牡丹江区域中小河流水文站洪水相关影响因素分析

孙冰心

(黑龙江省水文水资源中心牡丹江分中心，黑龙江 牡丹江 157000)

1 铁岭河镇站水文站

铁岭河镇水文站始于2016年，是牡丹江水文水资源中心管辖区内的中小型河流水文监控网络系统工程的一个全新建站。铁岭河镇水文站位于牡丹江市阳明区铁岭河镇,集水面积373km2。本站横断面布置在牡丹江右岸第一级支流铁岭河下游的河段。该河起源于大顶子山，分水岭最高处位于海拔高程817.3m，流经牡丹江市磨刀石镇，在牡丹江市铁岭镇北部汇入牡丹江，本站上游65m处有座公路桥，桥上游20m有一支流苇子沟汇入。铁岭河在基下2.9km处汇入牡丹江。本站距离牡丹江市14km。

牡丹江流域的季风气候主要由位于太平洋东北季风及位于西伯利亚地区的高温低气压季风控制,夏季炎热、多风少雨,冬季严寒干旱。汛期时的洪水大多数情况是由于各地受南下而来的两股台风、低气压共同形成合并的气流影响,造成了一场集中性特大暴雨,从而在此降雨过程中也就形成了较大的汛期洪水。

该站由于地处中国东亚型副热带湿润季风气候地区,春秋两季时间短促,冬夏两季时间分明。具有夏季日照充足,气候多变转化多端的边缘地理位置等气候特点,春秋秋冬时节多于季风,气候湿润,年月份平均月高最低气温一般控制为3.6℃,1月份最高平均气温-14.8℃,7月平均最低气温22.2℃。由于该站常年受到强烈的东北季风天气影响,因此该站以西南偏西偏北风向的季节天气为主,年平均风速为2.5m/s。

该站洪水为典型的雨洪径流，年最高峰集中发生于汛期6-9月,尤以6、7、8月份最为集中。洪水的过程大部分均为单式洪峰,洪峰的停留时间通常控制在约30min，涨、落水的历时都相对短,峰型也相对较瘦。

2 铁岭河镇洪水情况

2.1 场次洪水情况

通过对铁岭河镇2017—2020年洪水资料整理发现，其峰现时间多在2h以内，符合中和河流峰现时间短的特点。而其涨洪历时一般也≤6h，水位变幅多为1m以上，甚至接近3m，铁岭河镇洪水场次情况表，见表1。

表1 铁岭河镇洪水场次情况表

通过表1可看出2017年7月19日的场次洪水暴雨中心为三里地村，其降雨历时为5.5h，面雨量达到65.3mm，雨强为11.9mm/h，水位变幅达2.72m，流量变幅198m3/s，涨洪历时为5.8h；另一场暴雨中心为团山子村的2018年6月28 日的场次洪水，降雨历时3.5h，面雨量为21.5mm，雨强为6.1mm/h，水位变幅达到了1.46m，流量变幅达87.6m3/s，涨洪历时3.4h； 2019年8月29日的场次洪水，降雨历时6h，面雨量15.4mm，雨强为2.6mm/h，水位变幅0.86m，流量变幅达33m3/s，涨洪历时5.4h；2020年9月3日的场次洪水暴雨中心为富强五队，其降雨历时2h，面雨量为18.6mm，雨强为9.3mm/h，水位变幅达到了1.92m，流量变幅达137.5m3/s，涨洪历时3.5h。 通过以上场次洪水情况可以基本看出本站的洪水特点为起涨历时短，水位及流量变幅大，雨强对其影响较为明显。

2.2 部分时段降雨量柱状图及相应场次洪水水位过程线

通过雨量柱状图同降雨过程线对应可看出，在不同暴雨中心的情况下，水位均有较大变幅，可见本站洪水情况与降雨中心位置基本无关，而不同年份的场次洪水对比中可看出，在面雨量相近的情况下，由于雨强的影响，水位变幅和流量变幅均出现较大变化，由此可知，雨强对本站的洪水情况影响较大。而在雨强相差不多时，较大的面雨量使得本站洪水发生较大变化，也可以得知，面雨量对该站的洪水情况影响较大。

