韓冬

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧沈陽 110003）

0 引言

山區(qū)小流域遇到突發(fā)暴雨事件，由于源短流急，較容易發(fā)生較為嚴(yán)重的洪水災(zāi)害。近些年來，山區(qū)小流域洪水成為防汛工作的重點(diǎn)[1]。由于其匯流時(shí)間較短，因此，需要提前對(duì)其山洪量級(jí)進(jìn)行預(yù)警，從而為防洪減災(zāi)、人口轉(zhuǎn)移提供重要的決策依據(jù)。當(dāng)前山區(qū)小流域洪水預(yù)警也得到廣泛的關(guān)注和研究[2-6]，這些研究中大都通過設(shè)定雨量預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行山區(qū)洪水的雨量預(yù)警，這種方式較為直觀，且計(jì)算方法也較為簡單。但由于暴雨量級(jí)時(shí)空分布特征對(duì)其雨量預(yù)警的影響程度較大，單點(diǎn)雨量預(yù)警的精度不高，有時(shí)易出現(xiàn)漏報(bào)的現(xiàn)象。為此，有學(xué)者逐步開展山區(qū)小流域洪水預(yù)警的研究，通過降雨預(yù)報(bào)值建立區(qū)域洪水模型，實(shí)現(xiàn)未來降雨預(yù)報(bào)條件下的洪水預(yù)報(bào)，從而為區(qū)域山區(qū)可能出現(xiàn)洪水的量級(jí)進(jìn)行預(yù)警，這種方式可解決單點(diǎn)雨量預(yù)警的局限性，在一些地區(qū)的小流域洪水預(yù)警中得到應(yīng)用[7-10]。這些區(qū)域的應(yīng)用表明，不同降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品都有其預(yù)報(bào)精度和適用性的差異性，在不同地區(qū)降雨預(yù)報(bào)的適用性有所不同。為此，下文提出一種基于降雨集合預(yù)報(bào)信息構(gòu)建山區(qū)小流域雨量預(yù)警新技術(shù)，對(duì)小流域進(jìn)行雨量預(yù)警研究。

1 預(yù)警方法

將降雨集合預(yù)報(bào)信息和洪水模型進(jìn)行耦合，對(duì)小流域洪水進(jìn)行預(yù)警研究。具體計(jì)算步驟：1）采用API 模型[11]對(duì)預(yù)警時(shí)刻的Pa+P+PⅡ值進(jìn)行計(jì)算，采用動(dòng)態(tài)臨界雨量曲線對(duì)Pa+P+PⅡ值的雨量預(yù)警值進(jìn)行計(jì)算；2）對(duì)預(yù)報(bào)降雨量的等級(jí)進(jìn)行確定，從降雨概率分布曲線中對(duì)預(yù)報(bào)降雨等級(jí)對(duì)應(yīng)的降雨概率P（因子A）進(jìn)行確定，并計(jì)算其和降雨預(yù)報(bào)量級(jí)的比值作為因子B；3）對(duì)A 和B 兩個(gè)因子進(jìn)行求和，按照雨量預(yù)警等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行不同等級(jí)預(yù)警分析。

表1 預(yù)警等級(jí)劃分

2 API 模型的建立及應(yīng)用

2.1 區(qū)域概況

以遼東地區(qū)的文家街水文站以上小流域?yàn)榫唧w研究實(shí)例，文家街水文站為鞍山地區(qū)哨子河主要控制水文站，站點(diǎn)以上集水面積為2 311 km2，距離河口的距離為65 km，哨子河洪水有匯流時(shí)間短、來勢(shì)迅猛的特點(diǎn)。大洋河流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量800～1 000 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1 150～1 200 mm。降雨的年內(nèi)分配極不均勻，汛期6—9 月占全年的74%～78%，年最大24 h 降雨量332 mm。

2.2 模擬精度分析

結(jié)合文家街水文站2005—2017 年的實(shí)測(cè)洪水?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證分析，模擬結(jié)果如表2，3所示。

