在妙水位站洪水预报影响因素初探

林展华

（广西沿海水文中心上思水文中心站，广西 上思 535500）

1 概况

上思县位于广西防城港市北部，县域南部为广西暴雨中心之一的十万大山暴雨带。明江是上思县内最大河流，发源于十万大山暴雨区，明江流域各支流大多是山区性河流，流域面积小，坡降陡，加上地形、植被的影响极易产生峰高量大、暴涨暴落的洪水。防城港市的主要灾害性天气为台风，以6～9月出现最多。平均每年有4次台风或热带气旋过程影响防城港市，由热带气旋带来的暴雨过程一般持续1～2 d，此类暴雨过程一般降雨强度大、范围广，常常使各河流同时出现较大洪水，此类洪水峰高量大，以单峰为主，历时3～5 d。上思县每年汛期主要受热带气旋带来的降雨天气系统的影响，暴雨洪水出现也主要是6～9月。明江流域洪水类型主要是暴雨型洪水，较大的洪水一般由热带气旋等天气系统引起，每年的7～8月是明江流域的主汛期和大汛期，该时段出现年最高水位的概率最大。在妙水位站为上思县明江流域下游重要的控制站，集水面积为1912 km2，在妙水位站上游5 km处建有平福电站，下游有宁明县的鸠鸪电站，由于在妙上、下游较近距离内均有水电站，故该站流量受水利工程影响，设为水位站。在妙水位站下游4 km为上思县重点防洪城镇在妙镇，目前，在妙镇还是一个不设堤防的集镇，因而该镇受明江洪水的影响较大。如2008年9月，上思县受台风“黑格比”的影响，普降暴雨，大部分乡镇遭遇洪水袭击，地处明江干流的在妙镇在洪灾中受损严重，大部分街道进水，民房受淹，在妙镇市场受淹水深约2.5 m，在妙镇初级中学淹深约1 m。据下游约20 km 的宁明县那堪水文站统计，2008年9月洪水为1964年建站以来次大洪水。在妙水位站作为上思县明江流域下游防汛抗洪的桥头堡，为上思县防汛抗灾提供快速、准确的水文情报。

2 在妙水位站洪水预报方案的原理

在妙水位站洪水预报方案现采用广西沿海水文中心上思县中心水文站编制的《上思县中心水文站洪水预警技术方案》，该方案主要基于相关分析法编制。由若干个随机变量来估计或预测另一个随机变量的期望值时建立的模型及所做的统计分析即相关分析。首先统计建站以来记录到的若干场洪水的次洪面降雨量P、降雨历时T、起涨水位Z起、同时水位Z同和涨幅等因素；再用电子表格函数linest 进行回归方程建立，取各次洪峰水位Z峰为因变量，相应的次洪面降雨量P、降雨历时T、起涨水位Z起、同时水位Z同等为自变量建立多元回归方程，采用最小二乘法原理拟合得出各自变量的系数，得到连续最大3 h降雨量的预报回归方程。在妙站从2017年开始编制多元回归预警方案，利用2015-2017年7场较大洪水资料初步建立了预报方程，此后适时对方案进行修订，不断增加方案的实测洪水资料，2019年汛后，再次对在妙站方案进行更新，使方案采用的洪水场次达16 场，修订后使用的方案为：

方案一：Z=-18.75+0.025P+0.287T-0.091Z起+1.240Z同

方案二：Z=-11.25+0.012P+0.458T+1.093Z起

在方案的实际应用中，根据水文平台的数据，快速统计好面降雨量、降雨历时、起涨水位和同时水位等相关参数，代入预报方程计算预警预报结果。

3 影响洪水预报精度因素的探讨

在妙水位站为近年新建的中小河流站，目前只有几年的水文资料，但该区域作为上思县重要防洪区域之一，水文情报对该区域的防洪减灾显得尤为重要。目前，在妙水位站根据近几年的水文资料建立的预警预报方案，但在方案实际的应用中发现洪水预报情况与洪水实际情况还有无规律的偏差现象，这不利于上思县内明江下游流域的防洪抗灾工作。为了更好地为当地政府部门提供快速准确的水文情报，做好防洪减灾工作，分析影响在妙水位站洪水预报精度的因素以提高在妙水位站的洪水预报精度，不断完善预警预报方案显得尤为迫切。

