都柳江洪水传播时间分析

2015-03-06陈晓兵石宏辉古书鸿杨胜忠

中低纬山地气象 2015年3期

关键词：榕江从江洪峰

黄馗，陈晓兵，石宏辉，古书鸿，杨胜忠

(1. 广西电网电力调度控制中心，广西南宁 530023；2.贵州省黔东南自治州气象局，贵州凯里 556000)

都柳江洪水传播时间分析

黄馗1，陈晓兵1，石宏辉2，古书鸿2，杨胜忠2

(1. 广西电网电力调度控制中心，广西南宁 530023；2.贵州省黔东南自治州气象局，贵州凯里 556000)

基于都柳江流域水位监测资料，开展了洪水传播时间分析。结果显示，电站水库对洪水传播时间具有明显影响；在不受电站水库影响情况下，干流站点间水位和传播时间有显著的相关性。基于水位观测资料，能够建立站点间洪水传播时间和上游站水位的关系模型，并由此推算出洪水传播时间。

都柳江；洪水传播；水位；洪峰

1 引言

开展洪水传播预测预报时必须进行洪水传播时间分析。河道洪水传播时间与水位落差、流量大小、洪水的平均速度、河道形状、坡降、长度等有关[1-9]，此外水库、电站等也对洪水传播造成重要影响。开展都柳江干流洪水传播时间分析，能够有助于了解洪水的传播过程，为下游防汛抗灾和水电调度，特别是对下游麻石电站的发电调度具有重要的参考作用。本研究基于都柳江流域干流上的水位监测资料，开展了站点间水位和传播时间相关分析，建立了洪水传播时间和上游洪峰水位的关系，并将研究结果应用于洪水传播预报工作中。

2 研究区域概况

都柳江发源于贵州省独山县，流域涉及独山、三都、丹寨、雷山、榕江、从江、黎平、三江等8县，八洛河口以上流域总面积约10 803.1 km2。干流经过独山、三都、榕江、从江、三江县后汇入融江。都柳江众多的支流发源于雷公山南侧和月亮山脉，其中，发源于雷公山的较大支流有丹寨的排调河、榕江的平江河和寨蒿河，发源于月亮山脉的较大支流有榕江的牛长河、黎平的双江河以及从江的宰便河、平正河、雍里河和八洛河等。

都柳江流域属于亚热带湿润季风气候区，雨热同季，降水充沛，多年平均降水量在1 100～1 400 mm之间，降水主要集中5—8月，雷公山、月亮山为都柳江流域的两个暴雨中心，夏季多暴雨洪涝。都柳江夏季平均流量最大，冬季春季最小，其中以6月最大、7月次之、5月第3、8月第4，1月最小。

目前，贵州境内都柳江干流梯级电站有三都电站、榕江红岩电站、永福电站，此外，从江电站和大融电站正在建设中。支流中型以上电站水库有丹寨排调河的码头电站、马颈坳电站、榕江平江河平江电站、料里电站、乐乡电站、黎平双江电站、从江倍雷电站、四寨河电站、雍里电站、独洞水库等。

3 资料和方法

都柳江水位监测资料来源于黔东南州气象局。2011年以来，黔东南州气象局在都柳江流域建立了21个暴雨山洪监测站，其中8个位于都柳江干流，依次为三都县猴场、榕江县兴华、定威、八开、榕江、从江县腊娥、从江和八洛，其中猴场、八洛为2014年10月新建站。暴雨山洪监测站的建设实现了对监测点水位相对高度的自动监测。

选取都柳江干流水位观测资料，采用相关分析法和最小二乘法等，分析都柳江洪水传播时间，建立洪水传播时间和水位的关系模型。

4 结果分析

4.1 洪水峰值传播分析

基于水位监测资料，能够实时了解都柳江流域各站点水位状况。以2014年11月2—4日洪水过程为例(图2)，对比各站水位变化可以看出，腊娥、从江、八洛3站的水位变化均反映了此次洪水过程中，有4次洪峰过境，但洪峰水位以及出现时间有一定差异，即洪水波相位存在时间差。水位变化过程，能客观反映洪水过程，可应用洪峰水位代表洪峰过程。

