顶托影响下茅坪水文站洪水预报探索

陈 航，杨 锋

（邵阳水文水资源勘测中心，湖南 邵阳 422000）

1 流域概况

邵水发源于湖南省邵东市南冲，位于邵阳市东北部，流域面积2 068 km2，全长112 km。邵水从源头南冲向南流经邵东市檀木圹、乐福亭、两市镇、牛马司、魏家桥、大祥区双江口，于邵阳市区沿江桥处汇入资水，河流平均坡降0.79‰。茅坪水文站位于邵水入河口上游约2.7 km处，控制流域面积2 060 km2。历年来，茅坪水文站多次出现受资水顶托的现象。

资水，又称资江。西源赧水发源于城步县黄马界，南源夫夷水发源于广西资源县猫儿山，西源赧水与南源夫夷水相比，其面积大36.3%，河长短24.2%，故以西源赧水为主流，赧水从源头黄马界向东北流经武冈、纳蓼水、平溪、辰水，向东流经隆回，至邵阳县双江口与南源夫夷水汇合后始称资水，然后北流，至邵阳市区纳邵水，经新邵以下纳石马江、大洋江、渠江，安化以下纳敷溪、洢溪、沂溪等支流，于益阳市甘溪港注入洞庭湖，资水全长653 km，流域面积28 142 km2，流域平均坡降1.44‰，其中邵阳境内长度113.7 km，流域面积14 756 km2。邵阳水文站位于资水干流邵水入河口上游约720 m处，控制流域面积12 238 km2。

2 洪水顶托过程分析

资水邵阳站以上流域面积12 238 km2，资水支流邵水流域面积2068km2，两者面积比例约为6∶1，受流域面积差异影响，交汇区洪水顶托以资水邵阳以上流域来水为主。根据历年洪水要素分析，邵水洪峰到达邵水口时与资水洪水遭遇，干支流汇流比较大时，资水洪水在交汇河口缓慢向资水下游及邵水演进，使得邵水出流受阻，出现茅坪站水位随资水来水增大而增高的水位壅高现象；当干支流汇流比较小时，邵水出流依然受限，茅坪站流量增加而水位快速上升，断面流场紊乱，退水缓慢。洪峰通过交汇口后，顶托现象逐渐减小，造成邵水水位滞涨或下降而流量不变或反增的现象。见表1。

表1 历年洪水干支流汇流比

3 邵水顶托预报

为有效应对洪水顶托现象造成的预报干扰和防洪风险，制定精准有效的洪水顶托预报方案是必然趋势。

3.1 顶托规律研究

洪水顶托主要受来水流量、干支流汇流比、与交汇口距离、河道断面、区间河道坡降五个因素影响。其中：洪峰水位随来水流量增加而增高；支流顶托现象随干支流汇流比增加而增大；与交汇口距离越近，受顶托作用越强；河道断面的差异导致水面比降差异；河道坡降越大，对另一河流顶托影响越大。茅坪站河道断面、河道坡降与交汇口距离均为固定不变的影响因素。受流域面积差异影响，干支流汇流比大，邵水洪水在总流量占比小，受资水洪水顶托的影响程度较大。

本文采用邵阳站、茅坪站2008—2021年40场洪水过程的历史数据进行分析，将干支流汇流比与邵阳站和茅坪站洪峰水位差的关系绘制散点图，散点图具有显著的反曲线特征，汇流比与水位差为反比例函数关系。

3.2 曲线估计

通过SPSS数据统计分析软件对2008—2021年共40场洪水的汇流比和水位差进行曲线估计，R方差为0.875，曲线拟合优度强，该样本符合反比例函数分布。参数分析见表2、表3、表4。

表2 参数估计值

表3 参数估计值的相关性

表4 方差分析

曲线估计参数a、b、c的相关性分别为0.965、0.843、0.754，根据相关系数判断标准，a、b具有高度相关性，c具有显著相关性，符合曲线估计相关性要求。函数关系曲线估计计算公式结果如下：

Y=ABS[3.8/（X+0.6）]-0.5

汇流比与水位差散点及关系曲线见图1、图2。

图1 干支流汇流比与水位差散点图

图2 汇流比与水位差关系曲线

3.3 曲线检验

选用1998—2021年，共24年50场大小洪水进行检验，结果如表5。

表5 检验场次洪水统计表

根据茅坪站多年历史资料检验反比例函数关系曲线，邵阳站洪峰流量达3 000 m3/s流量以上23场洪水场次的水位预报合格率为100%，2 000～3 000 m3/s流量35场洪水场次的水位预报合格率为94.3%，全部50场洪水场次合格率为82%。

3.4 峰现时间分析

选用1998—2021年，共24年41场邵阳站无复峰的洪水场次绘制邵阳站与茅坪站的峰现时间差曲线图，结果见图3。

图3 汇流比与峰现时间差关系曲线

根据峰现时间差与干支流汇流关系曲线，汇流比越大，峰现时间差越稳定，汇流比达5以上的32场洪水场次的峰现时间差均小于或等于2 h，汇流比低于5的18场洪水场次的峰现时间差不稳定，处于（-3～4）h之间。

3.5 方案评定

根据《水文情报预报规范》,在调试参数时，拟合精度以《水文情报规范》GBT 22482-2008规定的两种目标函数表达，即确定性系数准则和合格率准则。茅坪站洪水顶托构建方案的预报等级见表6。

表6 茅坪站顶托洪水预报方案等级评定表

由上述参数率定结果可知，洪水过程拟合效果较好，水量平衡，洪水顶托系数符合茅坪站洪水交汇区的洪水特性，方案评定为乙级，可用于预报作业。

4 结论

邵水茅坪站受资水顶托和两者流域面积差异影响，邵水洪水在总流量占比较小，水位流量关系复杂，因此在实际预报方案编制过程中，经验性方法居多。此次构建的茅坪站洪水顶托方案具有一定预报能力。

1）资水复峰、两河洪水错峰影响两站的洪峰水位差和峰现时间差，邵水退水后，资水再次出现复峰时，对茅坪站水位的影响复杂，需进一步研究。

2）本文对洪水顶托影响的探索研究，为未来预报交汇河道洪水顶托提供了参考依据，但未能代表所有发生洪水顶托影响的可能性，建议对交汇处河段进行实时水文监测及分析，待数据完善后进行优化分析。