黃 馗，陳曉兵，石宏輝，古書(shū)鴻，楊勝忠

(1. 廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣西 南寧 530023；2.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

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都柳江洪水傳播時(shí)間分析

黃 馗1，陳曉兵1，石宏輝2，古書(shū)鴻2，楊勝忠2

(1. 廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣西 南寧 530023；2.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

基于都柳江流域水位監(jiān)測(cè)資料，開(kāi)展了洪水傳播時(shí)間分析。結(jié)果顯示，電站水庫(kù)對(duì)洪水傳播時(shí)間具有明顯影響；在不受電站水庫(kù)影響情況下，干流站點(diǎn)間水位和傳播時(shí)間有顯著的相關(guān)性?；谒挥^測(cè)資料，能夠建立站點(diǎn)間洪水傳播時(shí)間和上游站水位的關(guān)系模型，并由此推算出洪水傳播時(shí)間。

都柳江；洪水傳播；水位；洪峰

1 引言

開(kāi)展洪水傳播預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)時(shí)必須進(jìn)行洪水傳播時(shí)間分析。河道洪水傳播時(shí)間與水位落差、流量大小、洪水的平均速度、河道形狀、坡降、長(zhǎng)度等有關(guān)[1-9]，此外水庫(kù)、電站等也對(duì)洪水傳播造成重要影響。開(kāi)展都柳江干流洪水傳播時(shí)間分析，能夠有助于了解洪水的傳播過(guò)程，為下游防汛抗災(zāi)和水電調(diào)度，特別是對(duì)下游麻石電站的發(fā)電調(diào)度具有重要的參考作用。本研究基于都柳江流域干流上的水位監(jiān)測(cè)資料，開(kāi)展了站點(diǎn)間水位和傳播時(shí)間相關(guān)分析，建立了洪水傳播時(shí)間和上游洪峰水位的關(guān)系，并將研究結(jié)果應(yīng)用于洪水傳播預(yù)報(bào)工作中。

2 研究區(qū)域概況

都柳江發(fā)源于貴州省獨(dú)山縣，流域涉及獨(dú)山、三都、丹寨、雷山、榕江、從江、黎平、三江等8縣，八洛河口以上流域總面積約10 803.1 km2。干流經(jīng)過(guò)獨(dú)山、三都、榕江、從江、三江縣后匯入融江。都柳江眾多的支流發(fā)源于雷公山南側(cè)和月亮山脈，其中，發(fā)源于雷公山的較大支流有丹寨的排調(diào)河、榕江的平江河和寨蒿河，發(fā)源于月亮山脈的較大支流有榕江的牛長(zhǎng)河、黎平的雙江河以及從江的宰便河、平正河、雍里河和八洛河等。

都柳江流域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同季，降水充沛，多年平均降水量在1 100～1 400 mm之間，降水主要集中5—8月，雷公山、月亮山為都柳江流域的兩個(gè)暴雨中心，夏季多暴雨洪澇。都柳江夏季平均流量最大，冬季春季最小，其中以6月最大、7月次之、5月第3、8月第4，1月最小。

目前，貴州境內(nèi)都柳江干流梯級(jí)電站有三都電站、榕江紅巖電站、永福電站，此外，從江電站和大融電站正在建設(shè)中。支流中型以上電站水庫(kù)有丹寨排調(diào)河的碼頭電站、馬頸坳電站、榕江平江河平江電站、料里電站、樂(lè)鄉(xiāng)電站、黎平雙江電站、從江倍雷電站、四寨河電站、雍里電站、獨(dú)洞水庫(kù)等。

3 資料和方法

都柳江水位監(jiān)測(cè)資料來(lái)源于黔東南州氣象局。2011年以來(lái)，黔東南州氣象局在都柳江流域建立了21個(gè)暴雨山洪監(jiān)測(cè)站，其中8個(gè)位于都柳江干流，依次為三都縣猴場(chǎng)、榕江縣興華、定威、八開(kāi)、榕江、從江縣臘娥、從江和八洛，其中猴場(chǎng)、八洛為2014年10月新建站。暴雨山洪監(jiān)測(cè)站的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位相對(duì)高度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