图1 铁岭河镇2017.07.19时段降雨量柱状图

图2 铁岭河镇2017.07.19水位过程线

图3 铁岭河镇2018.06.28时段降雨量柱状图

图4 铁岭河镇2018.06.28水位过程线

图5 铁岭河镇2020.09.03时段降雨量柱状图

图6 铁岭河镇2020.09.03水位过程线

3 现阶段中小河流预报情况

防洪抗旱减灾工作开展过程中,中小河流洪水预报预警是一项不可或缺的重要工作内容,但在实施的过程中也有着诸多的困难和问题。中小河流大多缺少防洪标准,防洪监控体系的完善性不足,而随着现阶段中小河流洪灾频繁发生,市区防洪措施要求增加,构建中小河流预报和警戒体系意义重大,这对中国区域内部的人民群众生命安全与财产安全都具有十分重要的防御和控制作用。

中小河流的洪水预报对时效性具有较高的要求,一般来说中小河流的洪水预报采用的时效性方法主要包括有单位线、新安江模型、分布式水文预报模型等,预测洪水灾害的时效性方法虽然很多,但是应用在中小河流上的预测却往往很难取得良好的时效。洪水灾害预报的精确性不高,这就成为目前中国中小型河流地区进行洪水灾害预报和监测所面临的一个普遍性问题。目前,牡丹江市中小型河流地区发生的洪水灾害预报和防汛工作还存在以下几个难点:

1)中小河流水文监测站点建成时间短，资料积累不足。牡丹江市小河流专用水文站、水位站、雨量站2016年投入使用，运行时间较短，经历洪水次数少，导致洪水预报方案制作所需必要数据不足，短期内无法建立较高精度的预报方案。

2)实测流量数据少，获得洪峰流量难度较大。中小河流水文监测站目前普遍采用无人值守与巡测结合的测验方式，监测站点与勘测队距离一般较远，中小河流暴涨暴落，涨洪历时较短，一场洪水过程中，水位监测采用遥测技术，能监测洪水全部涨落过程，但全过程实测流量无法全面取得，积累详实实测流量数据较困难，特别是洪峰流量测得难度较大。且中小河流冲淤变化大、水位流量关系不稳定，影响建立预报方案的精度。

3)汛期洪水发生的预报和警告的预见期非常短。中小型的河流一般都是集水区域面积相对较小,洪水普遍存在着强烈的暴涨和分崩破坏,洪水发生的历时相对较短,一般来说洪水的汇流持续时间只有几个多小时,甚至达到不足1h，洪水的预报和灾害警戒的预见期也很短。

4)现有方法预报精度普遍不高。牡丹江市中小河流暴雨洪水往往是蓄满与超渗产流共同作用，新安江模型产流方式为蓄满产流洪水预报模型，应用于牡丹江市中小河流洪水预报效果不理想。广泛应用于中小河流的分布式模型，参数根据河流地形、地貌图等数据进行综合分析利用进行实测的多年历史性特大洪水数据资料采集率定而计算得到,这就非常需要数10a的长时间的洪水资料采集积累,同时也非常需要利用雷达图像测量和降雨、遥感、地理观测信息采集系统、数值分析计算和专用电脑以及通用计算机等多种科学技术手段来为其提供数据支撑,参数调试难度大,目前预报精度普遍不高。

5)牡丹江市中小型河流普遍处于山丘地带，具有来源短流速急，洪水发生时具有灾害性和破坏能力大、历时短、灾害预报困难和难以及时预防等特点，研究简单易行、及时准确的预测预报方法，建立好洪水预报预警方案，为中小河流洪水及时预警是亟待解决的问题[2]。

4 情况总结

洪水灾害不但带来的经济损失惊人,而且间接导致的洪涝和地质等次生、衍生的灾害也十分严峻,这种情况严重制约着中国经济社会的健康可持续稳定的发展。尤其是近年来由于极端的天气状况增多,局地大量强降雨导致中小型河流的突发性山体洪水频频出现,对人民的生命财产安全造成了极大的威胁。加强中小河流的治理和安全体系的建设,完善中小河流预警和减灾系统,提高中小河流的防汛抗旱减灾能力,这些都是经济社会和国民经济的发展基础与保证。

由于牡丹江市中小河流具有暴涨暴落、汇流时间短特点,水文资料积累时间只有短短几年,水文预报难度较大,水文预报模型难以取得好的效果。通过对铁岭河镇的资料进行分析整理可以得出洪峰水位与降雨历时、面平均雨量呈相关关系,后续过程中通过更为完整的资料收集,建立三者相关关系对本区域内中小河流站点进行预报,建立更加完善的洪水预报数据库,形成较为完善的预报方案将会是我们后续研究的方向。