相应水位法在努敏河洪水预报中的应用

苏　醒

(黑龙江省绥化水文局，黑龙江 绥化 152000)

相应水位法在努敏河洪水预报中的应用

苏醒

(黑龙江省绥化水文局，黑龙江 绥化 152000)

摘要：相应水位预报是根据天然河道里洪水波运动原理，分析洪水波在运动过程中，洪水波上任一位相的水位自上断面传播到下断面时的相应水位及其传播速度的变化规律，寻求其经验关系，据以进行预报的一种简便方法。文章介绍了呼兰河支流努敏河的流域特性及水文气象特征及相应水位法在努敏河洪水预报中的应用，分析了预报中应注意的问题，从而提高了工作效率和预报精度。

关键词：努敏河；相应水位；预报；水文气象特征

水文预报是根据水文现象及要素所遵循的内在规律，对其变化和演进进行预测的一门自然科学。而相应水位法则是河道洪水预报中应用最早、最为广泛的预报方法之一。河段上、下游断面上同位相的水位称为相应水位，当洪水来临时，其沿河道会自上而下出现水位(流量)的涨落变化。同一场洪水，河道上、下游站的洪水过程一般是相应的，上游过程同位相的水位在下游都会相应出现，且在下游的出现时间迟于上游。利用这个特点，掌握洪水在河道中运动的规律，就可以根据上游已出现的水位(流量)预报下游未来的水位(流量)[1]。

本文通过对努敏河资料的分析整理，发现四海店站与四方台站水位关系型很好，适合建立相应水位法预报模型，从而解决了努敏河下游四方台站受地理条件影响，单位线、新安江预报模型等预报方法预报精度低，不能满足水文预报精度的问题，实现了对四方台站洪峰水位的预报。

1流域特性

努敏河为呼兰河支流，全长约265 km，流域面积5388 km2，其在阁山以上属于山区、半山区，四海店至四方台区间地势为丘陵地区。流域上游六棵松、义气松、跃进一带为呼兰河流域暴雨区

之一。地下水埋层较浅，水量丰富，主要支流有克音河、义气松河、八道河、大鸡爪河、西北河、四道河、二道河、七道河。

努敏河较容易出现锋面降雨，特别是冷锋降雨出现频次较高。由于地形抬升作用或热力对流作用的降雨，一般多伴随天气系统降雨同时发生。年均日照时数为2600～2800 h，无霜期105～125 d，多年平均年降水量522.9 mm[2]。年最大降水量发生在1994年为851.1 mm，年最小年降水量仅为373.6 mm(1975年)，相差2.3倍。降水量主要集中在7、8月份，历年最大月降水量318.5 mm(1997年8月)，历年最大日降水量138.6 mm(1994年6月25日)。

以努敏河下游四方台站为例，根据历史文献、洪水调查和实测资料统计分析，1911—2014年104 a间，排名前五位洪水分别在1911年、1914年、1924年、1961年、1960年。以1911年调查值为最大，各次大洪水基本都是干、支流全面涨水。

四方台站最大洪峰集中出现在主汛期7—9月，尤以7、8月份出现年最大洪峰的概率为最大，达62.0%。因为努敏河上游属于山区、半山区，中下游流域属于丘陵区，所以因汇流时间不同，出现复式洪峰的概率较大。努敏河流域干流控制站情况见表1。

表1　努敏河流域干流控制站情况表

2洪水预报

努敏河流域四海店站以上属于山区、半山区，而四海店至四方台区间流域属于丘陵地区，这种地形使用单位线、新安江模型效果不是特别好。同时其区间没有支流汇入，也没有较大的水利工程，上游四海店站洪水位对下游四方台水文站形成洪峰影响相对较大。

2.1预报的原理

相应水位预报，就是用已知上游断面的水位，预报一定时间后下游断面的水位。

设在某一不太长的河段中，上、下游两站间距为L，t时刻的上游站流量为Q上t，经过传播时间τ后，下站的流量为Q下t+τ，若无旁侧入流，两者的关系为：

(1)

式中：ΔQL为上、下游站相应流量的差值，称为洪水波展开量，m3/s，它将随上、下站流量的大小和附加比降的不同而不同。

如在τ时间内，河段间的区间入流在下断面t+τ时刻形成的流量为q，则:

(2)

式(2)是河道相应水位预报的基本依据[3]。河段上、下站相应水位过程线见图1。

图1　河段上、下站相应水位过程线

由图1可知，上游四海店站洪峰越高，则下游四方台站相应的洪峰水位越高，洪水出槽前后时传播时间较长。从图1看这些规律显然是合理的，其预报关系式为：

(3)

