胡 堅(jiān)， 黃昕怡， 何澤良， 林明麗， 敬鋼球

(1.湖南省湘潭市氣象局，湖南湘潭 411100；2.湖南省湘潭縣氣象局，湖南湘潭 411200)

?

湘潭縣主汛期涓水流域洪峰與降水量關(guān)系分析

胡 堅(jiān)1， 黃昕怡2， 何澤良1， 林明麗1， 敬鋼球2

(1.湖南省湘潭市氣象局，湖南湘潭 411100；2.湖南省湘潭縣氣象局，湖南湘潭 411200)

摘要利用2011~2014年涓水流域上游10個(gè)區(qū)域氣象站的日降水量及射埠水文站洪峰水位高度與流量資料，用算術(shù)平均法求得流域日面雨量，與洪峰過程進(jìn)行分析，結(jié)果表明,流域累積面雨量達(dá)≥60.0 mm時(shí)，其后1~2 d將有洪峰產(chǎn)生；若累積面雨量≥90.0 mm，且最大日面雨量達(dá)100.0 mm以上，其后1 d將有流量達(dá)1 000 m3/s以上洪峰產(chǎn)生；洪水過程中，洪峰水位和流量與洪峰出現(xiàn)前1 d日面雨量的關(guān)系最為顯著。利用逐步回歸和多元回歸方法建立預(yù)報(bào)方程模型，發(fā)現(xiàn)在站點(diǎn)資料齊全的情況下，采用多元回歸方法具有更好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率；若站點(diǎn)降水量資料不全，則采用最優(yōu)因子逐步回歸模型。

關(guān)鍵詞汛期降水量；洪峰；關(guān)系;湘潭縣；涓水流域

涓水位于湖南省中部，是湘江一級(jí)支流，發(fā)源于婁底市雙峰縣昌山，流經(jīng)衡山縣新橋、白果、湘潭縣花石、射埠，從河口注入湘江。射埠水文站設(shè)立于1972年1月，是涓水河下游控制站，屬省級(jí)重要水文站。涓水在湘潭縣內(nèi)流程67 km，流域面積1 069 km2，占全縣總面積的42.6%，是境內(nèi)面積最大的一條河流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，湘潭縣近20年共發(fā)生12次大的洪水，其中9次出現(xiàn)在涓水流域，出現(xiàn)時(shí)間均在主汛期4~9月。如2011年6月10~14日，涓水流域出現(xiàn)強(qiáng)降水，涓水超警戒水位，造成兩岸農(nóng)田受災(zāi)808.8 hm2，房屋倒塌481 間等，經(jīng)濟(jì)損失0.4億。因此掌握涓水流域主汛期洪峰與降水量的關(guān)系，能夠主動(dòng)為防洪搶險(xiǎn)工作提供科學(xué)的決策依據(jù)，有利于防汛工作的順利開展。肖立炎等[1]利用萍水河上游觀測(cè)站各時(shí)段降水量與萍鄉(xiāng)市城區(qū)河內(nèi)漲水關(guān)系，建立了二者之間的預(yù)測(cè)模型；王歡等[2]利用逐步回歸方程，建立了信江河上游雨量站點(diǎn)與梅港水文站洪峰期之間的預(yù)測(cè)方法；吳璐等[3]研究了沙澧河上游關(guān)鍵區(qū)面雨量與致洪之間的關(guān)系。筆者將利用涓水流域出現(xiàn)洪峰的數(shù)據(jù)資料，建立遇強(qiáng)降水時(shí)洪峰與降水量的關(guān)系及預(yù)報(bào)模型，以期更好地為當(dāng)?shù)卣案鞑块T提供服務(wù)，提升防災(zāi)減災(zāi)能力和水平。

1資料和方法

1.1資料來源利用涓水流域荷葉站、新橋站、青山橋站、龍口站、花石水庫站、分水站、排頭站、嚴(yán)沖水庫站、錦石站及射埠站10個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站2011~2014年4~9月08：00~次日08：00≥25.0 mm的降水量及出現(xiàn)日期，射埠水文站2011~2014年出現(xiàn)洪峰時(shí)的水位、流量及日期。若洪水過程中站點(diǎn)雨量缺測(cè)太多，無法準(zhǔn)確計(jì)算流域面雨量則以空缺方式顯示。

1.2分析方法

1.2.2逐步回歸法。利用逐步回歸方法對(duì)洪峰期射埠水文站的水位高度、最大流量與前期各站點(diǎn)日降水量的關(guān)系進(jìn)行研究，建立洪峰水位、最大流量的預(yù)測(cè)模型。

