多元回归分析在镇龙站洪水预报中的应用
2016-08-23李必元
李必元
(南宁市水文水资源局,南宁 530001)
多元回归分析在镇龙站洪水预报中的应用
李必元
(南宁市水文水资源局,南宁 530001)
利用镇龙水文站已有的历史洪水数据,应用多元回归分析方法,研究出一套适用于镇龙水文站日常作业预报的预报公式,按《水文情报预报规范》SL250-2000技术要求评定,均达到甲级方案标准,其成果可作为镇龙水文站今后洪水预报方案,其方法可供同类型河流洪水预报参考。
镇龙水文站;多元回归;预报公式
1 流域概况
镇龙江为郁江左岸1级支流,发源于宾阳县黎明乡欧阳村望田屯东北方3km处,横县、宾阳、港北区交界的镇龙山(高程1 170m)以西400m处,西南流3km后,转向南流进入横县镇龙乡,经大站、那州、凤丹、可村折向东南流,经校椅镇六兰、临江村,云表乡宿龙、福塘村,云表乡驻地,旺庄、周朴村,于站圩村滩下屯汇入郁江,干流长83km,其中宾阳县境内5km,横县境内78km,平均坡降3.04‰,流域平均宽度7.4km,流域面积614km2,其中宾阳县境内12km2,港北区境内 32km2,横县境内 570km2,有向阳河和云表江2条支流,干、支流总长137.2km,河网密度0.224km/km2,年降水量1 400mm,年径流深约700mm。流域内有国家水文站——镇龙水文站。
2 镇龙水文站基本情况
镇龙水文站是镇龙江上游左岸的一个小河站。站址位于横县镇龙乡大田村,地理位置东经109°13′58.33″,北纬23°0′56.30″,断面以上流域面积为108km2(见图1)。
镇龙水文站建于1979年,1980年1月1日开始观测,测站以上干流长约25km,比降7.31‰;断面上游最大一级支流那歪河位于左岸,河长19.6km,流域面积46km2,比降8.62‰,那歪河最大支流为古楼河,河长6km,流域面积46km2,比降17.6‰;断面上游第二大一级支流为那州江,河长8.2km,流域面积11.8km2,比降11.6‰。
流域内布设有5个雨量站,测验河段顺直河段长500m,流速仪测流断面上游和下游约500m处都有急弯。河床为卵石,细沙组成,无水草。两岸为山地,河床局部有小沙滩,冲淤变化不明显。断面控制良好,河流终年畅流,无漫滩分流现象。
图1 镇龙水文站上游水系、站网分布图
3 流域气候特性
流域气候属副热带季风区,常年气温高,夏长冬短,少见冰雪,年平均温度21.5℃,相对湿度大,年平均相对湿度79%,日照长,年平均1 725h,雨量充沛,年平均雨量1 549mm,降水量年内分配不均匀,63%的雨量集中在5~8月,降雨特点:大致锋面雨多出现在5~6月,台风多出现于7~8月,切变线、低涡雨常出现在7月,局部性热雷雨多出现在夏季气温高湿度大日照强烈之日。锋面、低涡雨往往造成夏季连续性大雨或暴雨。
4 洪水特性
镇龙江是一条典型的山溪性河流,一般每年的10月至次年的4月份,径流量极小,日平均流量多在1m3/s以下,甚至近似干涸。主汛期洪水主要受锋面、西南低涡、台风、切变线及低压槽等天气系统综合影响或迭加影响造成,尤其是局部暴雨,往往会造成突发性山洪。同时,由于主河床坡降大,流域内一些小型水利工程在大洪水时没有起到调节作用。因此,洪水暴涨暴落,渲泄极快,最高水位与最大流量同时出现,洪峰持续时间大多只有20min左右。
根据该站1980~2013年实测资料统计,年最大流量在各月发生的频率见表1。
表1 镇龙水文站1980~2013年实测年最大流量在各月发生频率表
从表1可以看出,该站年最大流量最早发生在2月,但只出现一次,其频率甚小,主要出现在5~9月,频率达91.2%,明显5~9月是主汛期。
5 多元回归预报公式的分析与编制
5.1 方案编制资料情况
为了使所编制的洪峰预报方案具有较好的实用性,所选用的参数在今后的实际作业分析预报时要能够容易收集到。故此次预报方案编制所用资料均选取具有36年以上的资料整编站点,即镇龙水文站以及干江、那六、那歪、古楼4个雨量站。资料选取1980~2013年镇龙水文站洪峰水位在127.30m以上的洪水过程,且次洪变幅1m以上所有洪水,但由于1988~1996年部分降雨资料一时无法收集全,因此本方案仅选择1980~1987年及1997~2013年的洪水资料用于编制预报方案,共31场洪水,另2014~2015年,共38场洪水资料用于校核预报方案。
5.2 预报方法选用
由于镇龙站流域面积小,汇流时间短,一般降雨结束后1~2h即出现洪峰,而且流域内没有其他水文观测站。因此,镇龙站的洪峰只能利用镇龙站本身水位变化情况及上游的降雨情况进行预报。本次镇龙站预报方案就是应用多元回归分析方法,设法找出最能代表镇龙站洪峰水位与自身起涨水位及流域内4个雨量站降雨量之间的数学表达式。
5.3 技术线路
多元回归分析的基本思路是:虽然自变量和因变量之间没有严格的、确定性的函数关系,但可以设法找出最能代表它们之间关系的数学表达形式。技术线路为:
