江苏省中小河流预警指标确定方法研究

2017-01-20罗俐雅董家根司存友

治淮 2017年9期

罗俐雅董家根司存友

江苏省中小河流预警指标确定方法研究

罗俐雅董家根司存友

一、前言

我国幅员辽阔，流域面积100～1000km2的中小河流有5万多条，覆盖了85%的城镇及广大农村地区。但是，我国中小河流防洪标准普遍偏低，洪灾损失极为严重。据统计，一般年份中小河流的水灾损失占全国水灾总损失的70%～80%，近十年水灾造成的人员死亡中有2/3以上发生在中小河流。由于大部分中小河流站网偏稀，缺少必要的应急监测手段，预报方案不健全，加上中小河流源短流急，洪水具有强度大、历时短、难预报、难预防的特点，因此在很多地区中小河流无法进行洪水预报，只能预警。

中小河流水灾频发，洪灾损失严重，是造成人员伤亡的主要灾种。可见中小河流洪水预警预报作业是一项迫在眉睫、刻不容缓的工作。本文针对中小河流不能预报只能预警的情况，对预警指标的确定方法做了相关研究，以期为中小河流洪水灾害防治非工程措施建设等工作提供参考。

二、研究区域及数据来源

1.研究区域概况

江苏省是全国经济发达的省份之一，南邻上海、浙江，西接安徽，北毗山东，位于我国东部沿海中心地带，地处江、淮、沂、沭、泗五大江河尾闾，承受着上游近200万km2流域洪水过境入海，历来是“洪水走廊”。全省地处亚热带和暖温带过渡地带，南北气候差异较大，季风环流特征明显。多年平均降水量994.5mm，多年平均雨量等值线在700～1200mm之间，由南向北、西北方向递减。暴雨主要集中在汛期6～9月。从暴雨成因和洪涝灾害分析，前期（6月上旬～7月上旬）为梅雨，后期为台风暴雨；梅雨易引发流域性大水，台风暴雨一般是区域性大水的主要原因。另外，短历时雷暴雨，易造成小范围局部洪涝。

2.数据来源

江苏省205条中小河流212个断面预警指标确定方法研究的数据来源于以下几方面：各地市断面情况复核、前期调研、资料收集及整理分析。

具体包括对205条中小河流的基本信息、与周围已建站点的关系、所在区域的代表站点等做了梳理、修正和复核；进行了中小河流断面预警指标研究相关调研工作，全面了解各地区水文气象概况、典型洪水情况、局地暴雨情况、预警断面与周边已建站点的关系、闸门调度方案等情况；收集了各地市关于预警指标的已有研究成果，各地市的预案、方案，各工程的设计资料，水文、气象资料以及其他相关资料。

三、研究方法及实例

1.河道断面预警指标确定

（1）有历史系列资料河道预警断面

①已明确预警指标或已设有警戒水位的站点直接采用蓝色预警指标或警戒水位。

按照我国各地曾研究使用的通过年最高水位频率分析法确定警戒水位，警戒水位的频率上限为15.9%（即重现期为6.29年），下限为84.2%（即重现期为1.19年），由此警戒水位重现期范围可在1.2～6.3年。在实际应用过程中，还应综合考虑河道、圩区等工程的实际情况，堤防工程历史出险情况、洪水灾害可能造成的威胁以及成灾损失等综合分析确定。

②无警戒水位的断面

a.根据同一地区（或水系）警戒水位特性相似的原则，对于有历史水位系列资料的断面，参考周边有水力联系的站点的警戒水位或位于同一水系站点的警戒水位重现期，由本站水位频率分析成果反推预警水位。

江苏省宿迁市岔流新开河的预警指标即是根据同一水系沭阳站的警戒水位确定的。岔流新开河即原桐槐树水文站，位于沭阳站上游支流岔流新开河上约12km处，桐槐树站、沭阳站均具有长序列水位资料，且沭阳站已设警戒水位9.0m。因此，该断面的预警指标可通过两站高水位频率分析，结合沭阳站警戒水位确定。根据桐槐树水文站和沭阳站水位系列资料情况，取用1970～2011年共42年资料进行分析。沭阳站警戒水位为9.00m，相应重现期为1.8年，鉴于岔流新开河站（桐槐树水文站）与沭阳站属于同一水系且距离较近，因此，岔流新开河站预警水位重现期也选取1.8年，相应预警水位为10.61m，综合确定为10.60m。

b.若周边无可参考的具有警戒水位的站点，则根据小洪水定义，即重现期为2～5年的洪水，结合站点所在区域地理位置、工程防洪能力现状等情况确定适当的重现期对应的频率水位作为预警指标。

