降雨径流相关法在金钱河南宽坪水文站洪水预报的应用

◎杨永平

降雨径流相关法在金钱河南宽坪水文站洪水预报的应用

◎杨永平

1 流域概况

1.1.自然地理特性

金钱河发源于秦岭南麓柞水县，自西北向东南流经柞水县、山阳县，于山阳县漫川关镇出陕西省进入湖北省。南宽坪水文站至河口距离97km。南宽坪断面以上有小河、马滩河、米粮川、青山河、三岔河、西河、县川河、北沟等支流，该流域地势西北高，东南低，流域狭长呈羽毛状，两岸支流分布不对称，北岸支流源远流长，南岸支流短小急促。流域内植被覆盖茂密，秦岭山地多为天然森林，土壤多为砂质土，利于下渗。

1.2.水文气象特性

南宽坪水文站以上控制流域属于北亚热带湿润气候区，降雨量受大气环流、纬度及地形影响，时空分布不均。流域按地貌主要以高山和峡谷交替为主，有少部分的河流阶地，流域多年平均降水量在750mm-800mm之间，7月～9月降水量占全年的50%以上。不同重现期洪水的洪峰流量：10年一遇洪水为2050m3/s，20年一遇洪水为2740m3/s，50年一遇洪水为3690m3/s，100年一遇洪水为4420m3/s。建站以来实测最大流量3830m3/s,发生于1998年8月15日，相当于50年一遇洪水。

2 预报站基本情况

南宽坪水文站位于商洛市山阳县南宽坪镇，东经109°54′，北纬33°18′。该站1959年1月设立，位于长江流域汉江上游水系金钱河干流上，集水面积3936km2，该站是汉江北岸区域代表站，同时也是金钱河流域的控制站。

金钱河南宽坪水文站上游在不同时间设有龚家坪、曹坪、张家坪、凤镇、黑山街、小河、山阳、户家垣、米粮、板岩、南宽坪等11处雨量站，目前这11处雨量站均为报汛雨量站。用泰森多边形法划分的各站控制流域面积及权重见表2.1；区间雨量站网统计表见表2.2。

3 资料情况

3.1 资料的选用

据资料显示，1980年之前，南宽坪上游有6处雨量站，站网分布不均匀，从1980年后增加到11处，故编制南宽坪水文站预报方案采用南宽坪上游雨量站相对较多的1980年～2011年间共32年的降雨径流资料。其中，方案编制资料系列

表2 .1南宽坪站以上流域雨量站控制流域面积及汇流距离统计表

表2 .2南宽坪站流域以上区间雨量站网统计表

资料年限选用资料条件总场次500≤Q＜1000洪水场次实测最大流量（m3/s）1000≤Q＜2000Q≥2000 1980—2008 Q南≥50032151343830

表3.1编制预报方案历史资料情况统计表为1980年～2008年，2009年～2011年作为方案检验资料系列。预报方案中的洪水场次是南宽坪水文站洪峰流量大于500m3/s作为选取标准，共选取了1980年～2008年32场配套洪水资料作为建立方案的依据。

3.2 资料的三性分析

3.2.1 资料的可靠性

南宽坪水文站为国家基本水文站,所选洪水资料按水文资料整编规范整编的，资料成果经过各级水文部门进行审查、审定，并进行了刊印，资料是可靠的。

3.2.2 资料的一致性

金钱河上游山岭纵横，河谷幽深，人口稀少。受自然地理条件限制，本流域内社会经济发展缓慢，虽有飞播造林、退耕还林的措施，使得植被有所改善，但总体来说对下垫面的影响不大。南宽坪站1980年～2011年的资料，涉及上游的水利工程只有影响很小的薛家沟水库一座。资料系列具有一致性。3.2.3资料的代表性

在这32场洪水中不仅包括了不同类型的暴雨所形成的大、中、小洪水；也包括了不同季节的洪水，因而资料具有代表性。选用资料情况见表3.1。

4 预报方案的建立

4.1 预报方法的选取

采用南宽坪站净峰流量和该流域的前期影响雨量Pa与流域平均降雨量P之和，并以流域降雨中心位置、雨强作为参数建立P+Pa～Q净相关关系；再以净峰流量Q净和洪峰滞时τ，以降雨中心位置作参数建立Q净～τ相关关系。

表5 .1预报项目精度等级表

表5 .3南宽坪洪水预报方案评定结果表

表5 .4南宽坪站洪水预报方案精度检验结果表

4.2 建立预报方案的方法原理

本预报方案采用降雨径流相关法制作预报。建立降雨与净峰、净峰与洪峰滞时的经验相关图。根据前期影响雨量Pa和流域平均降雨雨量P与Q净关系，以流域降雨中心位置和雨强i为参数来预报出净峰流量Q净。Q净=f(P+Pa，降雨中心位置，i)用净)峰流量Q净，以流域降雨中心位置为参数，预报出洪峰滞时τ。

τ=f(Q净，降雨中心位置)。降雨径流相关图涉及要素有:前期影响雨量Pa、流域平均降雨量P、次洪的净峰流量Q净、降雨中心位置、洪峰滞时τ等。

4.3 方案的合理性分析

通过对关系曲线进行的分析，本方案相关关系合理，具有降雨径流预报规律。精度按照《水文情报预报规范》（SL250-2000）评定为“乙”等方案。

4.4 方案的预见期

金钱河属于山溪性河流。河床比降大，汇流时间短，从降雨中心到出现大于500m3/s的洪峰流量的时间在3h～18h之间，如果出现全流域降雨，雨强小于2.5mm/h时洪峰滞时一般在8h～18h之间；当暴雨中心在中游洪峰滞时一般在3h～13h之间，受雨强的影响较大；如果暴雨中心在下游，洪峰滞时一般在3h～7h。本方案的预见期3h～12h。

5 方案的评定与检验

5.1 预报方案精度评定与检验依据

根据《水文情报预报规范》（GB/T22482-2008GB）的规定，用许可误差法进行误差评定。

①许可误差计算

洪峰流量采用预见期内实测洪水流量变幅的20%作为许可误差；峰现时间预报以降雨中心时间至实测洪峰出现时间之间时距的30%作为许可误差，当许可误差小于3h，则以3h作为许可误差。

②预报项目精度评定规定

一次预报的误差小于许可误差时，为合格预报。合格预报次数与预报总次数之比的百分数为合格率，表示多次预报总体的精度水平。合格率按下列公式计算：

式中：QR——合格率；

n——合格预报次数；

m——预报总次数。

预报项目的精度按合格率大小分为三个等级。精度等级规定见表5.1。5.2方案的评定与检验

洪峰流量及洪峰出现时间均按许可误差法进行评定，各次洪水评定结果见附表2-1。按照评定结果进行统计，得到南宽坪站预报方案总体评定结果，见表5.3。

（3）方案的检验结果及结论

使用2009～2011年4场洪水进行方案的精度检验,各次洪水精度检验情况见附表3，洪峰流量和峰现时间检验结果见表5.4。

由检验表可知，4次洪水洪峰合格率75%，为乙等；洪峰出现时间合格率100%，为甲等；方案检验精度指标优于评定指标。根据《水文情报预报规范》（GB/T22482-2008 GB）的规定方案总体等级为乙等，综合以上评定情况，本方案可以用于发布正式预报。陕西水利

（责任编辑：王剑）

◆作者系商洛水文水资源勘测局工程师，水电水利工程建筑专业二级建造师。