秦岭山地中小河流洪水预警方法探讨

王智林

（商洛水文水资源局 陕西 商洛 726000）

秦岭在地理位置上具有重要的南北分界意义，它阻挡着南方湿热气流的北上和北方寒冷气流的南下，使秦岭地区气候变化复杂，特别是局部小气候特征显著，而这就导致了暴雨洪水灾害频发。由于山洪灾害威胁着人民生命财产安全和社会稳定，所以做好秦岭山地山洪的预测预警，是贯彻山洪灾害防治的一项重要举措。

1 秦岭水文概况

发源于秦岭山区的河流众多，它们沿主脊向两侧流出，分别汇入北部的渭河和南部的嘉陵江、汉江、南洛河。南坡河流较长，北坡河流较短。长度在40km以上的支流有86条，流域面积大于100km2的河流有195条。其中，汉江水系流域面积大于100km2的河流有117条，占60%。区域在气候、地理地貌、植被覆盖、流域形状等方面的变化具有规律性。北坡河流短小、纵坡陡峭，流程在30km～40km左右，峡谷和曲流较多，峪口分布着山麓洪积扇和洪积锥，多钓钩型水系；南坡河流较长，纵坡稍缓，比降比北坡小（但从实质上看仍然是较大的，也显示出山区河源段和上游段的河流纵剖面特征），河网结构复杂，有格子型水系、树枝状水系、不对称水系形态，峡谷多、曲流多，且峡谷与宽谷交替出现。

秦岭南北径流深变化有纬向性和经向性规律。秦岭以北包括南洛河在内为多水区，年径流量为49.3亿m3，占陕西秦岭地区径流总量的21.4%，长度在40km以上的河流有24条，流域面积在100km2以上的河流有63条；秦岭以南为足水区，年径流量为180.7亿m3，占陕西秦岭地区径流总量的78.6%，长度在40km以上的河流有62条，流域面积在100 km2以上的河流有132条。

黄河流域由西向东水文分区变化：①清姜河—石头河多—足水区，年径流深在650mm～740mm，径流系数高达81%～93%，汛期在7月～9月；②黑河—霸河多—足水区，年径流深在400mm～520mm，径流系数达到44%～74%，汛期在7月～10月；③零河—罗敷河中—足水区，年径流深在340mm～395mm，径流系数达50%；④南洛河稍—足水区，年径流深在260mm～330mm，径流系数为32%～43%，汛期在7月～10月。

长江流域由西向东水文分区变化：①嘉陵江稍—足水区，年径流深在240mm～295mm，径流系数为29%～42%，汛期在7月～10月；②褒河—沮水河中—足水区，年径流深在350mm～380mm，径流系数为42%～49%，汛期在7月～10月；③胥水河—子午河多—足水区，年径流深在450mm～570mm，径流系数在40%～72%，汛期在7月～10月；④旬河—月河中—足水区，年径流深在325mm～370mm，径流系数在40%～44%，汛期在7月～10月；⑤金钱河—丹江稍—足水区，年径流深在240mm～330mm，径流系数在34%～40%，汛期在7月～10月。

2 洪水预警的思路

开展秦岭山地中小河流洪水预警，主要是针对无水文站控制河流或某一区域段，连续发生降雨或预报暴雨发生时，在分析土壤含水量及产汇流情况后，对可能在某一河流或某一河段形成一定量级的洪峰演进进行预测判定，为防汛准备和抢险提供预警。

对于预警方案的编制，有水文资料的流域，可利用观测积累的雨量洪水资料采用常规的方法编制预报方案。而对于水文资料缺乏的中小河流，首先是分析建立已有水文站的径流（或径流模数）与洪峰规律和降雨径流特性，利用积累的资料分析本区域的成灾雨量、成灾流量临界标准，分析前期土壤含水量变化、土壤蒸发能力，根据蓄满产流的降雨径流平衡关系（P－R=Wm－W0），计算降雨区域的产流量，利用降雨径流法、流域面积倍比放大法（缩小法）、比拟法、经验公式法和上下游相关法进行预警发布。

3 预警方法

3.1 降雨径流法

根据已设水文站的洪峰资料，分析不同水文分区不同量级洪水对应的径流深和降雨量范围，建立径流深R与洪峰流量Q的关系。利用蓄满产流关系进行预警。此法适用于同一水文分区。

3.2 倍比缩小（放大）法

利用下游（上游）站已建立的降雨径流关系，预报该断面的洪峰流量后，再利用面积比缩小（放大）洪峰流量，预警某一河段的洪峰。此法适用于同流域的上下游比降、糙率变化接近的河段。

3.3 经验公式法

根据各地《水文手册》中小流域推求设计洪峰流量的经验公式，进行预警制作。当降雨发生后判定流域平均雨量的发生频率，借用相应的公式计算出口洪峰流量。此法适用于100km2以下的流域。此法假设了降雨和洪水同频率，并利用流域内一站或多站观测的雨量代表全流域同频率雨量。

