上下游站流量相关法在清水河水情预警中的应用

【摘要】拦蓄河水的橡胶坝在增添景观的同时，也给防洪带来了难度。汛期，北方山区局部暴雨频繁，洪水陡涨陡落，短时间内出现的大洪峰对橡胶坝群危害极大，准确地预报出洪水到来的时间和量值，就成为防汛调度的关键。本文采用上下游站流量相关法进行预警，较好地解决了这一问题。

【关键词】水情预警；清水河；洪水传播时间；洪峰流量；橡胶坝

为了防御和减轻水旱灾害，及时掌握雨水情信息，并向公众发布，水情预警开始进入社会领域。北方山区性河流汛期的特点是汇流时间短，洪峰高，洪量小，洪水暴涨暴落，破坏性极大。传统的水文预报方法很难在短时间内准确地预报出山洪出现的时间和量值。本文对横穿张家口市的清水河水文资料进行分析，采用上下游站流量相关法推求出成果，对清水河橡胶坝洪水调度提供可靠的技术支撑，保障市区安全度汛。

一、基本情况

清水河位于海河流域永定河水系上游，发源于崇礼县桦皮岭南麓，是洋河的一条较大支流。流域内主要有东沟、正沟、西沟三条支流，三条支流汇合后称清水河，该河穿越张家口市区后注入洋河。

东沟设有崇礼水文站，位置在崇礼县城，集水面积430km2。水文站断面以上主河道长38.8km，流域狭长，河网密度大，地势北高南低，河道纵坡11.99‰。流域内植被好，两侧山坡有较大片森林，流域中主要由灌木、草皮覆盖，沿河河谷地带和山坡上均为农田，表层土壤覆盖较厚，中下游多为黄土，上游多为黑褐色壤土。由于流域面积小，纵比降大，流速急，因而产流快，但持续时间一般不长。

西沟设有啕来庙水文站，该站位于张家口市北部崇礼县高家营镇啕来庙大桥，为西沟控制站，集水面积706km2，流域成长条形。上游有山岔、圪料沟两支流于驿马图汇合，下游东侧有六间房沟于石嘴子流入主流，西侧有五十家子沟于下四杆旗以下约1 km处汇入主流。本沟属典型的山溪性河流，主河道长50.3 km，河道纵坡13.5‰，流域平均宽度14.1km。流域内荒山秃岭，植被很差，土壤为沙壤土、黄沙土、沙卵石，水土流失严重。河床坡度大，遇较大降水，尤其是暴雨极易产流，洪水来势凶猛，暴涨暴落，水土流失严重。

清水河设有张家口水文站，该站位于张家口市区北部，集水面积2300km2。断面以上主河道长92.3km，流域地势北高南低，河道纵坡9.54‰。该流域内东沟植被最好，正沟植被较差，只有幼林灌木散布在流域中，西沟植被最差，流域内无大的水利工程。雨洪特点是：暴雨时空分布不均，大暴雨和特大暴雨时有出现，洪水暴涨暴落，冲淤变化大。1984年6月爆发的两次大洪水，冲毁了房屋、土地，造成公路，通讯设施中断，给人民生命财产带来了很大损失。1975年8月12日实测最大流量2330m3/s。1979年6月29日实测最大含沙量1500kg/m3。

为了加强预警的及时性和准确性，增设了水情监测站5处，分别是西沟摆察、西沟啕北营、正沟红旗营、东沟、正沟汇合后的的三间房。本文采用了啕北营、三间房两处监测站点与3处水文站资料进行推算，分析出监测站点和清水河上游水文站至市区第一道橡胶坝洪水传播情况。

各站点距市区1#橡胶坝河道长度为：啕北营站13.6km，啕来庙站7.6 km，崇礼站51 km，三间房站26.2 km，张家口站2.3 km。

二、资料选定

啕来庙、崇礼、张家口3处水文站建站时间不一，啕来庙、崇礼两站60年代撤销，80年代恢复，为了便于比较和数据更接近于当前，3站选取的是80年代同时段的数据施测资料。首先，分析出以上两站洪峰到张家口站洪水传播时间、洪峰量值变化，做出成果。其次，将止的张家口站洪水传播依据传播速度按转换至市区1#橡胶坝位置处，求出啕来庙、崇礼站洪水至其传播时间、洪峰量值变化。再次，西沟分析延伸，将啕来庙站按速度、比例延长至啕北营站，求出啕北营、啕来庙两站至市区1#橡胶坝洪水传播时间，峰量变化数值。最后，东沟分析采用内插法，依据崇礼站资料，推算出三间房站数据，求出崇礼、三间房两站至市区1#橡胶坝洪水传播时间和峰量。

