漳河流域洪水预报方案修编分析

杨欣磊，杨 鹏

（1.天津市龙网科技发展有限公司，天津 300170；2.海河水利委员会水文局，天津 300170）

1 概述

漳卫南运河为海河水系五大河系之—，地处太岳山以东、黄河与徒骇马颊河以北、滏阳河以南，上游分漳河、卫河两大支流。漳河发源于山西省境内太行山背风山区，东与滏阳河为邻，北接滹沱河及潇河，西界沁河，南靠丹河及卫河，地跨晋、冀、豫三省，干流长179 km，流域面积19220 km2，上游分清漳河与浊漳河两大支流。匡门口水文站是清漳河控制站，控制面积5060 km2，其上游支流清漳西源建有1座石匣中型水库，控制面积754 km2。石梁水文站是浊漳河控制站，控制面积9652 km2，其南源、西源和北源分别建有漳泽、后湾、关河3 座大型水库，控制面积分别为3146、1296、1747 km2，总库容6.78亿m3。清漳河与浊漳河在合漳处汇合后为漳河，观台水文站是漳河控制站，控制面积17800 km2，其下游出山口建有大型水库岳城水库。

由于太行山主脉横贯漳河中部，将漳河流域分成东、西2 个产、汇流特点不同的区域。其中，清漳河地处太行山迎风坡，多集中暴雨且坡陡流急，洪水往往峰高量大，是漳河洪水主要来源之地；浊漳河地处太行山背风坡，暴雨频次、量级均少于清漳河。根据降雨、洪水资料分析，漳河观台站以上洪水组成主要可以分成如下3 种情况：①以清漳河匡门口以上及石梁、匡门口、观台区间来水为主；②以石梁、匡门口、观台区间的暴雨为主；③以浊漳河漳泽、后湾、关河三水库—石梁区间来水为主。观台以上流域水系，如图1所示。

图1 观台以上流域水系

本河系多年平均降水量500～700 mm。降水量分布受地形影响，山区—般在600～700 mm，平原为500～600 mm。降水年内分布极不均匀，全年70%～80%降水集中在汛期6—9月。

2 洪水预报方案修编

由于原有的海河流域漳河水系3 个主要控制断面石梁、匡门口、观台的洪水预报方案是基于1995年以前洪水资料编制的，精度低于乙级，不能满足实时作业预报的需要。本文针对海河流域漳卫河水系水文气象特点和当前漳河石梁、匡门口、观台3个水文断面以上区域的下垫面情况和洪水特性［1］，利用1995年以后洪水资料，参照《水文情报预报规范》（GBT 22482-2008）要求［2］，采用产流曲线、单位线产汇流模型和马斯京根河道流量分段演算模型［3］，对漳河石梁、匡门口、观台3个水文站点进行了预报方案修编和模型参数率定工作。

2.1 石梁水文站

2.1.1 断面基本情况

关河水库、漳泽水库、后湾水库到石梁水文站区间流域现有4 个水文站，即漳泽水库、后湾水库、关河水库、石梁水文站。区间流域内选用雨量站共计9 个，即漳泽、石梁、河南、后湾、故县、榆社、蟠龙、关河、史北雨量站。

2.1.2 预报方案构建

预报方案设置4 个方案输入：①石梁—漳泽、后湾、关河水库区间（控制面积3463 km2），区间产汇流模型分别采用产流曲线（P_RWLL）和单位线（UH_B）；雨量站控制权重采用泰森多边形法；②漳泽水库出库，采用马斯京根河道流量分段连续演算（MSK）到石梁；③后湾水库出库，采用马斯京根河道流量分段连续演算到石梁；④关河水库出库，采用马斯京根河道分段连续演算到石梁。方案计算步长为1 h，结构如图2所示。

图2 石梁站预报结构

2.1.3 模型参数成果

（1）产流参数。土壤最大初损量Im=170；12个月的土壤含水量日衰减系数分别为0.90、0.90、0.90、0.90、0.90、0.85、0.85、0.85、0.90、0.90、0.90、0.90；P+Pa-R相关性，详见表1。

表1 石梁水文站区间流域P+Pa-R相关性mm

（2）汇流参数。石梁水文站区间流域单位线，详见表2。

表2 石梁水文站区间流域单位线

（3）马斯京根河道流量分段连续演算模型参数，详见表3。

表3 马斯京根模型参数

（4）场次洪水合格率统计，详见表4。

表5 石梁水文站率定期场次洪水峰现时间统计h

（5）方案评定。根据《水文情报预报规范》（GBT 22482-2008）合格率准则［4］，本次石梁预报方案参数检验采用1995—2017年具有代表性的大、中、小洪水资料共25场次洪水资料（其中，最大的2场洪水发生在1996年8月、2001年7月，洪峰分别为388、479 m3/s，洪量分别为0.6516亿、0.2469亿m3），率定的洪量合格率为76%、洪峰合格率为64%、峰现时间合格率为76%。率定结果，详见表4—5。

