流相关图是在分析暴雨径流形成机制基础上，利用统计相关的一种图解分析法；汇流预报则是应用汇流理论为基础的汇流曲线，用单位线法对洪水汇流过程进行预报；或者对某些条件加以简化求解等。近年来随着实时联机降雨径流预报系统的建立和发展，电子计算机的应用，以及暴雨洪水产流和汇流理论研究的进展，提高了暴雨洪水预报的速度。

2 现有方案的缺陷

大量的人类活动改变了大洋河流域洪水的天然流态，增加了预报的复杂性及准确性，其原因：1）由于过度砍伐、放牧、农耕使流域植被情况发生改变，直接造成下垫面的蓄水能力降低，改变了原有产汇流规律；2）由于在河道干支流上修建水利工程、河道整治工程、景观工程等，在一定程度上缩窄了河道，降低了河道槽蓄能力，抬高了水位，改变了通过各种水文要素的观测探求到的水文自然规律，破坏了原有水文资料的一致性和代表性，使水文现象发生变化。洪水预报是运用历史水文资料应用水文学等原理，对江河及水利工程控制断面的洪水的洪峰流量、水位、洪峰出现时间和洪水过程，进行科学的分析和历史经验的总结而形成的。洪水预报的可靠性取决于预报方案编制中使用的水文资料的质量和代表性，人类活动破坏了原有水文资料的一致性和代表性，必然对预报结果产生一定影响。

3 大洋河防汛要求

大洋河流域是鞍山与丹东地区的防汛重点，尤其下游区是丹东市的防汛的重点，其防洪要求是：确保下游两岸114 km设计标准为20年一遇河堤安全度汛；确保凤城市的沙里寨、蓝旗、东港市的龙王庙、小甸子、黄土坎、孤山、新立等乡12533.33 hm2水、旱田，15000多居民的生命财产安全。特别是龙王庙险区，历年来是丹东的防洪重点地区之一。

4 净雨净雨历时洪峰流量三相关关系的建立

近些年来，局部暴雨洪水在丹东地区是经常发生的，通常是由较强的天气系统所造成，具有明显的突发性，很容易引发局地性暴雨、山洪、泥石流等。如何利用气象信息提早预报，增加预见期，提前应对突发的水文事件是当前的一个紧要课题；另外在洪水作业预报中，由于大洋河暴雨洪水的复杂性和特殊性，需要利用多种预报手段进行作业预报，并对各种预报结果进行综合分析、对比和优选，提高预报精度。

水文要素的变化是受流域内的降雨等气象因素而制约的，降雨、径流、蒸发、流域蓄水组成了水量平衡，在下垫面条件变化不大时，流域的蓄水量上限是个定值，而降雨前的蓄水量大小可用P

a来量化，而径流的变化主要取决于降雨量与蒸发量的变化，对于一场暴雨洪水，其雨间蒸发量相对较少，然而降雨就是影响径流的主要因素，对于一个流域，降雨量、降雨历时以及空间分布就决定了所产生径流的大小。由于大洋河是一个扇形分布流域，雨区的空间分布对径流的影响远比降雨历时的长短对径流的影响要小。分析降雨历时对洪峰流量的影响是本文要解决的问题。

沙里寨水文站有50余年的流量实测资料，从其中筛选了15次较大洪水进行统计，统计参数包括洪峰流量、净雨（径流深）、净雨历时等，见表1。

表1中，洪峰流量为断面实测值；净峰流量为洪峰流量减去基流；净雨（径流深）为降雨量减去当时流域Pa值；降雨历时为净雨（径流深）大于等于5.0 mm过程时间，首尾时段净雨量小于5.0 mm的只计净雨量，不计历时。

以雨量（径流深）为纵坐标，净峰流量为横坐标，以净雨历时为参数点绘关系点据，分别绘制净雨历时为 6，9，12，15，18，21，24，27，30 h 的关系线，见图1。

表1 大洋河沙里寨站径流深—净雨历时—洪峰流量统计表

图1 径流深—净雨历时—瓣峰流量三相关图

由图1可知，1）同一个降雨所产生的流量的大小是随着降雨历时的长短而变化的，历时越短其流量越大；2）同一个流量所需要的降雨也是随着降雨历时的长短而变化的，历时越长所需要的降雨量越大。

5 三相关图的应用

在实际应用中把查图得到的净峰流量加上流量起涨前的基流就是要发生的洪峰流量预报值。其应用范围为：1）降雨未发生时可根据气象预报及当前流域Pa情况推算相关值进行洪峰预报（估报）；2）降雨已经发生时可根据降雨量、当前Pa及降雨历时进行洪峰预报；3）此图适用于连续性产生5.0 mm以上净雨造成的洪峰；4）对于洪峰出现时间可根据降雨上中下游分布情况来确定，时间基本在15～20 h，也可以采用汇流预报中的单位线来推求。