图1 都柳江暴雨山洪站分布图

图2 2014年11月2—4日腊娥、从江、八洛水位变化图

4.2 洪水传播时间分析

基于洪水过程洪峰水位及出现时间，推算了站点间洪水传播时间。基于上游站水位资料和洪水传播至下游站的时间，能够建立站点间水位和洪水传播时间的关系。表1列出了2011—2014年部分洪水个例中洪水过程峰值及时间记录数据。

表1 洪水过程峰值水位及传播时间表

备注： “——”为缺测

八开至榕江河段和榕江至腊娥河段，由于分别受到红岩电站和永福电站的影响，相邻站点间洪峰水位以及洪水传播时间与上游站水位的相关性均较差(图5)，电站水库对洪水的调节影响不可忽视。如8月12日和9月18日，八开水位分别为0.78 m和0.73 m，洪水传播至榕江分别需要3.3 h和3.2 h；在8月12日洪水有效补充水库库容基础上，8月13日八开水位为0.72 m与8月12日0.78 m接近，但洪水传播时间仅1.8 h。由此可见，水库调蓄作用对洪水传播的影响所在。只有当水库库容较满，上游水位较高、流量较大，水库不蓄水，洪峰能直接通过时，水库对洪水传播时间的影响才能忽略不计。

图3 腊娥站与从江站洪峰水位关系图

图4 洪水传播时间与水位关系图(腊娥—从江)

图5 洪水传播时间与水位关系图(榕江—腊娥)

腊娥至从江段，资料相对完整，且不受电站影响。相关性分析显示，腊娥站和从江站洪峰水位具有极显著的相关性(R=0.999 3)(图3)。洪水自腊娥传播至从江的时间，与腊娥水位也具有极显著相关性(R=0.88)(图4)。因此，可基于上游洪水峰值水位预测下游洪水峰值水位及传播时间。

从图4可以看出，洪水传播过程中，洪峰水位越高，传播时间越短，反之越长，二者可以用对数曲线模拟。剔除水库对洪水传播时间影响较大的个例，可计算得到不同河段洪水传播时间与上游站水位的关系(表2)。

表2 站点间洪水传播时间与洪峰水位关系表

备注：T为洪水传播时间(h)，x为起点站洪峰水位(m)；*为通过α=0.05的显著性检验，**为通过α=0.01的显著性检验。

4.3 洪水传播时间预测检验

从江至八洛、良口(麻石水库库尾)段，目前均没有梯级电站的影响，且河道坡降率也比较均匀，可以认为流速与腊娥至从江段一致，结合站点间河段长度，可以推算得到下游洪水传播时间。

腊娥至从江河段长度约40 km，则该河段平均流速为：

V=40/(-2.025 9Ln(x)+6.477 8)

(1)

其中V为流速(km/h)，x为腊娥站洪峰水位(m)。

从江以下河段洪水传播时间为：

T=S/V=S/(40/(-2.025 9Ln(x)+6.477 8))

(2)

其中T为洪水自腊娥站传播至下游的时间(h)，S为腊娥至下游站点间的河段长度(km)，x为腊娥站洪峰水位(m)。

八洛站自2014年10月建成以来，为从江下游段洪水传播时间监测提供了重要的支撑。2014年11月2日，都柳江流域出现较强降雨天气过程，干流各监测站监测到了相应洪峰变化(图1)。

腊娥至八洛河段长度约70 km。根据公式(2)分别计算了2014年11月2—4日洪水自腊娥传播至从江和八洛的传播时间(表3)。

表3 2014年11月2—4日洪水传播时间监测与预测时间对比表

结果显示，一次洪水过程存在多次洪峰，不同洪峰即使洪峰水位相同，洪水传播时间也存在差异。4次洪峰预测时间与实际传播时间相近，误差普遍在20 min以内。最大误差是初次洪峰传播至八洛，较实际时间提前1.8 h，这与时值枯水期，初次洪峰过程时洪水需先填充河道才能继续往下传播，从而减缓了洪水传播速度等因素有关。预测洪水传播至八洛站，4次洪峰传播时间预测误差越来越小。因此，基于上游水位预测下游洪水传播时间的方法可应用于对洪水传播的预测中，但需进一步综合考虑洪水过程中的洪峰次数等多种因素。