（1）雨量站点密度以及位置分布的合理性对面降雨量计算的影响。降雨量作为推算洪水的重要因子，对断面流域降雨量的推算准确与否将直接影响洪水预报的准确性。在妙水位站的洪水预报方程仅采用在妙断面流域内已有的那派、平福及在妙雨量站作为统计，且这3 个雨量站均布设在明江沿岸，属于沿江而下一线三点式分布。预报方案中即使将收集到的每场洪水的降雨历时和降雨强度都考虑进去，面雨量这一参数也由于雨量站点过少且分布位置不合理而存在未能更切近实际面雨量的问题。因此，在妙断面流域雨量站点密度以及位置分布的合理性对面降雨量计算的影响直接影响了预报结果的准确性。

（2）上、下游水电站的影响。在妙水位站上游5 km 处为平福电站，汛期无洪水时会正常排水发电，在明江流域将要发生暴雨洪水时，电站会提前排水以降低水位，如此一来电站对洪峰传播的减缓和削弱作用较明显，在妙站下游的鸠鸪电站对上游的壅水作用也影响了洪水的传播速度和洪水的涨幅。因此在妙站上、下游水电站都影响在妙站洪水预报的精度。

（3）起涨水位和同时水位参数的权重先后。在起涨阶段流量较小，起涨前期受平福电站影响较大，水位上升较慢，预报方程中，选用起涨水位作自变因素的预报方程不如选用同步水位作自变因素的预报方程得到预报效果好，这也说明由电站的影响起涨水位作自变参数时代表性较差。因而预报作业中对这两个因素的采用与否以及权重先后也会影响预报值。

（4）预报方案中未列入的其他因素。在妙站方案的建立是根据相关因素分析法推求预报回归方程，其他因素对各场次洪水传播的影响被假设为一样，但近年来明江流域下游的河床被无序地抽挖泥沙，使河流的各种水力要素有了不小的变化，如河道变深、阻水因素变小等，这使得现洪水传播时间发生变化。在妙站下游不远处为宁明县的鸠鸪电站，受电站壅水顶托的影响，在妙站以下河床泄洪将变缓，但在作业预报时，未考虑这一因素对洪水传播的影响。在洪水水文预报中，蓄满产流的雨量是一个不可忽视的因素，它的大小直接影响到流域产流量和汇流时间，即使降雨量相同，但流域前期干旱程度不同，那么流域产流量不同，出现的洪峰水位和相应流量也会有差异。在妙站的洪水预报回归方程中，没有考虑蓄满产流的雨量这一水文要素，而是忽略这一因素用同样的方法推算洪峰水位，因此也是预报情况与实际情况出现差异的原因之一，从而影响了洪水预报的精度。

4 各因素对预报精度的影响比较

通过上面的探讨，初步分析了影响在妙水位站洪水预报的各种因素，当然还可能有上文中未考虑到的因素。显然，在妙水位站用相关因素分析的方法建立洪水预报方案时，也存在较多无法量化的影响因素，这些无法量化的因素未能列入预报回归方程的因变量中。目前，因资料条件的限制，本文只定性地对各个影响在妙水位站洪水预报精度的因素进行简单的探讨，各个因素对该站洪水预报值的影响程度没有作量化分析，主要是由于在妙站目前收集到的洪水资料数量还不足以做出对各影响要素进行细致分析的统计和比较。洪水预警预报作业方案的建立技术要求高，目前根据回归方程建立的方案不一定适合在妙站的实际情况，在预报作业时也不应照搬预报方程，必须进行具体的、动态的分析，综合各因素考虑进行预警预报。

5 对广西沿海中小河流预警预报的几点建议

（1）广西沿海的中小河流站均是近年来的新建站，大部分站点建站以来发生洪水不多，洪水预报方案建立时可选择资料较少，很多站都没有高水位的洪峰进行验证，因此预警方案的建立不可一蹴而就，应不断完善和进化。

（2）中小河流站普遍有流域小，河长短、洪水变化快的特点，但也有其差异性，且水文预报具有高度的复杂性，在建立预警预报方案时，单一模型难以独自解决，应将多种方法联合，扬长避短，以达到更高的预报精度。如洪水资料场次较多，可采用不同水位级洪水分别建立方案，建立多套预报方案后进行适用性分析，用较为拟合该流域的方案作为主要的预报方案。

（3）中小河流站在建立洪水预报方案以及在使用方案作预报时，应充分考虑无法量化的影响因子，如流域类型、暴雨中心（或是否为全局性暴雨）、属于山区性河流还是平原地区河流等。在预报作业中考虑这些无法量化的因素，对预报值进行合理的调整。

（4）用近年的资料点绘新的水位流量关系曲线，以便对预报值进行参证性检验。