2.2预报方案的制定及使用

我们常用到的相应水位预报按其流域特性不同可分为相应水位法和合成流量法。相应水位法主要是应用在无支流地区，合成流量法则应用在有支流汇入河段[4]。四方台站属于河道站，其上游184 km处有四海店水位站，两站之间无较大支流汇入，影响洪水波传播的因素较为单一，所以用相应水位法预报四方台站洪峰水位比较适合。

(1)资料收集。四海店水位站建于1998年位于努敏河中游，四方台水文站建于1975年，属于努敏河下游控制站，由于四海店站建站较四方台站晚，所以资料选取从1998年开始,在17 a连续的实测水文资料中，选取四海店水位站13次洪峰水位和四方台水文站洪峰水位进行了统计分析，统计分析结果见表2。

(2)四海店～四方台站相关性分析。从表1可以看出，在努敏河上有两个水位站，分别是西北河站和四海店站，由于西北河站距离四方台站较远，且区间内有支流汇入。所以不适合建立相应水位预报模型。而四海店～四方台站则不同，两站之间几乎不受水库调洪影响，其间无支流汇入，洪水传播时间一般在67个小时左右，上下游水位相关性良好，可建立四海店与四方台站洪峰水位关系对四方台站的洪水位进行预报，再通过四方台站的水位流量关系预报四方台站的洪峰流量。

(3)预报方案的编制及使用。通过表2的数据建立四海店～四方台站洪峰水位及传播时间关系曲线图，见图2，其中的传播时间关系曲线是根据河段上游四海店水位站、下游四方台水文站实测水位过程，摘录相应的洪峰水位值及其出现时间(见表2)计算而来。

表2　四海店站～四方台站相应洪峰水位及传播时间表

我们假设四海店水位站在t时刻出现洪峰水位为97.50 m，通过曲线图2可知，在66个小时后四方台站的洪峰水位值为152.80 m，再利用图3四方台站水位流量关系曲线查得预报洪峰流量约为255 m3/s。

图2　四海店～四方台站洪峰水位及传播时间关系曲线图

图3　四方台站水位流量关系曲线图

2.3预报结果评定

根据GB/T 22482-2008《水文情报预报规范》6.5.5中的规定，进行预报精度评定[5]。四海店至四方台水文站上、下游相应水位法统计表中共13个点距，合格10个，方案的合格率为76.9%，其属于85.0>QR≥70.0范围之内，其预报精度等级为乙级。

2.4突出点子分析

本次预报的突出点是由于来水峰型不同或者河槽“底水”不同，导致四海店站至四方台站之间河段比降发生变化，影响到传播时间和四方台站水位的预报，要适时的加入下游四方台站的同时间水位(或流量)做参数，以提高预报精度。

3结语

本文以努敏河下游四方台站为代表，介绍了相应水位法在努敏河洪水预报中的应用，并详细地分析了努敏河流域的水文气象特征、洪水特征及流域概况，讲述了相应水位法的原理、应用时的步骤与重点，对预报结果进行了评定。由于努敏河上游四海店水位站建站较晚，所以预报点据比较少，在应用的过程中要引起注意。对暴雨的组成、特点做全面的分析，相互比较进行洪水预报。

随着科技的创新、预报技术的发展，水文数据的不断完善，我们会通过进一步的摸索，采取更加科学有效的预报方法，不断地完善相应水位法在努敏河上的应用，为抗洪抢险、安全渡汛做出应有的贡献。

参考文献：

[1]包为民.水文预报[M].北京：中国水利水电出版社,1979.

[2]刘伟利，王宝禄.努敏河流域水文特性分析[J].水利科技与经济，2010，16(2)：1399.

[3]长江水利委员会.水文预报方法[M].北京：水利电力出版社，1979.

[4]方思和.浅谈相应水位法在洪水预报中的应用[J].广西水利水电，2009(1)：40-42.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验总局，中国国家标准管理委员会.水文情报预报规范：GB/T 22482-2008[S].北京：中国标准出版社，2009.

Application of corresponding water level method in flood forecasting of Numin River

SU Xing

(SuihuaHydrologyBureauofHeilongjiangProvince,Suihua152000,China)

Abstract：Corresponding water level forecasting is a simple method to analyze the change law of corresponding water level and its propagation velocity when the water level on any phase of flood wave propagating from the upper cross section to the next section, to seeking the empirical correlations in the movement process of flood wave according to the principle of flood wave movement in natural river. This paper introduced the basin characteristics and hydrogeological characteristics of Numin River, and the application of corresponding water level method in Numin River flood forecasting, analyzed the problems needing attention in forecasting, thus impoved the working efficiency and forecasting accuracy.

Key words：Numin River; corresponding water level; forecast; hydrometeorological characteristics

作者简介：苏醒(1984-)，男，工程师，从事水文预报工作。

中图分类号：P456.7;P338

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)04-0020-04