胡慶武

摘要 針對遼寧省西部朝陽地區(qū)中小水預報過程中存在的誤差較大、預報精度和準確性較差等問題，對該地區(qū)洪水預報方案進行了修訂，并總結(jié)了該地區(qū)洪水預報方案修訂過程中的幾點體會。

關(guān)鍵詞 遼寧省西部；洪水；預報方案；修訂

中圖分類號 S165 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-346-02

遼寧省西部地區(qū)屬于干旱地區(qū)，暴雨洪水陡漲陡落，預見期短，水災害頻發(fā)，給當?shù)厝嗣裆拓敭a(chǎn)造成巨大損失?！?995.07”大洪水造成遼寧省受災市（縣、區(qū)）達44個，有584萬人受災，造成直接經(jīng)濟損失達347億元，占同期GDP（2 797億元）的12.4%。隨著人民生活水平的不斷提高和社會基礎(chǔ)設(shè)施的日益完善，對洪水預報要求越來越高，中小水的洪水預報越來越多。在開展中小規(guī)模洪水預報過程中還存在以下幾個突出問題：①以前的預報方案大多是根據(jù)大水典型年數(shù)據(jù)確定的降雨徑流相關(guān)圖和單位線，在中小水預報工作中誤差較大，不能滿足防汛工作需要。②由于水文下墊面條件變化和水文資料系列的延長，數(shù)據(jù)代表性發(fā)生了變化，加之水利工程的建設(shè)及其他人類活動的影響，造成預報精度和準確性較差。③水文分析、展示、會商等手段單一，難以保證預報的可靠性、實時性和信息量。因此，需對實用洪水預報方案進行修訂和完善，以提高其預報精度和準確性，使其更好地服務于防汛抗旱工作。為此，筆者對遼寧西部朝陽地區(qū)洪水預報方案進行了修訂，旨在為該地區(qū)流域的洪水預報提供參考。

1 背景與基礎(chǔ)

1.1 自然地理 朝陽市位于遼寧省的西部，地理坐標為118°50′～121°20′ E、40°35′～42°20′ N。東與遼寧省阜新市、錦州市為鄰，南與葫蘆島市接壤，西與河北省平泉、寬城、青龍三縣毗鄰，北與內(nèi)蒙古自治區(qū)的赤峰、通遼兩市相接。呈東、北部寬大，西、南狹窄的“y”型版圖。東西跨度最寬為165 km，南北跨度最長為216 km，邊界周長為980 km。全市土地總面積為19 698 km2，占全省總面積的13.3%。

朝陽市屬北溫帶大陸季風氣候區(qū)，主要氣候特點為四季分明，雨熱同季，日照充足，晝夜溫差較大，積溫高，輻射強，降水偏少。洪澇、干旱、冰雹、霜凍等災害常有不同程度發(fā)生。1956～2000年多年平均降水量達482.8 mm，夏季降水量占年降水量的80%左右，易造成不同時段的干旱。多年平均蒸發(fā)量為1 600～2 000 mm[1-2]。

1.2 河流水系 朝陽市境內(nèi)河流很多，全境流域面積在100 km2以上的中小河流有57條，河流總長為2 650 km。境內(nèi)河流按流域劃分可以分為大凌河、小凌河、老哈河、青龍河四大流域。其中流域面積大于5 000 km2的河流只有大凌河。

大凌河流域位于118°46′～121°50′ E、40°28′～42°38′ N，跨遼寧省、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)3個?。▍^(qū)），主要分布在遼寧省境內(nèi)。干流全長為397 km，流域面積為23 837 km2，其中遼寧省面積達20 285 km2，占全流域面積的85.0%，省外內(nèi)蒙古面積達3 075 km2，河北省面積達477 km2。流域山丘區(qū)面積占98.0%，平原區(qū)占2.0%。大凌河較大支流多在左側(cè)，遼寧省境內(nèi)主要支流有第二牤牛河、老虎山河、涼水河子河、牤牛河及細河等[3]。