2結(jié)果與分析

2.1洪水過程雨洪關(guān)系分析洪峰的出現(xiàn)離不開強(qiáng)降水過程[8]，從2011~2014年涓水流域出現(xiàn)11次洪水過程的洪峰(超過警戒水位46.5m)流量與流域站點(diǎn)當(dāng)天及前1~2d面雨量(表1)可看出,涓水流域發(fā)生1 000m3/s以上的洪峰，當(dāng)天或前1d一般有較強(qiáng)的降水過程，一般累積面雨量達(dá)90.0mm以上，或最大日面雨量≥100.0mm;低于1 000m3/s的洪峰中，僅一次累積面雨量<50.0mm，其余過程累積面雨量均大于60.0mm;洪峰出現(xiàn)時(shí)間一般滯后強(qiáng)降水1d，11次洪水過程中有9次過程最強(qiáng)降水出現(xiàn)在洪峰前1d;涓水流域洪峰出現(xiàn)與前1d降水量密切相關(guān)。綜上所述，當(dāng)涓水流域出現(xiàn)累積面雨量達(dá)90.0mm以上，且最大日面雨量≥100.0mm時(shí)，其后1d流域?qū)⒂辛髁窟_(dá)1 000m3/s以上洪峰產(chǎn)生；若當(dāng)累積面雨量達(dá)60.0mm以上時(shí)，其后1~2d流域?qū)⒂泻榉瀹a(chǎn)生。因此，可將流域日面雨量≥100.0mm的降水過程視為大洪水預(yù)報(bào)臨界值，將過程累積面雨量≥60.0mm的降水過程視為涓水流域可致洪的預(yù)報(bào)臨界值。

2.2涓水流域面雨量與射埠站洪峰的關(guān)系分析11次洪水過程射埠水文站每日最大流量、洪峰水位與當(dāng)天及前1~2d涓水流域逐日面雨量，分別計(jì)算相關(guān)關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表2)，射埠水文站洪峰和流量與涓水流域逐日面雨量的相應(yīng)關(guān)系不盡相同。其中，前1d涓水流域日面雨量與洪峰及流量的相關(guān)關(guān)系均最好，相關(guān)系數(shù)分別為0.83、0.84，當(dāng)天次之；前2d面雨量與洪峰及流量的相關(guān)關(guān)系最弱，且相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值，原因可能是由于涓水流域?yàn)樾×饔颍髡军c(diǎn)降水匯聚到射埠水文站的過程中沿程流量不斷增大，發(fā)生坦化變形，再加上流域匯流是高阻尼系統(tǒng)，具有高度衰減性，導(dǎo)致匯流中流量衰減量過大，匯聚到射埠站的流量反而減小造成的[9]。由此表明射埠水文站洪峰預(yù)報(bào)關(guān)鍵為涓水流域前1d面雨量。

表1　涓水流域流量與面雨量統(tǒng)計(jì)關(guān)系　mm

表2　射埠站洪水洪峰、流量與涓水流域日面雨量的相關(guān)關(guān)系

2.3洪峰水位及流量預(yù)報(bào)方程研究前期雨量對(duì)洪峰的影響，僅選用洪峰形成時(shí)期的樣本，剔除其余樣本，最后共得到11個(gè)有效樣本。涓水流域內(nèi)，由于各區(qū)域氣象站到射埠水文站的距離不同，同一時(shí)間的降水對(duì)射埠站洪峰的影響程度和時(shí)間不一樣，但由于涓水流域面積較小，因此僅考慮前2 d逐日降水量對(duì)射埠站洪峰的影響。選取涓水流域10個(gè)氣象站點(diǎn)當(dāng)天及前1~2 d的面雨量，資料樣本為11個(gè)，采用逐步回歸和多元回歸2種方法，建立射埠站洪峰過程水位以及最大日流量的3種統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)回歸方程。設(shè)x0、x1、x2分別代表洪峰出現(xiàn)日、前1 d及前2 d涓水流域日面雨量，應(yīng)用一元、二元回歸得出的洪峰水位高度逐步回歸方程分別為y1=45.84+0.03x1、y2=45.865+0.023x1+0.051x0，最大日流量逐步回歸方程分別為Y1=191.302+8.452x1、Y2=198.014+6.473x1+13.695x0，而運(yùn)用多元回歸得到的洪峰水位高度多元回歸方程為y3=45.41+0.052x0+0.027x1+0.013x2、最大日流量多元回歸方程為Y3=80.681+14.055x0+7.340x1+3.300x2。