選取都柳江干流水位觀測(cè)資料，采用相關(guān)分析法和最小二乘法等，分析都柳江洪水傳播時(shí)間，建立洪水傳播時(shí)間和水位的關(guān)系模型。

4 結(jié)果分析

4.1 洪水峰值傳播分析

基于水位監(jiān)測(cè)資料，能夠?qū)崟r(shí)了解都柳江流域各站點(diǎn)水位狀況。以2014年11月2—4日洪水過(guò)程為例(圖2)，對(duì)比各站水位變化可以看出，臘娥、從江、八洛3站的水位變化均反映了此次洪水過(guò)程中，有4次洪峰過(guò)境，但洪峰水位以及出現(xiàn)時(shí)間有一定差異，即洪水波相位存在時(shí)間差。水位變化過(guò)程，能客觀反映洪水過(guò)程，可應(yīng)用洪峰水位代表洪峰過(guò)程。

圖1 都柳江暴雨山洪站分布圖

圖2 2014年11月2—4日臘娥、從江、八洛水位變化圖

4.2 洪水傳播時(shí)間分析

基于洪水過(guò)程洪峰水位及出現(xiàn)時(shí)間，推算了站點(diǎn)間洪水傳播時(shí)間?；谏嫌握舅毁Y料和洪水傳播至下游站的時(shí)間，能夠建立站點(diǎn)間水位和洪水傳播時(shí)間的關(guān)系。表1列出了2011—2014年部分洪水個(gè)例中洪水過(guò)程峰值及時(shí)間記錄數(shù)據(jù)。

表1 洪水過(guò)程峰值水位及傳播時(shí)間表

備注： “——”為缺測(cè)

八開(kāi)至榕江河段和榕江至臘娥河段，由于分別受到紅巖電站和永福電站的影響，相鄰站點(diǎn)間洪峰水位以及洪水傳播時(shí)間與上游站水位的相關(guān)性均較差(圖5)，電站水庫(kù)對(duì)洪水的調(diào)節(jié)影響不可忽視。如8月12日和9月18日，八開(kāi)水位分別為0.78 m和0.73 m，洪水傳播至榕江分別需要3.3 h和3.2 h；在8月12日洪水有效補(bǔ)充水庫(kù)庫(kù)容基礎(chǔ)上，8月13日八開(kāi)水位為0.72 m與8月12日0.78 m接近，但洪水傳播時(shí)間僅1.8 h。由此可見(jiàn)，水庫(kù)調(diào)蓄作用對(duì)洪水傳播的影響所在。只有當(dāng)水庫(kù)庫(kù)容較滿，上游水位較高、流量較大，水庫(kù)不蓄水，洪峰能直接通過(guò)時(shí)，水庫(kù)對(duì)洪水傳播時(shí)間的影響才能忽略不計(jì)。

圖3 臘娥站與從江站洪峰水位關(guān)系圖

圖4 洪水傳播時(shí)間與水位關(guān)系圖(臘娥—從江)

圖5 洪水傳播時(shí)間與水位關(guān)系圖(榕江—臘娥)

臘娥至從江段，資料相對(duì)完整，且不受電站影響。相關(guān)性分析顯示，臘娥站和從江站洪峰水位具有極顯著的相關(guān)性(R=0.999 3)(圖3)。洪水自臘娥傳播至從江的時(shí)間，與臘娥水位也具有極顯著相關(guān)性(R=0.88)(圖4)。因此，可基于上游洪水峰值水位預(yù)測(cè)下游洪水峰值水位及傳播時(shí)間。

從圖4可以看出，洪水傳播過(guò)程中，洪峰水位越高，傳播時(shí)間越短，反之越長(zhǎng)，二者可以用對(duì)數(shù)曲線模擬。剔除水庫(kù)對(duì)洪水傳播時(shí)間影響較大的個(gè)例，可計(jì)算得到不同河段洪水傳播時(shí)間與上游站水位的關(guān)系(表2)。

表2 站點(diǎn)間洪水傳播時(shí)間與洪峰水位關(guān)系表

備注：T為洪水傳播時(shí)間(h)，x為起點(diǎn)站洪峰水位(m)；*為通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，**為通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。