西沟：啕来庙、张家口站采用1984至2005年整编流量数据，选取流量大于100m3/s，相互对应的64次流量进行传播时间和量值变化分析。

东沟：崇礼站流域面积小，距离市区较远，出现大洪峰的情况很少，由于传播距离较远，小一些的洪峰张家口站基本显现不出来，故只选取了1984年6月12日、30日两场建站以来特大洪水与张家口站资料一并分析。6月12日洪水产生在东沟流域，30日洪水为东沟、正沟、西沟全部汇流，洪水次数虽少，但代表性很强。

6月12日洪水情况：暴雨集中在东沟流域，雨量大，产流快，暴雨过后，崇礼站出现了历史罕见的501m3/s洪峰流量，洪水到达清水河张家口站测验断面后，施测洪峰流量为320m3/s，洪水传播过程中，无支流加入。

6月30日洪水情况：这次降雨主要集中在清水河的东、西、正三沟上游接近坝头一带。暴雨笼罩面积比6月12日大，三条沟各有一个暴雨中心，西沟驿马图乡两间房村历时1小时30分调查雨量为410mm，三条沟均产生了大洪水，洪水到达张家口站测验断面后，出现了明显的3个大峰，洪峰叠加，峰量不好区分，但是传播时间还是很好界定的。

三、分析成果

清水河流域内的三条大沟对张家口市防洪影响以西沟为最大，该沟植被最差，降暴雨的几率大，汇流迅速，大多为超渗产流，产流量大，洪峰表现为峰高坡陡，产生的洪水距市区最近。位于西沟出口断面的啕来庙站大洪水资料丰富，系列完整，与下游张家口站资料有很好的对应关系，故本文重点分析了该沟洪水传播情况。

1#橡胶坝与啕北营流量关系y=1.27x

Y：1#橡胶坝流量（m3/s），x：啕北营流量（m3/s）

1#橡胶坝与啕来庙流量关系y=1.14x

Y：1#橡胶坝流量（m3/s），x：啕来庙流量（m3/s）

崇礼站至1#橡胶坝洪水传播时间分析：

共取得3组点据， 6月12日：⑴崇礼站20：13分，流量301m3/s，张家口站0：18分，流量177m3/s，⑵崇礼站20：27分，流量501流m3/s，张家口站6月13日1：15分，流量324m3/s； 6月30日：⑶崇礼水文站19：42分，流量309m3/s，张家口站23：18分，流量824m3/s（含西、正沟峰量）。

崇礼站6月12日至张家口300至500 m3/s流量传播时间在4.1至4.8小时，6月30日3.6小时，传播时间快是因为河槽已经过水浸润，损失较小的缘故。

据此推算崇礼至1#橡胶坝洪水传播时间为3.4至4.6小时之间，三间房至1#橡胶坝传播时间大约在2小时左右。

1#橡胶坝与崇礼流量关系近似为y=0.62x

Y：1#橡胶坝流量（m3/s），x：崇礼流量（m3/s）

1#橡胶坝与三间房流量关系近似为y=0.75x

Y：1#橡胶坝流量（m3/s），x：三间房流量（m3/s）

四、综合评价

在水情预警中，洪水预报是最常使用的方法。洪水预报大体可归为两大类：一类是河道洪水预报，如相应水位（流量）法。第二类方法是流域降雨径流（包括流域模型）法。由于近些年小流域治理，下垫面发生了较大变化，同样的降雨产流相差很大，甚至不产流，降雨径流相关法在清水河流域应用很不理想。用来在预警中应用危险系数很高。相比较来说，河道虽然也有变化，但是比起下垫面来，变化幅度还是比较小的。

本文对啕来庙和张家口站洪峰流量点距进行分析，20%以内外包线的点距占51.6%，25%以内外包线的点距占62.5%。依据已经发生过的洪水，采用上下游站流量相关法简单实用，可靠度较高，尤其是对预见期要求较高的情况下，预警起来速度快，也很直观。啕来庙至张家口站洪峰传播时间很短，计算精度已无实际意义，故不再进行计算。崇礼至张家口站点距少，洪水传播时间和峰量变化满足预警基本要求即可，也不计算精度。在现有条件下，该方法解决了清水河洪水预警问题，为清水河橡胶坝防汛调度提供了良好的技术依据，因此，是切合实际非常可行的。

参考文献：

[1] 相应流量预报方法探讨[J]. 林宗信.水利科技.2008（01） .

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[3] 近47年来降水变化和人类活动对滦河流域年径流量的影响[J]. 袁喆，杨志勇，董国强. 南水北调与水利科技. 2012（04）.

作者简介：韩涧峰，1962-，男，汉族，河北省张家口市，本科，正高级工程师，研究方向：水文水资源.郭如侠，1981-，女，汉族，河北省唐山市迁西县，本科，高级工程师，研究方向：水文情报预报及水情预警。