1.3 水情監(jiān)測設(shè)施及分布 大凌河流域共有88處雨量站，其中常年觀測站59處，汛期觀測站29處，報汛站71處，水文站11處，水庫站8處，地下水觀測站20處，墑情站13處，蒸發(fā)站4處，各類遙測站點126處，朝陽地區(qū)報汛站網(wǎng)分布見圖1。在大凌河建有宮山咀、閻王鼻子、白石和佛寺4座大型水庫，菩薩廟、瓦房店、龍?zhí)丁弽?、高家店、石碑、老龍?座中型水庫，34座?。á瘢┬退畮靃4]。

2 預報方案的修訂

2.1 修訂方法 預報方案編制過程中，原則上盡量采用原方案的預報模型，有條件也可用更適合的預報模型。同時，還應從以下幾個方面進行修訂和完善：

①補充修訂近幾年洪水數(shù)據(jù)，尤其是2005、2010和2012年各次洪水，要包括所有大、中、小洪水點，根據(jù)原有降雨徑流關(guān)系特征值統(tǒng)計表上的點據(jù)和新點據(jù)修訂降雨徑流相關(guān)圖，制作降雨徑流關(guān)系特征值統(tǒng)計表，總結(jié)分析出每個點的誤差原因，并進行精度評定。

②對原有匯流方案中的單位線進行補充，分析近幾年的洪水匯流規(guī)律，重點分析出適應中小水的單位線[5-6]。

③補充完善預報流域的水利工程基本情況（主要是中小水庫），如水利工程的特征值、河流堤防特性及標準、沿河周邊防護區(qū)的基本情況。

④對近幾年沒有發(fā)生洪水的預報站，要完成預報站上述流域基本情況的補充研究。

2.2 方案修訂

2.2.1 數(shù)據(jù)的收集及處理。

實用洪水預報的數(shù)據(jù)來源主要是《水文年鑒》、水文數(shù)據(jù)庫、流域特性資料匯編、水庫特性資料匯編等，收集內(nèi)容和處理方法如下：

（1）雨量數(shù)據(jù)。依據(jù)水文資料數(shù)據(jù)庫、《水文年鑒》提取所需歷年降雨量數(shù)據(jù)，并進行雨量數(shù)據(jù)資料加工，提取場次有效降雨量，并進行分時段加工（Δt=3 h或Δt=1 h）。

（2）典型場次洪水的選擇。根據(jù)《水文年鑒》選擇歷年洪峰流量較大、代表性較好的場次洪水，計算洪量、峰現(xiàn)歷時、洪水歷時、凈雨R，并根據(jù)場次降雨繪制典型洪水過程線。

（3）流域平均降雨量（P，mm）。選用代表站雨量的算術(shù)平均值作為流域平均降雨量。

（4）前期影響雨量（Pa，mm）。根據(jù)公式Pa（t+1）=Ka×（Pat+Pt）計算預報站以上Pa（每年的6月1日開始起算至9月21日，Pa起始值為當年5月份總流域平均降雨量的三分之二），同時必須控制Pa（t+1）≤Wm。其中，Ka為流域蓄水的日消退系數(shù)，每個月可近似取一個平均值，等于（1-Em/Wm）；Em為流域月平均日蒸散發(fā)能力；Wm為流域最大蓄水量[7]。

（5）降雨歷時（T），即有效降雨所經(jīng)歷的時間，以小時計；降雨強度（Pi），即流域平均降雨量與降雨歷時的比值；徑流系數(shù)（a），即徑流深與流域平均降雨量的比值；根據(jù)朝陽地區(qū)流域特性以及歷年原有預報方案的資料分析確定流域最大損失量（Im）等[8]。

（6）徑流深（R）預報。繪制降雨徑流相關(guān)圖以及關(guān)系線，以P+Pa為縱坐標，R為橫坐標，建立P+Pa～R（降雨徑流）相關(guān)圖。利用所求的P+Pa之和，在P+Pa～R相關(guān)圖中查得R值， 進行R預報，最后對洪水預報方案進行誤差評定（允許預報誤差小于20%，預報誤差值小于3的用3，大于20的用20）。

