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        降雨徑流相關(guān)法在金錢河南寬坪水文站洪水預(yù)報的應(yīng)用

        2016-05-15 08:20:33楊永平
        陜西水利 2016年3期
        關(guān)鍵詞:雨量站洪峰水文站

        ◎楊永平

        降雨徑流相關(guān)法在金錢河南寬坪水文站洪水預(yù)報的應(yīng)用

        ◎楊永平

        1 流域概況

        1.1.自然地理特性

        金錢河發(fā)源于秦嶺南麓柞水縣,自西北向東南流經(jīng)柞水縣、山陽縣,于山陽縣漫川關(guān)鎮(zhèn)出陜西省進入湖北省。南寬坪水文站至河口距離97km。南寬坪斷面以上有小河、馬灘河、米糧川、青山河、三岔河、西河、縣川河、北溝等支流,該流域地勢西北高,東南低,流域狹長呈羽毛狀,兩岸支流分布不對稱,北岸支流源遠流長,南岸支流短小急促。流域內(nèi)植被覆蓋茂密,秦嶺山地多為天然森林,土壤多為砂質(zhì)土,利于下滲。

        1.2.水文氣象特性

        南寬坪水文站以上控制流域?qū)儆诒眮啛釒駶櫄夂騾^(qū),降雨量受大氣環(huán)流、緯度及地形影響,時空分布不均。流域按地貌主要以高山和峽谷交替為主,有少部分的河流階地,流域多年平均降水量在750mm-800mm之間,7月~9月降水量占全年的50%以上。不同重現(xiàn)期洪水的洪峰流量:10年一遇洪水為2050m3/s,20年一遇洪水為2740m3/s,50年一遇洪水為3690m3/s,100年一遇洪水為4420m3/s。建站以來實測最大流量3830m3/s,發(fā)生于1998年8月15日,相當于50年一遇洪水。

        2 預(yù)報站基本情況

        南寬坪水文站位于商洛市山陽縣南寬坪鎮(zhèn),東經(jīng)109°54′,北緯33°18′。該站1959年1月設(shè)立,位于長江流域漢江上游水系金錢河干流上,集水面積3936km2,該站是漢江北岸區(qū)域代表站,同時也是金錢河流域的控制站。

        金錢河南寬坪水文站上游在不同時間設(shè)有龔家坪、曹坪、張家坪、鳳鎮(zhèn)、黑山街、小河、山陽、戶家垣、米糧、板巖、南寬坪等11處雨量站,目前這11處雨量站均為報汛雨量站。用泰森多邊形法劃分的各站控制流域面積及權(quán)重見表2.1;區(qū)間雨量站網(wǎng)統(tǒng)計表見表2.2。

        3 資料情況

        3.1 資料的選用

        據(jù)資料顯示,1980年之前,南寬坪上游有6處雨量站,站網(wǎng)分布不均勻,從1980年后增加到11處,故編制南寬坪水文站預(yù)報方案采用南寬坪上游雨量站相對較多的1980年~2011年間共32年的降雨徑流資料。其中,方案編制資料系列

        表2 .1南寬坪站以上流域雨量站控制流域面積及匯流距離統(tǒng)計表

        表2 .2南寬坪站流域以上區(qū)間雨量站網(wǎng)統(tǒng)計表

        資料年限選用資料條件總場次500≤Q<1000洪水場次實測最大流量(m3/s)1000≤Q<2000Q≥2000 1980—2008 Q南≥50032151343830

        表3.1編制預(yù)報方案歷史資料情況統(tǒng)計表為1980年~2008年,2009年~2011年作為方案檢驗資料系列。預(yù)報方案中的洪水場次是南寬坪水文站洪峰流量大于500m3/s作為選取標準,共選取了1980年~2008年32場配套洪水資料作為建立方案的依據(jù)。

        3.2 資料的三性分析

        3.2.1 資料的可靠性

        南寬坪水文站為國家基本水文站,所選洪水資料按水文資料整編規(guī)范整編的,資料成果經(jīng)過各級水文部門進行審查、審定,并進行了刊印,資料是可靠的。

        3.2.2 資料的一致性

        金錢河上游山嶺縱橫,河谷幽深,人口稀少。受自然地理條件限制,本流域內(nèi)社會經(jīng)濟發(fā)展緩慢,雖有飛播造林、退耕還林的措施,使得植被有所改善,但總體來說對下墊面的影響不大。南寬坪站1980年~2011年的資料,涉及上游的水利工程只有影響很小的薛家溝水庫一座。資料系列具有一致性。3.2.3資料的代表性

