中小河流水文站预警预报方法浅析——以江村水文站为例

魏树强，吴美芳，张 斌，江 涛

（江西省景德镇市水文局，江西 景德镇333000）

中小河流洪水灾害是当前我国严重的自然灾害之一。 与大江大河相比，中小河流具有分布广、降水及下垫面空间导致性强、产汇流时间短、突发性强、水文资料欠缺等特点［1］，据统计，一般年份中小河流洪涝灾害损失约占我国洪涝灾害的70%， 近年来造成的伤亡人数约占80%。 因此中小河流水文监测系统建设是亟需解决的关键问题［2］。

景德镇市水文局自2013年开始实施中小河流水文监测系统建设，截止2016年底，已完成10个水文站、5个水位站的建设并投入使用中。 此中小河流水文监测系统建设的完成，填补了景德镇中小河流水文信息在防汛决策中的空白，大大提高了中小河流的水文预报预警能力。 但新建水文站中小河流地区，由于缺少实测流量资料，无法建立预报方案，水文预警预报工作处于被动局面。 为此，笔者从雨量资料推求洪水角度出发，利用面降雨量与水位涨幅的相关关系，结合外业调查成果，构建中小河流洪水预报速查表，供缺乏水文资料的中小河流防洪减灾决策参考。

1 研究区域概况

1.1 北河流域

北河是昌江二级支流。 发源于安徽省石台、东至、祁门3县交界处的仙寓岭，流域面积244km2，主河道长度60.9km，主河道纵比降0.348%，自北向南，经大观桥、曹家纳石壁下水和严台水，过浮梁县江村流经石溪、沽演，于沽潭汇入小北港，最终汇入昌江。江村乡以上河段为山地丘陵，洪水暴涨暴落，汇流历时短，尤其汛期的强降雨往往造成突发性洪水灾害，并伴有泥石流、滑坡等山地灾害，危害性较大。

1.2 北河江村水文站

江村水文站2017年正式使用。 集水面积244km2（其中安徽省面积151km2），主河道长度60.9km，主河道纵比降0.348%，流域平均高程303m，流域多年平均降水量1713.0mm，降水主要集中在4～9月。 河道顺直长约1km， 低 水 河 宽 约40m。 测验方式以巡测为主， 断面上游14km为安徽省祁门县闪里镇，断面上游7km 设有严台水位站。 断面设有箬坑、闪里、严台、江村4个雨量站，如图1。

图1 雨量站分布图

2 外业调查确定成灾水位

开展中小河流水文站的预警预报工作， 首先要了解该河流内自然地理特性、历史洪水情况、水工程设施情况、水情站网建设等，并通过外业调查，确定该河段的成灾水位。

当前，部分中小河流防洪标准为3～5年，大多数中小河流不设防。 在外业调查中， 坚持以人为本原则，以洪水淹入居民房屋、重要乡村公路、桥梁的水位作为成灾水位的依据。

江村水文站所处位置为浮梁县江村乡政府所在地，本次外业调查范围自上游诰峰村至下游中洲村，如图2，距离8km。 收集1980，1998，2017年3年较大洪水。 确定受河道洪水影响明显的村落为：诰峰村、江村、中洲村；其中杨家庄、李家地势较高，现场访问确认至今未受洪水影响。 以中小河流水文站江村站为中心，与上下游重要村庄、道路建立相应关系，确定成灾水位为71.00m，如图3。

图2 北河江村河段行政村及洪水调查分布

图3 江村水文站与上下游对应关系

3 预警预报方法

江村水文站2017年正式投入使用， 缺少流量测验资料， 采用中国洪水预报系统， 预报结果均是流量，无法换算成水位结果。 目前江村水文站有3年的降雨、水位资料，而对于中小河流洪水，预报洪峰水位比较关键。因此，考虑造峰雨量与洪峰水位涨幅的关系，建立降雨与水位涨幅的相关关系。

3.1 资料收集

选取流域内4个有代表性的雨量站，使用泰森多边形法计算面雨量，雨量站控制权重系数如表1。 洪水选用2019年4场洪水为代表，如表2。分别收集次洪造峰雨量、降雨历时、起涨水位、水位涨幅。 4场洪水的面雨量-水位关系如图4。

表1 雨量站控制权重系数

表2 江村水文站2019年场次洪水统计

图4 4场次洪水面雨量-水位示意图

3.2 建立回归模型

以各场次洪水的水位涨幅与相应的造峰雨量为参数建立一元回归方程：△Z=0.019P+0.355。 采用回归模型对2019年4场洪水进行评定，4场洪峰水位误差在0.1～0.3m范围波动，基本满足中小河流预警预报要求。

3.3 建立雨量水位速查表

通过回归模型，统计不同起涨水位、造峰雨量情况下可达到的洪峰水位，建立雨量水位速查表，如表3，以快速、便捷开展中小河流预警工作。

表3 洪峰水位速查 单位：m

4 应用实例

结合外业调查成果及江村水文站雨量水位速查表，在2020年中小河流预警预报中发挥了重要作用。

2020年7月6日傍晚，北河流域上游突然降暴雨，主峰雨时段20：00至次日10：00， 江村水文站雨量达135mm，江村以上流域面平均雨量为159mm，江村水文站水位迅速上涨，7日0：00起涨水位67.37m， 累计降雨量43mm， 第一次查线预报洪水位7日3：00为68.50m，发布第一次中小河流预警，预警对象为江村乡中洲村低洼地区；7日3：00， 累计降雨量88.2mm，第二次查线预报洪水位7日7：00为69.40m，至7日10：00，累计降雨量159.1mm，第三次查线预报洪水位7日13：00为71.00m。 此次过程发布预报三站次，与实测值绝对误差分别为0.03，0.30，0.30m， 提前3～4h发布中小河流预警，为当地群众转移提供了宝贵时间。

5 结语

本文通过对北河江村水文站洪水的面降雨量、洪峰水位等水文要素分析，建立了降雨与水位的预报模型，该方法参数少，统计简单，在资料较少，且无流量资料的情况下对中小河流预警预报具有一定实用价值。结合中小河流的外业调查成果，及时发布中小河流预警，为当地防汛部门提供了便捷、快速的技术支撑。