双超模型在东庄水文站控制流域洪水预报系统的应用

费晓轩

摘要：山西省东庄水文站控制流域地处半湿润半干旱地区，流域分南、北两支，流域洪水多为暴雨引发，但暴雨的分布不均匀，不同地区降水强度相差很大，径流形成机制较为复杂。文章收集了东庄水文站控制流域场次暴雨洪水资料，采用划分单元节点与双超模型相结合的预报方法，初步建立了控制流域洪水预报系统，并采用近年洪水进行了洪峰、洪量、峰现时间精度评定，取得了较好的效果。

关键词：半干旱;半湿润;单元;节点;双超模型

中图分类号：S914文献标志码：B

1流域概况

东庄水文站位于古县岳阳镇东庄村洪安涧河上，属黄河流域汾河水系，地理坐标为东经111°52′23″，北纬36°13′34″。该站集水面积987km2，断面以上主河道长度35km，主河道平均坡度11.6‰，主要支流有古县河和石壁河等，流域形状系数0.806。

该控制流域水文下垫面产流地类型共有7种，分别为变质岩灌丛山地18.8km2，占集水面积的1.9%;变质岩森林山地56.3km2，占集水面积的5.7%;黄土丘陵阶地282.3km2，占集水面积的28.6%;灰岩灌丛山地13.8km2，占集水面积的1.4%;灰岩森林山地156.9km2，占集水面积的15.9%;砂页岩灌丛山地356.3km2，占集水面积的36.1%;砂页岩森林山地102.6km2，占集水面积的10.4%。

东庄水文站控制流域内现有北节底、金堆、朱家窑和三合4处河道水位站，均为山洪站。流域内有25个雨量站，其中基本雨量站8个，中小河流雨量站5个，山洪雨量站12个。

2暴雨洪水特性

东庄水文站控制流域内降水受地形的影响很大，流域内平川少，山区多，7月～9月降雨量约占全年降雨量的60%左右，且多为暴雨。洪水主要由连续或短时强降雨诱发，且多为暴雨所致，多发生在7～8月份的主汛期。古县境内山洪灾害发生频次较高，是本县的主要自然灾害之一。历史上及建国后发生过多次大的山洪灾害。

光绪二十一年（1895）秋阴雨，倒房无数;光绪二十三年，农历五月大雨，涧水涨，伤人畜很多;民国二十二年（1933）农历六月大雨连绵，河洪为灾，冲没栏石桥牌坊一座，洪水冲走（姓黄夫妇）二人;1922年县城洪峰2350m3/s;1968年大雨，旧城南门外农田尽毁，城内段姓房屋塌，压死女孩2人;1975年北平镇黄家窑村蔺河流域局部暴雨，冲毁道路约80米，淹没农田40余亩;1988年7月，连日降大雨，境内公路遭到严重破坏;2003年4月17日，古阳镇江水平流域局部暴雨，江水平煤矿进水，损失惨重。2009年7月19日，全县境内普降大到暴雨，降雨量109.1mm，洪峰流量100m3/s，淹没农田130亩，房屋受损27间，桥梁受灾5座。2010年8月9日凌晨2：00时～3：00时，洪安涧河岳阳镇城关到下冶局部突降暴雨，42户150余口人家中进水，冲毁农田200余亩，损失惨重。

3预报系统编制方法

洪水预报系统的编制是根据已经发生或者可能发生的降雨、上游来水、土壤墒情等水文信息，采用适合该流域的模型或方法，对未来的水文要素進行预报，以便尽早采取可能措施，减少洪水灾害的一项工作。东庄水文站控制流域地处半湿润半干旱地区，流域分南、北两支，流域洪水多为暴雨引发，但暴雨的分布不均匀，不同地区降水强度相差很大。为了充分考虑暴雨分布不均以及不同地区产流条件的不同，该系统的建立采用分单元进行产汇流计算，节点之间流量进行河道演算，进而汇聚成东庄水文站出流过程的方法，使用东庄出口断面的洪水过程进行参数的率定。产流计算采用适用于半湿润半干旱地区的双超模型，由于各单元无实测水文资料，汇流计算采用综合瞬时单位线，河道演算采用SWAI 1模型。

在收集量算东庄流域土地利用、产汇流地类、河长比降及沿程断面特征的基础上，采用《山西省水文计算手册》计算双超模型、综合瞬时单位线、SWAI 1模型参数初值。通过实地调查走访流域植被、河道平整情况等，对参数初值进行适当的修正。

3.1资料情况

该预报系统所选用的资料，严格遵守《水文情报预报规范》（GB/T22482-2008）的要求，对选用的水文站点及雨量站点资料均经过审核，具有较高的可靠性。

该次收集的资料如下：

（1）东庄水文站建站至今的洪水要素摘录表，逐日平均流量表;

（2）永乐、高城、北平、金堆、凌云、多沟、下冶、东庄8处基本雨量站建站至今的降水量日表、降水量摘录表;

（3）中小河流雨量站、山洪雨量站建站的雨量资料;

（4）由于东庄水文站不观测蒸发，收集了赵城水文站建站至今的蒸发观测资料;

（4）东庄水文站所在流域1∶5万地形图，高精度DEM数据;

（5）东庄水文站所在流域小流域划分及土地利用成果。

3.2单元划分、节点选定

结合东庄流域1∶5万地形图、小流域划分成果、高精度DEM数据，综合考虑小流域特性相近、水系完整、暴雨特性差异不大的区域划分单元。充分运用流域内现有的水文雨量站网资料，通过水文比拟、暴雨面积加权等方法，尽可能地使每个单元都有代表性雨量资料。在北节底、金堆、朱家窑和三合4处河道水位站均划分了单元，方便结合水位站洪水数据对单元参数的进行修正;对于部分没有雨量站的单元选择临近有代表性的雨量站进行借用，该系统在东庄以上流域共划分17个单元。

