◎杨永平
降雨径流相关法在金钱河南宽坪水文站洪水预报的应用
◎杨永平
1.1.自然地理特性
金钱河发源于秦岭南麓柞水县,自西北向东南流经柞水县、山阳县,于山阳县漫川关镇出陕西省进入湖北省。南宽坪水文站至河口距离97km。南宽坪断面以上有小河、马滩河、米粮川、青山河、三岔河、西河、县川河、北沟等支流,该流域地势西北高,东南低,流域狭长呈羽毛状,两岸支流分布不对称,北岸支流源远流长,南岸支流短小急促。流域内植被覆盖茂密,秦岭山地多为天然森林,土壤多为砂质土,利于下渗。
1.2.水文气象特性
南宽坪水文站以上控制流域属于北亚热带湿润气候区,降雨量受大气环流、纬度及地形影响,时空分布不均。流域按地貌主要以高山和峡谷交替为主,有少部分的河流阶地,流域多年平均降水量在750mm-800mm之间,7月~9月降水量占全年的50%以上。不同重现期洪水的洪峰流量:10年一遇洪水为2050m3/s,20年一遇洪水为2740m3/s,50年一遇洪水为3690m3/s,100年一遇洪水为4420m3/s。建站以来实测最大流量3830m3/s,发生于1998年8月15日,相当于50年一遇洪水。
南宽坪水文站位于商洛市山阳县南宽坪镇,东经109°54′,北纬33°18′。该站1959年1月设立,位于长江流域汉江上游水系金钱河干流上,集水面积3936km2,该站是汉江北岸区域代表站,同时也是金钱河流域的控制站。
金钱河南宽坪水文站上游在不同时间设有龚家坪、曹坪、张家坪、凤镇、黑山街、小河、山阳、户家垣、米粮、板岩、南宽坪等11处雨量站,目前这11处雨量站均为报汛雨量站。用泰森多边形法划分的各站控制流域面积及权重见表2.1;区间雨量站网统计表见表2.2。
3.1 资料的选用
据资料显示,1980年之前,南宽坪上游有6处雨量站,站网分布不均匀,从1980年后增加到11处,故编制南宽坪水文站预报方案采用南宽坪上游雨量站相对较多的1980年~2011年间共32年的降雨径流资料。其中,方案编制资料系列
表2 .1南宽坪站以上流域雨量站控制流域面积及汇流距离统计表
表2 .2南宽坪站流域以上区间雨量站网统计表
资料年限选用资料条件总场次500≤Q<1000洪水场次实测最大流量(m3/s)1000≤Q<2000Q≥2000 1980—2008 Q南≥50032151343830
表3.1编制预报方案历史资料情况统计表为1980年~2008年,2009年~2011年作为方案检验资料系列。预报方案中的洪水场次是南宽坪水文站洪峰流量大于500m3/s作为选取标准,共选取了1980年~2008年32场配套洪水资料作为建立方案的依据。
3.2 资料的三性分析
3.2.1 资料的可靠性
南宽坪水文站为国家基本水文站,所选洪水资料按水文资料整编规范整编的,资料成果经过各级水文部门进行审查、审定,并进行了刊印,资料是可靠的。
3.2.2 资料的一致性
金钱河上游山岭纵横,河谷幽深,人口稀少。受自然地理条件限制,本流域内社会经济发展缓慢,虽有飞播造林、退耕还林的措施,使得植被有所改善,但总体来说对下垫面的影响不大。南宽坪站1980年~2011年的资料,涉及上游的水利工程只有影响很小的薛家沟水库一座。资料系列具有一致性。3.2.3资料的代表性
在这32场洪水中不仅包括了不同类型的暴雨所形成的大、中、小洪水;也包括了不同季节的洪水,因而资料具有代表性。选用资料情况见表3.1。
4.1 预报方法的选取
采用南宽坪站净峰流量和该流域的前期影响雨量Pa与流域平均降雨量P之和,并以流域降雨中心位置、雨强作为参数建立P+Pa~Q净相关关系;再以净峰流量Q净和洪峰滞时τ,以降雨中心位置作参数建立Q净~τ相关关系。
表5 .1预报项目精度等级表
表5 .3南宽坪洪水预报方案评定结果表
表5 .4南宽坪站洪水预报方案精度检验结果表
4.2 建立预报方案的方法原理
本预报方案采用降雨径流相关法制作预报。建立降雨与净峰、净峰与洪峰滞时的经验相关图。根据前期影响雨量Pa和流域平均降雨雨量P与Q净关系,以流域降雨中心位置和雨强i为参数来预报出净峰流量Q净。Q净=f(P+Pa,降雨中心位置,i)用净)峰流量Q净,以流域降雨中心位置为参数,预报出洪峰滞时τ。
τ=f(Q净,降雨中心位置)。降雨径流相关图涉及要素有:前期影响雨量Pa、流域平均降雨量P、次洪的净峰流量Q净、降雨中心位置、洪峰滞时τ等。
4.3 方案的合理性分析
通过对关系曲线进行的分析,本方案相关关系合理,具有降雨径流预报规律。精度按照《水文情报预报规范》(SL250-2000)评定为“乙”等方案。
4.4 方案的预见期
金钱河属于山溪性河流。河床比降大,汇流时间短,从降雨中心到出现大于500m3/s的洪峰流量的时间在3h~18h之间,如果出现全流域降雨,雨强小于2.5mm/h时洪峰滞时一般在8h~18h之间;当暴雨中心在中游洪峰滞时一般在3h~13h之间,受雨强的影响较大;如果暴雨中心在下游,洪峰滞时一般在3h~7h。本方案的预见期3h~12h。
5.1 预报方案精度评定与检验依据
根据《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008GB)的规定,用许可误差法进行误差评定。
①许可误差计算
洪峰流量采用预见期内实测洪水流量变幅的20%作为许可误差;峰现时间预报以降雨中心时间至实测洪峰出现时间之间时距的30%作为许可误差,当许可误差小于3h,则以3h作为许可误差。
②预报项目精度评定规定
一次预报的误差小于许可误差时,为合格预报。合格预报次数与预报总次数之比的百分数为合格率,表示多次预报总体的精度水平。合格率按下列公式计算:
式中:QR——合格率;
n——合格预报次数;
m——预报总次数。
预报项目的精度按合格率大小分为三个等级。精度等级规定见表5.1。5.2方案的评定与检验
洪峰流量及洪峰出现时间均按许可误差法进行评定,各次洪水评定结果见附表2-1。按照评定结果进行统计,得到南宽坪站预报方案总体评定结果,见表5.3。
(3)方案的检验结果及结论
使用2009~2011年4场洪水进行方案的精度检验,各次洪水精度检验情况见附表3,洪峰流量和峰现时间检验结果见表5.4。
由检验表可知,4次洪水洪峰合格率75%,为乙等;洪峰出现时间合格率100%,为甲等;方案检验精度指标优于评定指标。根据《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008 GB)的规定方案总体等级为乙等,综合以上评定情况,本方案可以用于发布正式预报。陕西水利
(责任编辑:王剑)
◆作者系商洛水文水资源勘测局工程师,水电水利工程建筑专业二级建造师。