2.2 匡门口水文站

2.2.1 断面基本情况

匡门口水文站以上区间流域有4 个水文站，即蔡家庄、石匣水库、刘家庄和匡门口水文站。区间流域内选用雨量站共计13 个，即东阳关、蔡家庄、松烟、仙人坪、偏城、刘家庄、匡门口、漳漕、紫罗、横岭、大佛头、天桥断、青塔雨量站。

2.2.2 预报方案构建

预报方案设置1 个方案输入：区间（控制面积5060 km2），区间产汇流模型分别采用产流曲线（P_RWLL）和单位线（UH_B）；雨量站控制权重采用泰森多边形法。方案计算步长为1 h，方案输出类型为河道流量（模型计算结果为流量，水位通过水位流量关系曲线进行反推）。匡门口站预报结构，如图3所示。

图3 匡门口站预报结构

2.2.3 模型参数成果

（1）产流参数。土壤最大初损量Im=180；12 个月的土壤含水量日衰减系数分别为0.90、0.90、0.90、0.90、0.90、0.95、0.95、0.95、0.95、0.90、0.90、0.90；P+Pa-R相关性，详见表6。

表6 匡门口水文站区间流域P+Pa-R相关性mm

（2）汇流参数。匡门口水文站区间流域单位线，详见表7。

表7 匡门口水文站区间流域单位线

（3）场次洪水合格率统计，详见表8。

表8 匡门口水文站率定期场次洪水洪峰洪量统计

（4）方案评定。本次匡门口预报方案参数检验采用1995—2017年具有代表性的大、中、小洪水资料共27 场次洪水资料（其中，最大场次洪水发生在1996年8月，洪峰流量为3910 m3/s，洪量为2.52亿m3），率定的洪量合格率为70.4%、洪峰合格率为74.1%、峰现时间合格率为70.4%。率定结果，详见表8—9。

2.3 观台水文站

2.3.1 断面基本情况

石梁、匡门口到观台水文站区间流域现有4 个水文站，即石梁、匡门口、天桥断、观台水文站。区间流域内选用雨量站共计12 个，即石梁、实会、石城、五里后、白土、天桥断、匡门口、观台、东阳关、任村、郝赵、侯壁雨量站。

2.3.2 预报方案构建

预报方案设置3 个方案输入：①石梁、匡门口—观台区间（控制面积3088 km2），区间产汇流模型分别采用产流曲线（P_RWLL）和单位线（UH_B）；雨量站控制权重采用泰森多边形法；②石梁流量过程，采用马斯京根河道流量分段连续演算（MSK）到观台；③匡门口流量过程，采用马斯京根河道流量分段连续演算到观台。采用方案计算步长为1 h，方案输出类型为河道流量（模型计算结果为流量，水位通过水位流量关系曲线进行反推）。预报方案结构，如图4所示。

图4 观台站预报结构

2.3.3 模型参数成果

（1）产流参数。土壤最大初损量Im=180；12个月的土壤含水量日衰减系数分别为0.90、0.90、0.90、0.90、0.90、0.95、0.95、0.95、0.95、0.90、0.90、0.90；P+Pa-R相关性，详见表10。

表10 观台水文站区间流域P+Pa-R相关性mm

（2）汇流参数。观台水文站区间流域单位线，详见表11。

表11 观台水文站区间流域单位线

（3）马斯京根河道流量分段连续演算模型参数，详见表12。

表12 马斯京根模型参数

（4）场次洪水合格率统计，详见表13。

表13 观台水文站率定期场次洪水洪峰洪量统计

表14 观台水文站率定期场次洪水峰现时间统计h

（5）方案评定。本次观台预报方案参数检验采用1995—2017年具有代表性的大、中、小洪水资料共31 场次洪水资料（其中，最大场次洪水发生在1996年8月，洪峰流量为8510 m3/s，洪量为6.8808 亿m3），率定的洪峰合格率为71%、洪量合格率为71%、峰现时间合格率为80.6%。率定结果，详见表13—14。

3 结论

本文针对海河流域漳卫河水系水文气象特点、下垫面情况和洪水特性，利用1995年以后洪水资料，参照《水文情报预报规范》（GBT22482-2008）要求，采用P+Pa-R、单位线产汇流模型和马斯京根河道流量分段演算模型对漳河石梁、匡门口、观台3个水文站点进行预报方案修编和模型参数率定，修编后的预报方案合格率均超过70%，精度达到乙级标准，方案整体预报精度能够满足实时作业预报的需要。各预报站基本情况及方案精度评定，详见表15。

表15 预报站方案精度评定

由于本次方案构建参数率定均采用了1995年之后雨水情实时数据库中的报汛资料，中高洪水场次较少，因此预报方案仅对模型参数进行了率定，未进行检验。由于控制区域内雨量站点稀疏或报汛频次低，雨量代表性不高，导致个别场次洪水模拟精度不高。建议在未来工作中加密雨量站网布设，提升自动测报水平，不断积累雨洪资料，为进—步完善预报方案、提高预报方案精度、更好地服务于防汛工作打下基础［5］。