浅析嘉陵江凤州水文站洪水预警预报

摘 要：文章按照流域产汇流的基本理论，对凤州水文站的降雨径流相关关系进行了分析计算，制作洪水预警预报方案，为下游采取防洪措施提供科学依据。

关键词：降雨径流；洪水预报；重要性

1 流域概况

嘉陵江发源于宝鸡市凤县黄牛铺镇东河桥村东峪沟凉水泉，自西北向西南斜贯凤县县境，支流众多，水量充沛。上游属陕南足水区，汉江北岸洪水径流较低，流域内山大沟深，植被良好，多年平均年降雨量在800mm左右，降雨一般集中在5～10月，占年降水量的70%～90%，径流深约在300mm左右，径流系数0.4。

嘉陵江流域上游设有凤州水文站，系嘉陵江源头站，地理位置为东经106°38′、北纬33°58′，集水面积688km2。凤州水文站控制流域为北秦岭中低山区，属暖温带半湿润山地气候，海拔高度多在1000～2000m之间，属秦岭褶皱带的一部分，为致密岩石山区，断裂发育岩石裸露，地貌区划中属秦岭大石山区，山势陡峭，坡度多在45°左右。流域内河道比降大，坡面陡峻，洪水特点多表现为暴涨陡落，水流湍急。流域内林木生长旺盛，植被覆率高。

2 洪水预警预报

2.1 资料选用

方案选用凤州水文站自1984年建站至2013年共计30年的34场洪水资料。方案根据站网布设情况，选用具有代表性的凤州、黄牛铺、红花铺3个站的雨量观测资料。以上选用资料系资料整编刊印成果，经对比分析，资料系列完整、可靠，具有良好的代表性。

2.2 方案原理

2.2.1 产流部分

降雨到达地面后，部分雨水被流域表面植物截流，部分直接填充高低不平的洼地，还有部分雨水入渗地下，填充土壤空隙，最后剩下的部分降雨形成地面径流，沿坡面和大小沟道汇入河槽，形成洪水流量。

对于一次洪水，径流深R可用下式表示：

R=P-I

式中，P表示流域平均雨量，I表示因植物枝叶截流、填充洼地、入渗地下、蒸发损失的那部分。一般植物截流和蒸发量甚小，主要为填充洼地和入渗地下，其大小与前期土壤含水量大小关系很大，降雨前久旱不雨、土壤干燥、洼地干枯，则降雨损失量较大；前期降雨较多，土壤含水量接近饱和、洼地需水多，则降雨损失量就小。利用降雨量、前期影响雨量（Pa）和径流深的相关关系可预报径流深。

2.2.2 汇流部分

利用洪峰流量与径流深的相关关系，建立净峰流量和地表径流深相关图，预报出净峰流量后加上起涨流量即得到洪峰流量。

2.3 参数计算

2.3.1平均雨量P的计算

流域平均雨量采用加权法计算。各站所代表的流域面积用泰森多边形法分割量算，量出的各代表站面积Fi除以流域总面积F总，得出权重Wi，各雨量站Pi乘以权重得权重雨量，权雨量相加即得流域平均雨量P，即

式中：Pi为某站雨量，Wi为某站权重。

2.3.2 径流深R的计算

根据洪水资料，绘制洪水流量过程线，以本次洪水起涨点为起点，再用斜线（或水平）切割基流，过程前、后有复式峰的用退水曲线退到最低，峰后退水部分以流量趋于正常流量时为计算径流深终止点，用面积包围法计算各次洪水径流总量及径流深。

2.3.3 最大初损值Imax的计算

把流域达到饱和以前的降雨损失量称为初损，以I0表示。初损值I0因前期降雨情况不同而变化，前期降雨多，则土壤含水量大，I0就小；前期干旱，I0就大。所谓最大初损值就是前期最干旱的情况下初损的最大值，采用下式计算：

Imax=P+Pa-R-Tbfc

式中：Tb为稳定入渗历时，采用明显起涨后的历时。

先假定Imax值，然后计算出K值，再计算出Pa，由上式计算出Imax后，经过反复试算确定Imax值。经过分析，最终确定Imax=60mm。

2.3.4 折减系数K的计算

K为前期降雨量经过一天后的折减比率，即：

式中：Pa，t为t日的前期影响雨量；Pa，t+1为（t+1）日的前期影响雨量。前期影响雨量由t日的Pa，t变为（t+1）日的Pa，t+1，主要是由蒸发损失，令日蒸发量为E日。如果流域内达到饱和，即Pa=Imax，对蒸发来说供水充分，则蒸发量达到最大值，此值基本与蒸发皿所测得蒸发量接近，则：

根据凤州水文站蒸发观测资料，带入上式即可计算出K值。

2.3.5 前期影响雨量Pa的计算

对一次洪水，只考虑该次降雨以前15日的降雨影响，令前次降雨日离该次降雨的天数为t，则：

式中：Pt为第t天的平均降雨量，以算术平均值计算，计算出的Pa值如超过60mm，则以60mm为限。

2.3.6 净峰流量Q净的计算

用洪峰流量Qm割去其对应的基流即可求得净峰流量Q净。

2.3.7 降雨中心时间及洪峰滞时t的计算

选择各站峰前雨量摘录时段中造峰雨开始至结束时间，用算术平均法计算出全流域降雨中心时间，降雨中心时间到洪峰出现时间差值为洪峰滞时。

2.4 相关图建立

2.4.1 降雨径流相关图建立

根据计算出的平均雨量P、径流深R和前期影响雨量Pa，点绘以Pa为参数建立P～R相关图，即径流深预报图（图1）。

2.4.2 径流深R与净峰流量Q净相关图的建立

根据洪峰流量Qm减去起涨流量与落平流量的平均值所得的净峰流量，以流域平均降雨历时为参数，建立径流深R与洪峰流量Q净相关图。

2.4.3 洪峰流量Qm与洪峰滞时t相关图的建立

洪峰出现的时间减去降雨中心时间即为洪峰滞时，降雨中心时间指的是降雨中心区各站最大12小时降雨的重心时间，取其算式平均值 。计算出34场洪水的洪峰滞时，点绘洪峰流量Qm与洪峰滞时t相关图。

3 存在问题

凤州水文站以上流域内无大型水利工程，利用降雨径流相关法进行洪水预警预报结果较为准确，方案经评定合格率达到70%。方案选取了3个雨量站点信息，区间雨量站代表性有限，对预警预报结果有一定影响。现在随着中小河流水文监测系统及山洪灾害预警系统等遥测雨量站站点的建设，站点密度大大增加，可以在以后的方案中加以应用。再者，相关关系曲线中缺乏高水区点据，为提高该方案精度，须逐步采用实测资料进行修正，以便满足预警预报工作需要。

4 结束语

嘉陵江凤州水文站距下游凤县县城双石铺镇约20km，而凤县为著名旅游风景区，凤州水文站洪水预警预报对凤县及下游嘉陵江沿岸防汛工作意义重大。进一步加强洪水预警预报的研究工作可以为地方防汛抗旱工作提供合理、科学的技术支撑。

参考文献

[1]水利部.GB/T 22482-2008.水文情报预报规范[S].

[2]水文预报[M].水利电力出版社，2009.

作者简介：李亚萍（1986，10-），女，陕西省宝鸡，现职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：水情信息。