江苏省盐城市运棉河闸（上）的预警指标即是结合本地区其他站点警戒水位的重现期综合确定的。运棉河闸站属于国家基本站，具有较长系列水位观测资料，观测的水位资料具有可靠性和代表性，因此该站预警指标可根据运棉河闸长系列高水位频率分析。根据1980～2014年共35年运棉河闸（闸上）年最高水位频率分析成果，结合本地区射阳河、黄沙港沿线警戒水位重现期基本在1.3～1.6年左右，若运棉河闸预警水位重现期取1.5年，则对应的预警水位为1.30m。

（2）无历史系列资料河道预警断面

对于新建断面，由于没有历史系列资料，因此分析时结合断面所在区域的特点加以确定。

①平原河网区且与之有水力联系的水系上有已建站点的断面

如果新建断面同一水系或有水力联系的相邻水系上有已建站点，且具有长系列资料的，可通过新建站有资料以来与已建站同期水位对比分析，由已建站点警戒水位推求新建站点预警水位；若已建站点未设警戒水位，则可参考以上有资料断面预警指标确定办法，先求出已建站点的预警水位，再推求新建站点的预警水位。

江苏省盐城市刘咀站的预警指标是由已建站点（裴桥站）警戒水位推求出来的。刘咀水位站是射阳河上游支流杨集河的水位控制站，根据刘咀水位站的地理位置，该站与裴桥站地理位置相近，因此考虑结合刘咀站与裴桥站的水位关系和裴桥站水位预警指标综合确定其预警指标。

a.刘咀站与裴桥站水位关系分析

根据两站的资料序列情况，选择2013年汛期（5～9月）的水位数据资料，建立裴桥站与刘咀站水位关系，点群呈线性分布，相关性好，得出y=0.9578x，R2=0.99；y 代表裴桥站遥测水位，x代表刘咀站遥测水位。

b.水位预警值确定

根据以上两站水位相关性分析，刘咀站可以与裴桥站统一考虑确定预警指标。因此，刘咀站预警水位值确定为1.80m。

②平原河网区且与之有水力联系的水系上无已建站点的断面

如果新建断面同一水系或有水力联系的相邻水系上无已建站点，则可通过新建断面所在的河道工程设计或防洪预案、调度方案等相关资料确定其预警水位。河道设计标准通常分排涝设计标准、防洪设计标准，标准高低视当地保护对象等具体情况确定，一般可选取排涝设计水位作为中小河流断面预警指标；或者防洪预案中确定的启动Ⅳ级应急响应的水位；或者调度方案中确定的需要启动水闸排涝的水位等。

江苏省徐州市神山站的预警指标是参考其所在河流——黄墩河河道整治设计资料确定的。

神山站位于黄墩河上，下游汇入沭河。本断面可参考黄墩河河道整治设计资料确定其预警指标。黄墩河入沭河河口5年一遇水位为26.74m，20年一遇水位为28.29m。综上，神山站预警水位确定为5年一遇对应入沐河口水位，最终确定为26.7m。

③山丘区且同一水系上下游有已建站点的断面

对于山丘区，如果新建断面同一水系上、下游有已建站点的，可采用水面线推算或洪水演进等方法，由已建站点警戒水位推求新建断面预警水位。

④山丘区且同一水系上下游无已建站点的断面

对于山丘区，如果新建断面同一水系上、下游无已建站点的，则可通过新建断面所在的河道工程设计或防洪预案、调度方案等相关资料确定其预警水位。一般选取排涝设计水位作为中小河流断面预警指标；或者防洪预案中确定的启动Ⅳ级应急响应的水位；或者调度方案中确定的需要启动水闸排涝的水位等。

⑤山丘区小流域断面

对于流域面积小于500km2的独立区域，附近一定范围内没有已建站点，也没有工程设计、防洪预案、调度方案等相关资料，按照《山洪灾害分析评价方法指南》，则可采用当地不同频率短历时暴雨资料推算其雨量预警指标。根据小洪水定义，为安全起见，一般选取2年一遇最大6h雨量或2年一遇最大24h雨量作为中小河流断面预警指标。