受径流影响下的感潮河段洪水预报新方法研究

张青山，汤玉福,任海青

（1.辽宁省丹东水文局,辽宁 丹东118001；2.辽宁省营口水文局，辽宁 营口115000）

1 概 述

坐落于鸭绿江右岸的丹东市区，每年汛期是该地区被关注的防汛重点河段，洪水径流与潮汐的共同作用造成了洪水预报的复杂性，如何充分考虑径流对潮汐的影响，找出径流增量与潮汐变化之间的关系，对潮汐预报进行修正，可大大提高预报精度。由于洪水预报的需要，本文主要分析径流对高潮潮水位的影响关系。

丹东潮水位站为鸭绿江下游出口控制站，处于丹东市区的感潮河段。该站上游28 km处有荒沟水文站。荒沟水文站至丹东潮水位站区间有较大支流爱河汇入，爱河下游有梨树沟水文站控制，该站距丹东站35 km。上述两站至丹东站的洪水传播时间均在4 h左右。

以往鸭绿江丹东站潮汐预报是采用国家海洋局刊布的潮汐表对潮位、高潮、低潮以及出现时间等进行预报。由于径流年际间、洪枯季差别较大，根据有限年资料推算的潮汐调和常数具有一定的局限性，存在着较大误差，误差的主要来源是径流的非恒定性以及分析资料的代表性。图1中绘有2010年8—9月丹东站高潮潮位过程线，由图1可见，实际发生潮位与潮汐预报潮位差别很大；另外图2绘有丹东潮位站多年各月平均流量与该站对应月平均高潮潮位相关图（其中平均量为荒沟、梨树沟水位站流量合成）。由图2可见两者存在着趋势上的对应关系。如何量化由于上游径流所形成的高潮潮位差值（即潮位增量），用此增量来修正潮汐预报是本文要研究的方法之一。筛选分析潮汐变化的不同时期及径流量对其影响程度的不同情况，建立上游径流与下游丹东站洪峰水位的多相关模型，直接进行洪峰水位预报是本文的方法二。

2 径流与高潮潮位增量△Z相关

2.1 Qt～△Z相关关系的建立

高潮潮位增量△Z是指洪水期实际发生的高潮潮位与潮汐预报值的水位差。

即△Z=Z1-Z2。

式中：Z1为实际发生潮水位；Z2为潮汐预报潮水位。从历年大洪水资料中选取了37个点据，并分别计算△Z值，以上游4 h时的（洪水传播时间为4 h）荒沟水文站与梨树沟水位站的合成流量与丹东站高潮潮位增量△Z建立相关关系，见图3。由图3可见，上游径流与潮位增量△Z关系很好，潮位增量是随着径流的增加而增加。相关方程为：△Z=0.000 18Qt+0.039 8。式中Qt为上游t时刻径流，以流量表示，其值是荒沟、梨树沟两站前推4 h时的合成流量。

图2 丹东站多年月平均流量与月平均高潮潮位相关图

图3 荒沟、梨树沟合成流量与丹东站高潮潮水位增量相关图

2.2 预报潮位的校正

实际作业预报中，可根据丹东站高潮潮位出现的时间推算前4 h的荒沟水文站与梨树沟水文站的合成流量作为Qt用相关方程式计算潮位增量△Z值，潮位增量△Z加上潮汐预报高潮潮位即为修正后预报高潮潮水位。即Z=Zt+△Z，式中Zt为潮汐预报中丹东高潮潮水位。也可根据上游荒沟或梨树沟水文站其中之一出现的洪峰流量与另一个站的同时流量叠加作为Qt计算潮位增量△Z值，推算4 h后可能与丹东站高潮相遇潮位进行校正预报。

为了验证方法的实用性，对丹东站2010年8月高潮潮位进行校正计算，并点绘丹东潮位站同时段实际发生的、校正后的以及潮汐预报的高潮潮水位进行过程对比，见图1。从图1可看出，修正后的潮位与实际发生的潮位吻合度很好，其精度分析结果见表1。从图表可看出，校正后的潮水位计算精度得到了明显的提高。

表1 丹东站校正前后水位预报精度统计表

3 丹东站洪峰水位与上游站合成流量相关

3.1 相关关系的模型建立

由于丹东站水位变化的因素比较复杂，造成丹东站洪峰水位与上游站合成流量关系的非单一性，如何从诸多不同影响因素中分别筛选出相同类型资料进行统计相关，是该方法的基本思路。预报模型是采用统计分析的黑箱模型，理论函数关系式为：

式中：Qt——上游荒沟水文站与梨树沟水文站t时刻合成流量；Zt+i——丹东潮位站t+i时刻的相应水位；i——合成流量从上游站传播到下游站所需时间，一般为4 h。

选用荒沟、梨树沟、丹东站的近50次较大的水位及流量系列资料进行模拟,根据荒沟、梨树沟水文站及区间来水合成流量、天文大潮（活汛）、小潮（死汛）出现情况与丹东潮位站洪峰水位的相关关系分4种情况定了5条线，见图4。

图4 丹东站洪峰水位预报相关图

3.2 洪水预报模型的应用

在实施洪水预报时，根据洪水及潮水不同情况选用对应的相关线进行预报：

1）支流爱河来水为主（梨树沟洪峰流量大于荒沟站同时流量）查L1线；

2）干流来水为主，且处于死汛小潮期（农历每月7—14日、22—27日）查L2—L3线间；

3）干流来水为主，且处于活汛大潮期（农历每月1—6日、15—21日、28—30日）查L3—L4线间；

4）当台风在鸭绿江口或附近登陆时查L5线。

3.3 洪水预报模型应用实例

2010年丹东鸭绿江发生多次大洪水，其中在8月21日丹东潮水位站出现了有资料记载以来的第二大洪水。根据上游合成流量、农历潮期、采用模型L2—L3线间预报丹东潮水位站在21日10时（洪水传播时间4 h）可能出现7.40 m洪峰水位。实际出现时间为21日9时30分，洪峰水位为7.38 m，两者相差仅0.02 m，预报准确。

4 结 语

以上所分析研究的两种感潮河段潮汐预报方法具有物理意义明确、易操作、快捷、精度高的特点，可作为定量数值预报。在实时预报中也可根据上游降雨，水丰水库泄流情况预先做出荒沟站及梨树沟站洪峰预报，根据上游预报结果进行丹东站预报，可大大提高预见期。鉴于河口地区具有的普遍性，本文方法可供其它感潮河段潮位预报参考。

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