为了反映流域的连通性，分析流域洪水来源，更好地方防洪减灾提供服务，在单元划分的基础上，进一步划分出14个结点，用以在预报系统编制中显示各结点的洪水信息。各单元划分情况见表1，图1;各单元地类情况见表2。

3.3预报系统说明

东庄水文站洪水预报系统中共有17个单元和14个节点，第1单元产汇流结果作为1001节点的流量过程;第2单元的产汇流结果作为1002节点的流量过程;1001节点流量通过河道演算与第3单元的产汇流结果叠加作为1003节点的流量过程;1002节点的流量通过河道演算与第4单元的产汇流结果叠加结果作为1004节点的流量过程;1003节点流量通过河道演算和1004节点流量叠加作为1005节点的流量过程;1005节点流量通过河道演算、第5单元的产汇流结果与第6单元的产汇流结果叠加作为1006节点的流量过程;1006节点流量通过河道演算与第7单元的产汇流结果叠加作为1007节点的流量过程;1007节点流量通过河道演算、第16单元的产汇流结果与第17单元的产汇流结果叠加1014节点的流量过程;第8单元的产汇流结果和第9单元的产汇流结果叠加作为1008节点流量过程;1008节点流量与第10单元的产汇流结果叠加作为1009节点的流量;第12单元的产汇流结果作为1010节点的流量过程。1010节点的流量通过河道演算与第13单元的产汇流结果叠加作为1011节点的流量过程。1009节点流量通过河道演算、1011节点流量与第11单元的产汇流结果叠加作为1012节点的流量过程。1012节点流量通过河道演算与第14单元的产汇流结果叠加作为1013节点的流量过程。1014节点流量通过河道演算、1013节点流量与第15单元的产汇流结果叠加作为出口断面的流量过程，即为东庄水文站流量过程。系统流程图见图2。

4参数率定与精度评定

预报系统的参数率定通过实地调查，根据各个参数的物理意义与取值范围，不断修正参数，模拟东庄出口断面的出流过程，与东庄出口断面的实测洪水过程相比较，直至二者较为接近，则参数为选用值。由于近年来煤矿开发、小流域治理、河道整治、城镇化建设等人类活动的影响，东庄所在流域下垫面发生了较大改变，早期的暴雨洪水资料很难较好的代表现状流域特性。同时，由于早期雨量资料观测段制较长，用于率定参数误差较大。

根据《水文情报预报规范》（GB/T22482-2008）的规定，洪水预报系统中要有足够代表性的场次洪水资料，湿润地区不少于50次，干旱地区不少于25次，当资料不足时，应使用所有的洪水资料。该次数据选取2000年之后的所有的洪水资料进行了参数的率定与精度评定。

4.1参数率定

以各模型参数的计算值作为初值，经过对各组参数反复调试，对比模拟洪水过程与实测过程，选取了一组较为适合各场次洪水预报的产汇流参数，作为东庄以上流域预报参数。由于洪水场次较少，需要在今后的实践中不断地修订。各场次洪水模拟对照图见图3～图6，产汇流参数见表3，河道演算参数见表4。

4.2精度评定

预报系统精度评定按《水文情报预报规范》（GB/T22482-2008）进行。利用2000年之后的4场洪水进行对洪峰、洪量及峰现时间进行了精度评定。其中，洪峰许可误差为实测洪峰的20%;洪量以实测值的20%作为许可误差;峰现时间以预报时间至实测洪峰出现时间的时距的30%作为许可误差，当许可误差小于3h，以3hrs作为许可误差。经统计，东庄水文站洪峰合格率为100%，洪量合格率为50%，峰现时间合格率为100%。东庄水文站洪峰、洪量精度评定见表5，峰现时间精度评定见表6。

由于东庄水文站可用于精度评定的洪水场次较少，率定的参数合理性需在以后不断的验证。待用于精度评定的场次洪水较多，统计预报方案的合格率及确定性系数，达到《水文情报预报规范》规定的等级标准时，方可进行作业预报。

5结语

5.1东庄水文站控制流域地处半湿润半干旱地区，流域分南、北两支，暴雨的分布不均勻，不同地区降水强度相差很大。采用分单元进行产汇流计算，节点之间流量进行河道演算，进而汇聚成东庄水文站出流过程的方法，充分考虑暴雨分布不均以及不同地区产流条件的不同，较为适合东庄水文站流域。

5.2由于可用于洪水预报系统参数率定及精度评定的场次洪水较少，系统参数的合理性需要今后不断的验证。

参考文献：（略）

Application of double hypermodel in flood prediction system of Dongzhuang Hydrological Station

Fei Xiaoxuan

（Linfen Hydrology and Water Resources Survey Station， Linfen 041000， Shanxi China）

Abstract：The watershed controlled by Dongzhuang Hydrological Station in Shanxi Province is located in the semi-humid and semi-arid region. The watershed is divided into south and north branches. Most of the floods in the watershed are caused by heavy rain， but the distribution of heavy rain is not uniform， and the precipitation intensity varies greatly in different regions.In this paper， the rainstorm and flood data of dongzhuang hydrological station are collected， and the flood prediction system of the control basin is preliminarily established by combining the prediction method of divided unit node and double supermodel， and the accuracy of flood peak， flood volume and peak time is evaluated by the floods in recent years， and good results are obtained.

Keywords：semi-arid;Half wet;Unit;Node;Double super model