        在這32場洪水中不僅包括了不同類型的暴雨所形成的大、中、小洪水;也包括了不同季節(jié)的洪水,因而資料具有代表性。選用資料情況見表3.1。

        4 預(yù)報方案的建立

        4.1 預(yù)報方法的選取

        采用南寬坪站凈峰流量和該流域的前期影響雨量Pa與流域平均降雨量P之和,并以流域降雨中心位置、雨強作為參數(shù)建立P+Pa~Q凈相關(guān)關(guān)系;再以凈峰流量Q凈和洪峰滯時τ,以降雨中心位置作參數(shù)建立Q凈~τ相關(guān)關(guān)系。

        表5 .1預(yù)報項目精度等級表

        表5 .3南寬坪洪水預(yù)報方案評定結(jié)果表

        表5 .4南寬坪站洪水預(yù)報方案精度檢驗結(jié)果表

        4.2 建立預(yù)報方案的方法原理

        本預(yù)報方案采用降雨徑流相關(guān)法制作預(yù)報。建立降雨與凈峰、凈峰與洪峰滯時的經(jīng)驗相關(guān)圖。根據(jù)前期影響雨量Pa和流域平均降雨雨量P與Q凈關(guān)系,以流域降雨中心位置和雨強i為參數(shù)來預(yù)報出凈峰流量Q凈。Q凈=f(P+Pa,降雨中心位置,i)用凈)峰流量Q凈,以流域降雨中心位置為參數(shù),預(yù)報出洪峰滯時τ。

        τ=f(Q凈,降雨中心位置)。降雨徑流相關(guān)圖涉及要素有:前期影響雨量Pa、流域平均降雨量P、次洪的凈峰流量Q凈、降雨中心位置、洪峰滯時τ等。

        4.3 方案的合理性分析

        通過對關(guān)系曲線進行的分析,本方案相關(guān)關(guān)系合理,具有降雨徑流預(yù)報規(guī)律。精度按照《水文情報預(yù)報規(guī)范》(SL250-2000)評定為“乙”等方案。

        4.4 方案的預(yù)見期

        金錢河屬于山溪性河流。河床比降大,匯流時間短,從降雨中心到出現(xiàn)大于500m3/s的洪峰流量的時間在3h~18h之間,如果出現(xiàn)全流域降雨,雨強小于2.5mm/h時洪峰滯時一般在8h~18h之間;當暴雨中心在中游洪峰滯時一般在3h~13h之間,受雨強的影響較大;如果暴雨中心在下游,洪峰滯時一般在3h~7h。本方案的預(yù)見期3h~12h。

        5 方案的評定與檢驗

        5.1 預(yù)報方案精度評定與檢驗依據(jù)

        根據(jù)《水文情報預(yù)報規(guī)范》(GB/T22482-2008GB)的規(guī)定,用許可誤差法進行誤差評定。

        ①許可誤差計算

        洪峰流量采用預(yù)見期內(nèi)實測洪水流量變幅的20%作為許可誤差;峰現(xiàn)時間預(yù)報以降雨中心時間至實測洪峰出現(xiàn)時間之間時距的30%作為許可誤差,當許可誤差小于3h,則以3h作為許可誤差。

        ②預(yù)報項目精度評定規(guī)定

        一次預(yù)報的誤差小于許可誤差時,為合格預(yù)報。合格預(yù)報次數(shù)與預(yù)報總次數(shù)之比的百分數(shù)為合格率,表示多次預(yù)報總體的精度水平。合格率按下列公式計算:

        式中:QR——合格率;

        n——合格預(yù)報次數(shù);

        m——預(yù)報總次數(shù)。

        預(yù)報項目的精度按合格率大小分為三個等級。精度等級規(guī)定見表5.1。5.2方案的評定與檢驗

        洪峰流量及洪峰出現(xiàn)時間均按許可誤差法進行評定,各次洪水評定結(jié)果見附表2-1。按照評定結(jié)果進行統(tǒng)計,得到南寬坪站預(yù)報方案總體評定結(jié)果,見表5.3。

        (3)方案的檢驗結(jié)果及結(jié)論

        使用2009~2011年4場洪水進行方案的精度檢驗,各次洪水精度檢驗情況見附表3,洪峰流量和峰現(xiàn)時間檢驗結(jié)果見表5.4。

        由檢驗表可知,4次洪水洪峰合格率75%,為乙等;洪峰出現(xiàn)時間合格率100%,為甲等;方案檢驗精度指標優(yōu)于評定指標。根據(jù)《水文情報預(yù)報規(guī)范》(GB/T22482-2008 GB)的規(guī)定方案總體等級為乙等,綜合以上評定情況,本方案可以用于發(fā)布正式預(yù)報。陜西水利

        (責(zé)任編輯:王劍)

        ◆作者系商洛水文水資源勘測局工程師,水電水利工程建筑專業(yè)二級建造師。

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