特大暴雨影响的卫运河洪水预报浅析——以卫运河南陶站预报为例

赵庆鲁,郑 蕾,潘 旭

(山东省聊城市水文中心,山东 聊城 252000)

1 流域概况

漳卫南运河为海河水系五大河系之一,地处太行山以东,上游分漳河、卫河两大支流,在徐万仓处汇集入卫运河,经四女寺枢纽,大部分洪水经漳卫新河在海丰以下入渤海,少部分从南运河下泄,再经捷地减河、马厂减河及海河入渤海。河系流域面积37 860 km2,其中山区面积25 774 km2(见图1)。

图1 漳卫南运河水系流域图

漳河发源于山西高原和太行山区,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。其上游分清漳与浊漳两大支流。清漳河与浊漳河在合漳处汇合后为漳河,其下游出山口观台站以下建有一大型水库——岳城水库。卫河发源于太行山区,主要干支流自太行山前陡坡下跌进入平原,山区约占60%,较大者有淇河、汤河、安阳河等。

徐万仓至山东省武城县四女寺枢纽称卫运河,河道全长157 km;四女寺至无棣县二道沟以下入渤海,称漳卫新河,河道全长243 km;四女寺至天津市静海县十一堡,称南运河,河道全长309 km。

2 流域主要水文监测站概况

漳卫南运河河系水文站遍及主要河道监测断面,卫河主要监测站有淇门、五陵、安阳、元村等,其中元村站是距离卫运河南陶水文站最近的水文站,也是与南陶站建立上下游关系用于洪水预报的重要站点;漳河有匡门口、天桥断、观台、岳城水库、蔡小庄等站,其中岳城水库的泄洪直接影响南陶站的洪水过程(见图2)。

图2 漳卫南运河主要水文站点分布概化图

图3 暴雨分布图

图4 元村站洪水过程线(上线为水位线,下线为流量线)

南陶站位于聊城市冠县东古城镇与河北省邢台市馆陶县交界处,站点设置位置在馆陶县城南卫运河西岸,是卫运河进入山东省的首站。南陶站控制断面为复式河槽,主槽宽150 m,滩地主要分布在右岸,宽约740 m。河道接纳漳河来水时涨水快、来势猛,漳河、卫河同时来水的情况也经常发生,河道治理后曾发生“77.8”、“82.8”、“96.8”等较大洪水,下游右岸是聊城市的冠县和临清市,左岸是河北省邢台市馆陶县、临西县,南陶站的洪水预报对下游的防汛减灾工作具有非常重要的意义。

3 2021年7月卫运河上游暴雨过程

2021年7月18-22日,受南亚高压东伸、副热带高压西伸北抬、强台风远程输送水汽等多种因素共同影响,华北、华中地区出现罕见的持续性强降水天气,多地出现暴雨、大暴雨,致使海河、黄河及淮河流域相继出现显著洪水过程,将此次持续性强降雨过程称为“7·20”暴雨。“7·20”暴雨主要降雨时段集中在7月19日8时-21日8时,有多个暴雨中心。降雨过程 17-18日主要发生在豫北;19-20日暴雨中心南移至郑州一带;21-22日暴雨中心再次北移至新乡一带,23日逐渐减弱结束。此次强降水过程具有持续时间长、累积雨量大、强降水范围广、强降水时段集中等特点,过程累积100 mm以上降水笼罩面积 12.99万 km2,250 mm以上降水笼罩面积4.8万 km2,400 mm 以上降水笼罩面积1.78万 km2。

4 南陶站预报

4.1 预报方案

就南陶站预报来说,汇水区域均在上游,元村站、岳城水库以下流域面积内汇水稀少,根据预报方案,充分掌握岳城水库泄流信息、卫河临近站点水情信息是做好南陶站预报的关键。南陶水文站位于漳河、卫河的交汇点下游6 km处,漳河出岳城水库至南陶站河道总长119 km,设计洪水传播时间为33 h。卫河元村站至南陶站河道总长69 km,设计洪水传输时间为23 h。如此推断看来,目前的河道洪水实际传输时间要比原设计值延长许多。依据岳城水库实际泄洪过程及卫河元村站实际洪水过程进行南陶站的洪水预报至少可以争取50多个小时的预见期,如果参考1996年洪水传输情况甚至参考漳、卫河流域的降雨径流预报结果,其预见期将会更长,将为防汛抢险准备工作提供极为便捷的环境条件。