（7）根據(jù)以上所有分析計算得來的數(shù)據(jù)填報降雨徑流關(guān)系特征值統(tǒng)計表。

2.2.2 匯流預報。

根據(jù)所選典型洪水過程資料，優(yōu)選若干條時段單位線，Δt=3 h或者Δt=1 h（小河站一般選擇Δt=1 h，如團山子站流域面積為270 km2、葉柏壽站流域面積為195 km2），并根據(jù)暴雨中心位置、降雨強度、降雨歷時、雨型及前期影響雨量等因素進行綜合分類。

單位線應用時，可根據(jù)實際情況選擇適用的單位線進行預報。另外，單位線制作采用試算法。場次洪水的選擇以代表性較好，雨型、峰型較好為原則。根據(jù)實測場次洪水過程，計算單位線時段流量放入試算模板，在保證峰型正確、單位線總量不變的情況下根據(jù)實測時段單位線流量進行試算：單位線總量=站以上流域面積×10/3.6/Δt。試算預報峰型，一般情況下預報流量誤差控制在20%以內(nèi)。

由于有部分典型單位線是由其他相近站實測資料分析得來，在實際洪水預報過程中本站的洪水過程峰值必須經(jīng)過修正。峰值修正系數(shù)采用流域面積比的三分之二次方[9]。

2.2.3 修訂后的預報精度。

（1）乙級方案（5個站）：70%≤QR<85%。

其中，大城子站70.8%；閻家窯站82.4%；九連洞站77.3%；

涼水河子站72.7%；團山子站83.3%。

（2）丙級方案（2個站）：60%≤QR<70%。其中，哈巴氣站66.7%；朝陽站63.2%。

（3）合格率較差（1個站）：QR<60%。葉柏壽站40.0%。

3 修訂過程中的幾點體會

通過繪制典型洪水過程線、水位流量關(guān)系線、單位線、降雨徑流相關(guān)圖、水文站2012年斷面圖以及對所有場次洪水進行徑流深和洪峰流量關(guān)系進行分析等對所有預報方案進行重新整理修訂，并重新進行誤差評定。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）在進行洪峰流量和徑流量相關(guān)的分析過程中，超過90%的水文站洪峰流量和徑流深的關(guān)系（峰量相關(guān)）規(guī)律性不強[10]。

（2）采用新、老2種方法（日折減系數(shù)-K）進行前期影響雨量-Pa的計算均有一定的效果。雖然在個別預報方案合格率上2種方法均有不足之處，但是新方法對日蒸發(fā)量（Et）以及前一天所產(chǎn)生的徑流量（Rt）忽略不計，效果較好。新方法合格率超過70%的占62.5%，合格率超過60%的占25.0%，合格率低于60%的占12.5%。而老的方法效果較差，合格率超過70%的只有25.0%，合格率超過60%的占25.0%，合格率低于60%的占50.0%。

（3）目前預報方案編制選擇在計算前期影響雨量（Pa）時，對在實際的洪水預報過程中蒸發(fā)量（Et）和前一天所產(chǎn)生的徑流量（Rt）采取適當?shù)木営嬎?。通過分析計算，選用較合理并適合遼寧西部朝陽地區(qū)的折減系數(shù)（K）進行簡算，即可減少計算過程，還可使降雨徑流相關(guān)點距關(guān)系得到改善。然而，由于每個站的各自流域內(nèi)下墊面條件以及各自流域內(nèi)河流長度、比降等各種條件情況不同，計算結(jié)果也還是不能適合所有水文站的實際情況，因此采取擇優(yōu)選擇的辦法，對洪水預報方案進行修訂和編制。

綜上所述，遼寧省西部地區(qū)是我國洪澇災害頻發(fā)的省份，在近年來的防汛決策過程中，水文部門根據(jù)氣象部門預報降水情況探索流域洪水預報，對于密切監(jiān)視暴雨洪水、增長預見期、做好防汛調(diào)度決策起到良好作用。只有在較長較完善系列水文資料累計的基礎(chǔ)上做好實用洪水預報方案的編制及修訂工作，才能切實有效地為地方政府及水利行政主管部門做好服務，最大程度地減少人民的生命財產(chǎn)損失，并為其他類似地區(qū)流域的洪水預報提供借鑒。

參考文獻

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