3.4 水文比拟法

建立已设水文站的降雨与洪峰流量关系，当临近流域或气候自然地理条件接近的流域发生强降水后，利用水文比拟进行预警。此法适用于相临或地理地貌、河流特性等差别不大的小流域，且面积比不超过30%。

3.5 上下游相关法

利用洪水传播规律，建立上下游洪水相关关系，进行洪水下泄演进预警。此法适用于通过水文站断面，洪水向下游演进的河段。

4 预警方法应用

4.1 基础准备工作

（1）流域最大初损的确定。从历年水文实测雨洪资料中，选择久旱未雨后降雨较大且产生径流的资料，进行分析确定。

（2）临界雨量的分析确定。由于秦岭地区水文分区不同，产流的临界雨量不同，故根据本地降雨特点，利用现有资料分析计算各点产流或成灾的临界雨量数值。

（3）流域面积的确定。通过地形图量算或各地水文手册，整理记录每条河流的流域面积。

（4）降雨频率的确定。应用实测资料进行分析，统计出每个站 1h、2h、3h、6h、12h、24h 的不同重现期的雨量值。

（5）洪水频率的确定。应用各水文站历年实测资料进行分析，计算每个站不同重现期的洪水频率值。

（6）洪水级对应的径流深取值确定。计算历年实测洪水过程的径流深，将水文分区内所有站不同洪水级的径流深进行排列，统计概率，得到不同洪水等级对应的径流深，按10mm分段。

（7）径流深与洪峰流量、与降雨量关系图的建立。根据各水文站实测资料进行分析建立。

（8）土壤蒸发能力和蒸发折减系数的确定。土壤蒸发能力近似等于80mm直径蒸发皿的水面蒸发量。目前大多数站应用的E601蒸发皿必须进行换算。应用公式推求各月的蒸发折减系数K。

4.2 方法应用

4.2.1 面上预警

对水文分区或流域的水文预警称为面上预警。

当某一水文分区或流域发生连续降水或天气预报有强降水时，在分析土壤含水量饱和程度的基础上，预警产流情况和将在河槽形成的洪水量级。预警方法主要是降雨径流法。

计算流域的前期土壤含水量Pa。建立Pa计算模型，坚持每天计算，雨量站分布均匀时通过算术平均推求，否则，加权计算。对水文分区和流域进行预警。

计算径流深R。建立R计算模型，当降雨达到产流临界值后，密切观察后期变化或天气预报信息，利用蓄满产流模型计算径流深R。根据建立的Q～R关系图，对通过水文站断面的洪水进行预警。

4.2.2 线上预警

对通过水文站断面的洪水向下游演进过程的预警称为线上预警。主要方法为上下游相关法、倍比放大法。

若上下游有水文站，则建立上下游水位（流量）关系进行预报。

若下游无水文站的预警，①利用洪水传播规律，计算预警河段长度、分析河槽断面形状，根据建立的水文站断面的流量流速关系确定下泄流速，依据河长=流速×演进时间的关系进行出现时间预警。区间有支流加入时，根据预报断面进行叠加。②根据预警断面的流域面积和水文站断面的面积比进行洪水放大，完成流量预警。

4.2.3 点上预警

对重要河段、人口密集区、小流域的预警称为点上预警。对水文站断面下游的重要河段、水利工程和人口密集区的洪水预警，主要应用上下游相关法、倍比放大法。对无水文站的小流域或地质灾害隐患点、矿山尾矿库的预警，主要应用经验公式法、水文比拟法。

经验公式法：各地《水文手册》提供了不同频率参数的公式，在应用时假设降雨和洪水同频率，选用相应的参数值进行计算预警。

水文比拟法：

预警断面流量=（预警断面面积/借用站面积）0.667×借用站流量

4.3 预警发布

针对不同的需要或降水、洪水发生的区域，制作完成计算后，要立即进行成果会商，在第一时间将预警信息通过传真方式向防汛指挥部和有关服务单位报告和发送。

4.4 预警信息的解读

预警信息有定性和定量两种描述方式，对其要进行正确解读。

定性预警描述，多以发生在某一出口断面的小洪水、中洪水、大洪水、特大洪水的词语出现。对此预警的解读，要将不同重现期级别的洪水转换成相应位置的洪水流量，再分析判断各个断面发生洪水的下泄流量分别在不同河段形成的淹没范围，然后根据不同地域实施启动《防汛预案》。

量性预警描述一般为某一断面洪水流量的具体数值。可直接根据《防汛预案》组织防汛准备和抢险。

5 结语

在应用以上方法开展预警过程时，要灵活应用，采用多种方法进行相互验证。同时，会商工作必不可少，且要突出重点、简明扼要。

水情预警是一项还在摸索的新业务，没有现成的方法直接使用，需要各位专家和技术人员积极思考、不断探索，利用理论知识和工作经验加以研究，特别是秦岭东西跨度长，水文分区特性不一样，其方法应该是多种多样的。随着计算机技术的普及，应加大计算机技术在建立产汇流模型中的应用，让洪水预警业务日常化，让预警方法更加成熟。陕西水利