相应水位法在洪河方集站洪峰水位预报中的应用

李东平

(阜阳水文水资源局，安徽 阜阳 236000)

相应水位预报是用河道中某时刻上站水位预报一定时间后下站水位的简便方法。洪河方集站实测水文资料较少，目前尚未建立水文预报模型，但其洪峰水位的变化对洪河中下游防洪安全具有重要的指示作用，本文通过相应水位法建立其预报方法，为防汛调度提供预警作用。

1 流域概况

洪河为淮河左岸支流，发源于河南省伏牛山区，自西向东流经河南、安徽两省，在阜南县王家坝镇附近汇入淮河。洪河在河南省班台以上为上中游，分为两支：南支为汝河，北支为小洪河；班台以下为下游，分为两支：南支为洪河，北支为洪河分洪道。洪河中下游地势平坦，河道行洪能力较小，洪涝灾害频繁。

2 相应水位法

相应水位法是根据天然河道内洪水波运动原理，分析洪水波在运动过程中波上任一相位(相当于水位过程线上某一时刻的水位)自上断面传播到下断面时的相应水位及其传播速度的变化规律，寻求其经验关系，据以进行预报的一种简便方法。假设天然河道水流大体已经汇集于河槽，且下站来水主要来自于上游，又没有回水顶托等外界因素影响，常常容易找到相应的特征点(峰、谷和涨落洪段的反曲点等，见图1)，从河段上、下站实测水位资料中摘录相应的洪峰水位值及其出现时间，就可点绘相应洪峰水位关系曲线及其传播时间曲线，根据曲线预报未来某时间的水位，其公式为:

图1 天然河道上、下游两站相应水位过程线

Zp,l,t+T=f(Zp,u,t)

T=f′(Zp,u,t)

其中，Zp,u,t:指上站t时刻洪峰水位；Zp,l,t+T：指下站t+T时刻洪峰水位。

3 预测方案的制定及使用

3.1 班台-方集站相关性分析

根据淮河防总淮汛〔2007〕1号文印发的班台分洪闸洪水调度方案规定，在班台水位低于33.49m时，控制水流从洪河经方集站下泄至淮河。班台至方集之间河槽较稳定，水流不受工程调度影响；河段之间无较大旁侧支流汇入且河段长仅42km，区间来水比例不大，方集站洪水组成主要是上游来水，在中小洪水时方集站水位亦不受淮河顶托影响，可以建立班台至方集站在中小洪水时洪峰水位关系对方集站洪峰水位进行预测。

3.2 资料收集及预报方案的编制

因新一轮大规模治淮工程的实施，导致2007年之后洪河下段工况发生较大改变，故本文主要选取2008年至2019年的资料进行分析，统计分析结果如表1所列。根据表1中的班台站与方集站相应洪峰水位建立关系曲线图，如图2所示。

图2 班台-方集站相应洪峰水位关系图

表1 洪河班台与方集历年洪峰水文要素表

根据表1中班台站洪峰与班台-方集站洪峰传播时间，建立了班台洪峰水位与传播时间关系图，如图3所示。从图3中可以看出，除2016年6月下旬的洪水由于前期底水较低导致该次洪峰传播时间异常之外，其他场次洪峰传播时间都位于10-20h的区间内，考虑班台站至方集站之间河段较短，传播时间无较大变化，故对传播时间不再作进一步预报。

图3 班台洪峰水位与班台-方集洪峰传播时间关系图

3.3 预报方案的使用及精度评定

根据建立的班台-方集站相应洪峰水位关系曲线对方集站洪峰水位进行了预报，结果如表2所列。根据GB/22482-2008《水文情报预报规范》相关规定，由于资料选取的历次洪水中方集站水位在预见期内变幅的20%均小于0.10m，因此以0.10m作为许可误差。按照规范相关规定，对方集站洪峰水位预报方案利用的资料进行了精度检验，具体如表3所列，根据检验结果判定上述预报方案等级为丙级。

表2 方集站洪峰水位实测值与预测值对比表

表3 洪河方集站洪峰水位预报方案精度检验表

4 结束语

2020年7月下旬，利用建立的班台-方集站相应洪峰水位预报方案预测方集站洪峰水位将达到警戒水位附近，经实践检验，预报结果较为准确，说明该方案在方集站具有较好的适应性。但由于自洪河下段治理以来，洪水场次较少、方案样本容量较小，且对高水洪水时班台分洪闸进行分洪时的影响因素等资料尚需完善，目前上述预报方案精度等级较低，仍有待于进一步展开和深入研究。