用以上方程，在2011~2014年涓水流域10次(2013年6月15~16日洪水過程時(shí)間相隔過近，得出方程效果較差，在此視為1次)洪水來臨前，用相應(yīng)的日雨量實(shí)況對(duì)射埠站洪水洪峰高度和流量進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)況比較較為接近(表3)，可見，統(tǒng)計(jì)回歸方法對(duì)涓水流域洪峰、流量預(yù)報(bào)具有一定的指導(dǎo)意義，在面雨量預(yù)報(bào)具有一定精度的情況下，可提前2 d預(yù)報(bào)涓水射埠站洪峰流量。

表3　射埠站洪水流量、洪峰方程預(yù)報(bào)結(jié)果

這3個(gè)模型均能很好地預(yù)報(bào)出射埠站洪峰值，為甄選出最適合射埠站洪峰流量預(yù)報(bào)方程，采用Pearson相關(guān)系數(shù)來確定最優(yōu)預(yù)報(bào)方程，由預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況值相關(guān)系數(shù)(表4)可見，對(duì)于涓水流域射埠水文站洪峰流量預(yù)報(bào)，多元回歸方法得出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果最為接近，洪峰流量的預(yù)報(bào)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)分別高達(dá)0.85、0.86；若由于數(shù)據(jù)缺失，無法采取多元回歸模型時(shí)，應(yīng)采用最優(yōu)因子逐步回歸模型(即步入1個(gè)因子，在此步入因子為前1 d面雨量)來預(yù)報(bào)，即y1、Y1的預(yù)報(bào)方程，其預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性也較高。

表4　方程預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)

3結(jié)論

通過分析射埠水文站洪峰過程與涓水流域降水量的關(guān)系，得出以下結(jié)論：

(1) 涓水流域出現(xiàn)累積面雨量達(dá)90.0 mm以上，且最大日面雨量≥100.0 mm時(shí)，其后1 d流域?qū)⒂辛髁窟_(dá)1 000 m3/s以上洪峰產(chǎn)生；若當(dāng)累積面雨量達(dá)60.0 mm以上時(shí)，其后1~2 d流域?qū)⒂泻榉瀹a(chǎn)生。

(2) 涓水流域?yàn)樾⌒土饔?，預(yù)測(cè)洪峰時(shí)采用其前2 d的降水量，面雨量采用算術(shù)平均法計(jì)算。洪峰與其出現(xiàn)前1 d面雨量的關(guān)系最為顯著。

(3) 利用逐步回歸和多元回歸方法對(duì)洪峰期內(nèi)射埠水文站水位、流量與各氣象站日降水量關(guān)系進(jìn)行了研究，建立了洪峰預(yù)報(bào)方程模型。表明在站點(diǎn)資料齊全的情況下，采用多元回歸方法具有更好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率；若站點(diǎn)降水量資料不全，則采用最優(yōu)因子逐步回歸模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖立炎, 鄔清元, 鄧學(xué)友, 等.萍水河上游流域降水與城區(qū)河內(nèi)洪峰關(guān)系的研究[J].江西氣象科技, 2006, 27(2):17-19.

[2] 王歡,單九生,鄧虹霞.信江流域洪峰期水位預(yù)測(cè)方法初探[J].暴雨災(zāi)害,2007,26(4):352-354.

[3] 吳璐,靖春悅,張曉歐,等.沙澧河上游關(guān)鍵區(qū)汛期強(qiáng)降水面雨量對(duì)洪峰的影響[J].環(huán)境與科學(xué),2010,33(3):29-32.

[4] 王銘才.大氣科學(xué)常用公式[M].北京：氣象出版社, 1994：518-519.

[5] 董官臣, 冶林茂.面雨量在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].氣象, 2000,26(1):9-13.

[6] 孟遂珍, 彭治班, 趙秀英，等.流域平均降水量的一種算法[J].北京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(2)：64-68.

[7] 畢寶貴, 徐晶, 林建.面雨量計(jì)算方法及其在海河流域的應(yīng)用[J].氣象, 2003, 29(8):39-42.

[8] 徐晶, 林建, 姚學(xué)祥, 等.七大江河流域面雨量計(jì)算方法及應(yīng)用[J].氣象, 2001, 27(11):13-16.

[9] 何明瓊, 熊傳輝.清江流域、長江上游面雨量與致洪關(guān)系分析[J].四川氣象, 2000, 20(3):49-53.

收稿日期2015-12-09

作者簡(jiǎn)介胡堅(jiān)(1979- )，男，湖南永州人，工程師，碩士，從事氣象服務(wù)和應(yīng)用氣象研究

基金項(xiàng)目2015年湖南省氣象局短平快課題(XQKJ15B141)。

中圖分類號(hào)S 164

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)02-214-02