(1)确定几个特定的变量之间是否存在相关关系,如果存在的话,找出它们之间合适的数学表达式;
(2)根据一个或几个变量的值,预测或控制另一个变量的取值,并且可以知道这种预测或控制能达到什么样的精确度;
(3)进行因素分析。例如在对于共同影响一个变量的许多变量(因素)之间,找出哪些是重要因素,哪些是次要因素,这些因素之间又有什么关系等等。
5.4 预报方案的建立
根据镇龙站洪水成因分析,以镇龙站开始起涨时间为计算时刻,选取镇龙站起涨水位(Z镇龙起涨);干江、那歪、镇龙3个站在镇龙起涨前3h至降雨基本结束时段内的降雨:包括P干江、P那歪、P古楼、P镇龙;降雨历时T历时,T历时为镇龙站起涨前3h至降雨基本结束时段内每小时降雨量超过5mm的时段数。通过多元回归分析,得到以下镇龙站洪峰水位预报公式:
6 预报方案评定
按照水利部颁发的《水文情报预报规范》SL250 2000)进行评定,评定结果见表2。
表2 预报方案评定表
7 成果分析及合理性检查
本次所编制的镇龙水文站洪峰水位预报方案,使用的参数分别为:Z镇龙起涨、T历时、P干江、P那歪、P镇龙。各参数的物理意义为:
Z镇龙起涨反映镇龙站断面底水的大小,一般情况下,其它要素一确定,Z镇龙起涨越大,造成的镇龙站洪峰越高。T历时反映输入流域内的雨量强度,其它要素一确定,T历时越大,说明降雨强度越小,形成的镇龙站洪峰水位也越低,反之,T历时越小,说明降雨强度越大,形成的镇龙站洪峰水位也越高。各参数均有明确的物理意义,与镇龙站的洪峰水位密切相关,由这些参数推求得的预报方案是合理的。经用31场实测洪峰资料作检验预报计算和4场实测洪峰资料作校核预报计算,按《水文情报预报规范》SL250-2000技术要求评定,均达到甲级方案标准,故这套方案可用作作业预报方案。
8 注意事项
(1)方案中,如何判断降雨结束是个难题。因此,作业预报中一定要牢牢关注实时天气情况和降雨云系的走势,以便正确做出雨停判断;
(2)由于山区小河站都是陡涨陡落的洪水过程,从起涨到洪峰往往也就4~6h,长一点也就6~10h,预见期极短。因此,评差中允许误差直接采用次洪涨幅的0.3倍;
(3)降雨历时统计时,每小时降雨量超5mm即算1个历时,连续2h合计5~10mm也算一个历时,5mm以下不算历时数;
(4)镇龙水文站集水面积小,汇流快,水位陡涨陡落,预见期仅有2h左右。因此,实际作业预报中,以发布预警为宜。
9 结语
镇龙水文站是典型的山区性小河站,该站最初设站的主要目的是通过搜集暴雨洪水资料,分析本分类区的产汇流系数,为中小型水利工程和其他国民经济建设提供水文借鉴资料。由于镇龙站建站已有36年,收集的各类洪水要素资料也比较齐全,应用这些资料,通过研究镇龙水文站的洪水预方案,可以为区内同类型的河流预测预报提供很好的借鉴作用。
(责任编辑:周 群)
Application of multivariate regression analysis in flood forecasting of Zhenlong Hydrological Station
LI Bi-yuan
(Hydrology and Water Resources Bureau of Nanning City,Nanning 530001,China)
For Zhenlong Hydrological Station,the author studied the forecasting formulas suitable for daily predic⁃tion based on its historical flood data and with the multivariate regression analysis method,which all conform to the specifications for Grade A scheme in accordance with the Standard for hydrological information and hydrological forecasting(Standard No.:SL250-2000).The achievements of study can be used as the flood forecasting scheme of Zhenlong Hydrological Station and be reference for other similar rivers.
Zhenlong Hydrological Station;multivariate regression analysis;forecasting formula
P338
B
1003-1510(2016)05-0010-03
2016-01-09
李必元(1971-),男,广西桂林人,广西南宁市水文水资源局高级工程师,学士,主要从事水文情报预报及水文分析工作。