中小河流预警预报经验公式研究——以大肚川镇水文站为例

李禹君

(黑龙江省水文水资源中心牡丹江分中心，黑龙江 牡丹江 157000)

1 中小河流预警预报研究现状

中小河流指流域面积在200-3000km2之间的河流，因为流域面积小，灾害突发性强，资料年限短，坡陡汇流快，预见期短，预报预警难度较大，因此中小河流洪水灾害已经成为我国严重的自然灾害之一[1]。

尽管国内外已经逐步开展中小河流预警预报的研究，但就目前而言，中小河流洪水特点的研究成果仍较少，缺乏有效的预报预警手段。目前国内外针对于中小河流预警主要集中在中小河流洪水形成机理、洪水预报模型、缺资料中小河流水文模型参数确定等方面[2]。

常见的方法有临界雨量的预警方法、基于降雨径流的定量预警方法、基于上游控制站监测预报方法，文章根据降雨径流的定量方法，以大肚川镇水文站为例，将面平均雨量、降雨历时作为输入因素，提出快捷方便的预警预报经验公式，以达到小流域快速准确预警预报的效果。

2 大肚川镇水文站基本情况及洪水情况

大肚川镇水文站位于黑龙江省东宁市大肚川镇大肚川村，地理坐标E131°03′57.7"、N43°56′56.1"，该站始建于2016年6月，集水面积578km2，是佛爷沟河下游控制站，是中小河流专用站。防汛服务的主要对象是大肚川镇，大肚川镇地处东宁市南，距东宁市16km。

通过对大肚川镇水文站2017—2019年洪水资料整理发现，其峰现时间多在6h以内，水位变幅在0.5-2.0m之间，流量变幅在40-220m3/s之间，受面平均雨量与降雨历时影响较大，大肚川镇水文站洪水场次情况表，见表1。

表1 大肚川镇洪水场次情况表

3 经验公式的提出与使用

陈凯在《原区中小河流洪峰流量计算方法研究》中，提到了综合单位线法、推理公式法、洪峰流量经验公式法三种方法[3]。其中洪峰流量经验公式法指通过实测洪水资料进行归纳总结，直接反映洪峰流量与影响因素之间的经验关系，并选取了区域特征参数、流域面积等因素作为输入参数。最直接影响洪峰流量主要的因素有面平均降雨量、降雨历时两个因素。其中面平均降雨量与场次洪水的流量涨幅成正比例关系，降雨历时与场次洪水的流量涨幅成反向关系，非反比例关系。因此根据上述关系拟定其数学表达式及意义如下：

(1)

式中：△Q为流量变幅，m3/s；P为面平均降雨量，mm；T为降雨历时，h；a为经验系数；b为降雨历时敏感度削弱系数；c为降雨历时权重系数。

通过遗传算法迭代率定分析计算，检验结果列于大肚川镇站拟合度检验和系数表中。由表2可知，复相关系数R为0.956，确定性系数R2为0.914，说明经验公式代表性较好；经验系数a为0.246、降雨历时敏感度削弱系数b为20.77、降雨历时权重系数c为83.22，得出大肚川镇站流量涨幅方程式为：

表2 大肚川镇站拟合度检验和系数表

(2)

根据已选取的大肚川镇站2017-2019年5场次洪水要素数据，把各场次洪水的面平均雨量和降雨历时代经验公式，计算出相应场次洪水流量涨幅估算值，并绘制流量涨幅实测值与估算值拟合曲线图，由图1可见，实测值与估算值拟合度良好。

图1 大肚川镇站流量涨幅实测值与估算值拟合曲线图

根据已经率定的经验公式，绘制大肚川镇站流量涨幅统计表，根据本站底水和断面基本情况等情况，得出结论流量涨幅达到190m3/s时，该站达到警戒水位，并在统计表中标出，由于篇幅有限，仅展示5小时以内统计表，见表3。

表3 大肚川镇站流量涨幅统计表

4 经验公式优缺点及改进方向

在挑选的各场洪水中，经验公式基本能满足预警预报的精度要求。在防汛预警过程中，该公式仅需要两个最直接明了的输入因素，可以达到快速、准确的预警预报效果，当然也仍然存在某些方面的问题。例如适用条件比较苛刻，适用于1000km2以内流域面积的控制站；没有考虑流域的调蓄作用，因此也无法适用于受水利工程影响严重的河流；只能推求最大洪峰流量，无法推求洪峰准确时间。由于该站建站时间较短，资料严重不足，因此未考虑降雨前期土壤蓄水量大小，将全部场次洪水放在一起率定，若资料充足，可考虑根据土壤蓄水量进行洪水进行分类迭代率定分析计算，亦可将土壤蓄水量因素融入经验公式中。