4.3 洪水傳播時(shí)間預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

從江至八洛、良口(麻石水庫(kù)庫(kù)尾)段，目前均沒(méi)有梯級(jí)電站的影響，且河道坡降率也比較均勻，可以認(rèn)為流速與臘娥至從江段一致，結(jié)合站點(diǎn)間河段長(zhǎng)度，可以推算得到下游洪水傳播時(shí)間。

臘娥至從江河段長(zhǎng)度約40 km，則該河段平均流速為：

V=40/(-2.025 9Ln(x)+6.477 8)

(1)

其中V為流速(km/h)，x為臘娥站洪峰水位(m)。

從江以下河段洪水傳播時(shí)間為：

T=S/V=S/(40/(-2.025 9Ln(x)+6.477 8))

(2)

其中T為洪水自臘娥站傳播至下游的時(shí)間(h)，S為臘娥至下游站點(diǎn)間的河段長(zhǎng)度(km)，x為臘娥站洪峰水位(m)。

八洛站自2014年10月建成以來(lái)，為從江下游段洪水傳播時(shí)間監(jiān)測(cè)提供了重要的支撐。2014年11月2日，都柳江流域出現(xiàn)較強(qiáng)降雨天氣過(guò)程，干流各監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)到了相應(yīng)洪峰變化(圖1)。

臘娥至八洛河段長(zhǎng)度約70 km。根據(jù)公式(2)分別計(jì)算了2014年11月2—4日洪水自臘娥傳播至從江和八洛的傳播時(shí)間(表3)。

表3 2014年11月2—4日洪水傳播時(shí)間監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)時(shí)間對(duì)比表

結(jié)果顯示，一次洪水過(guò)程存在多次洪峰，不同洪峰即使洪峰水位相同，洪水傳播時(shí)間也存在差異。4次洪峰預(yù)測(cè)時(shí)間與實(shí)際傳播時(shí)間相近，誤差普遍在20 min以內(nèi)。最大誤差是初次洪峰傳播至八洛，較實(shí)際時(shí)間提前1.8 h，這與時(shí)值枯水期，初次洪峰過(guò)程時(shí)洪水需先填充河道才能繼續(xù)往下傳播，從而減緩了洪水傳播速度等因素有關(guān)。預(yù)測(cè)洪水傳播至八洛站，4次洪峰傳播時(shí)間預(yù)測(cè)誤差越來(lái)越小。因此，基于上游水位預(yù)測(cè)下游洪水傳播時(shí)間的方法可應(yīng)用于對(duì)洪水傳播的預(yù)測(cè)中，但需進(jìn)一步綜合考慮洪水過(guò)程中的洪峰次數(shù)等多種因素。

5 結(jié)論與討論

基于都柳江干流水位監(jiān)測(cè)站資料，能夠了解洪水傳播過(guò)程。結(jié)合水位和洪水傳播時(shí)間分析得出以下結(jié)論：

①洪水傳播時(shí)間受到梯級(jí)電站影響較大。在沒(méi)有水庫(kù)影響的河道內(nèi)傳播時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定，與水位有比較好的相關(guān)性，水位越高，傳播時(shí)間越短。

②同一次降雨天氣過(guò)程，不同洪峰在同一河段的傳播時(shí)間存在一定差異。

③基于站點(diǎn)間洪峰水位及出現(xiàn)時(shí)間，能夠推算出河段平均流速，結(jié)合河段長(zhǎng)度，能夠預(yù)測(cè)下游洪水傳播時(shí)間。

受資料所限，本研究?jī)H重點(diǎn)針對(duì)都柳江干流的榕江—臘娥—從江河段開(kāi)展了洪水傳播分析，未來(lái)在資料更加豐富和完整基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步針對(duì)上下游河段進(jìn)行深入分析，以期更加全面了解都柳江洪水傳播過(guò)程，為水電調(diào)度提供更加科學(xué)的依據(jù)和參考。

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2014-11-11

黃馗(1984—)，男，工程師，碩士，主要從事電網(wǎng)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度、水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度等工作。

貴州省氣象局氣象科技開(kāi)放研究基金項(xiàng)目(黔氣科合KF[2015] 13號(hào))。

1003-6598(2015)03-0058-04

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