卫运河南陶站洪水预报是采用上下游相关法,南陶站利用上游元村站和岳城水库来水情况进行预报。本次暴雨过程主要发生在上游卫河,但卫河来水期间,岳城水库发生短时开闸泄洪的情况。预报方案需综合考虑两条河道来水,岳城水库放水影响期间宜采用元村站加岳城水库同时流量与南陶站流量相关关系预报,影响结束后采用元村站流量与南陶站流量相关关系预报。根据预报方案,选取历年上下游洪水资料,建立上下游流量相关图,作为南陶站洪水预报方案使用。

4.2 上游洪水

4.2.1 元村站洪水

受本次特大暴雨影响,卫河元村站7月18日开始涨水,21日涨水过程加快,25日8时达到最大流量947 m3/s,相应水位47.97 m,超警戒水位0.29 m。

4.2.2 岳城水库放水

受上游来水影响,岳城水库蓄水量增加,水库23日17时开始放水,漳河出口初始流量100 m3/s,最大出库700 m3/s,7月28日14时关闸。主要放水过程见表1。

表1 水库出库流量表

4.3 南陶站预报

4.3.1 理论预报分析

南陶站7月20日开始出现水位上涨,23日后水位流量迅速上涨。根据河道设计成果和预报方案(2016年修订,采用2015年以前洪水数据),按报汛任务书及地市防汛工作要求适时开展洪水预报工作。本次洪水主要为卫河来水叠加部分岳城水库放水,元村站洪峰时间25日8时,根据河道设计成果和方案预计洪峰到达南陶时间23 h,洪峰时间预计26日7时,洪峰流量900 m3/s。岳城水库来水预计运行时间33 h,水头到达南陶站时间预计在25日凌晨2时。

根据以上分析,在上游卫河来水不叠加漳河岳城水库放水的情况下,理论预报结果见表2。

表2 根据上游卫河来水理论预报结果

叠加岳城水库后,理论预报结果见表3。

表3 卫河来水叠加岳城水库放水理论预报结果

4.3.2 实际预报成果

本次洪水过程是1996年以后最大的一次洪水过程,中间2016年卫运河洪水南陶站洪峰流量555 m3/s,与本次洪水差距较大,两次洪水与设计洪水传播时间均有较大差距。随着近年来河湖长制的实施,河道下垫面条件又有较大变化,对洪水传播又有较大影响。

根据元村站上游洪水运行速率及演进变化情况及1996年、2016年洪水运行过程,在实际预报过程中做出预报见表4。

表4 南陶站预报成果与实际洪水过程对照表

4.4 预报成果分析

根据河道设计及预报方案预报(表3),预报洪水过程与实际洪水差距较大,尤其是洪峰流量,较实际高250 m3/s,误差比达到22.7%,洪峰发生时间与实际差距较大,按照《水文情报预报规范》(SL250-2000)关于洪水预报精度评定办法,预报已不符合精度要求。

根据《水文情报预报规范》(SL250-2000)关于洪水预报精度评定办法,在表4中将南陶站预报成果与实际发生洪水过程对比分析,预报洪水过程符合精度要求。

5 结语

(1)南陶站处于漳河、卫河交汇处下游约6 km的位置,预报时需综合考虑因素较多,因历史较大洪水次数有限,预报方案采用历史洪水与实际发生洪水总会有较大不同,历史洪水漳河、卫河来水大小不同,汇合后的洪水顶托消减也会有较大差异,这些因素的影响增加了洪水预报的难度。

(2)南陶站做预报时主要误差出现在洪峰传播时间上,因上游河槽内有农作物和树木,在每年第一次较大洪水做预报时应加大洪峰传播时间值,在间隔若干连续枯水年份以后的洪峰传播时间预报时更应该加大洪峰传播时间的值。

(3)在水位流量关系线的利用时,要区分卫河来水为主还是漳河来水为主,本次是以卫河来水为主,并叠加部分漳河来水的情况分析的,如遇漳河单独来水或漳河、卫河同时有较大来水,还应视情况具体分析。

(4)考虑河道每年都会发生变化,在具体预报工作中也可根据实测数据实时更新水位～流量关系曲线,或利用各类水情服务系统实时自动生成水位～流量关系曲线,将会大大洪水预报的效率和准确度。

(5)应加强与上游水文部门、水库管理部门沟通,实时掌握上游来水、上游预报及工程蓄水、泄洪调度信息,可进一步延长预见期并能及时对预报成果进行修正。

(6)洪水预报影响因素较多,在进行预报时,应注意具体问题具体分析,尽可能采用多种方法,综合考虑多种因素进行分析,才能准确做出洪水预报。还有,在遇到特殊洪水时,应及时修订洪水预报方案,确保方案与实际洪水过程相符,才能准备及时做出精度较高的预报。