表2 API 模型產(chǎn)流模擬精度分析

表3 API 模型匯流模擬精度分析

從表2，3 可看出，API 模型在流域產(chǎn)流模擬合格率為100%，各場(chǎng)次洪水匯流模擬的合格率也可達(dá)到87.5%，表明API 模型在文家街流域具有較好的模擬精度，可用于流域的降雨徑流關(guān)系的確定。

2.3 動(dòng)態(tài)臨界雨量曲線確定

文家街水文站所在河道斷面水位預(yù)警值為90.5 m，結(jié)合該站點(diǎn)實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系曲線可對(duì)其預(yù)警水位對(duì)應(yīng)的流量預(yù)警值進(jìn)行確定，其相對(duì)應(yīng)的流量預(yù)警值為1 000 m3/s?；贏PI 模型結(jié)合參考文獻(xiàn)［12］中動(dòng)態(tài)臨界雨量計(jì)算方法，以1 000 m3/s作為流量預(yù)警值對(duì)文家街流域的動(dòng)態(tài)臨界雨量進(jìn)行計(jì)算，分析動(dòng)態(tài)臨界雨量值和降雨強(qiáng)度、前期影響雨量及降雨累計(jì)量之間的關(guān)系，分析結(jié)果如圖1所示。

從圖1 可看出，隨著降雨強(qiáng)度、前期影響雨量及降雨累計(jì)量的不斷增加，其臨界雨量逐步減小，隨著降雨時(shí)間的不斷推移，在相同降雨強(qiáng)度、前期影響雨量及降雨累計(jì)量下，其對(duì)應(yīng)的臨界雨量動(dòng)態(tài)變化，并逐漸增加，表明降雨強(qiáng)度和前期影響雨量對(duì)于文家街流域的山洪影響程度具有耦合作用。

圖1 文家街流域動(dòng)態(tài)臨界雨量曲線

2.4 不同降雨預(yù)報(bào)模式下降雨概率分析

分別對(duì)當(dāng)前在遼寧地區(qū)應(yīng)用效果較好的CMA 集合預(yù)報(bào)（中國氣候中心）和JMA 集合預(yù)報(bào)（日本氣候中心）降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品作為研究區(qū)域的預(yù)報(bào)降雨輸入。結(jié)合2 種降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品的降水預(yù)報(bào)值，分別建立其降雨預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)系列，對(duì)各降雨數(shù)據(jù)系列的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行分析，采用P-Ⅲ適線方法對(duì)2種降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品下的降雨概率分布曲線進(jìn)行分析，結(jié)合區(qū)域未來時(shí)段內(nèi)的降雨量級(jí)，從其降雨概率分布曲線即可得到對(duì)應(yīng)的概率因子A。

3 基于降雨集合預(yù)報(bào)方式的雨量預(yù)警研究

在不同降水產(chǎn)品下的降雨概率分布確定的基礎(chǔ)上，分別對(duì)文家街流域2 場(chǎng)實(shí)際洪水進(jìn)行預(yù)警應(yīng)用研究，分析其預(yù)警的效果，結(jié)果如表4，5所示。

表4“20120803”降雨集合預(yù)報(bào)預(yù)警結(jié)果

從表4，5 分析結(jié)果可看出，2 種洪水下不同降水集合預(yù)報(bào)下的預(yù)警精度均可達(dá)到80%以上，且可將預(yù)警提前4～6 h。總體而言，CMA 的預(yù)警效果要好于JMA。例如“20120803”暴雨洪水，CMA降雨集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品可在第一時(shí)間發(fā)布紅色預(yù)警，而JMA 降雨集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布的是橙色預(yù)警，為了更好地對(duì)遼東山區(qū)進(jìn)行預(yù)警，提高預(yù)警時(shí)間，在實(shí)際預(yù)警工作中可以對(duì)多個(gè)降雨產(chǎn)品進(jìn)行集合預(yù)報(bào)，綜合考慮其集合預(yù)報(bào)的預(yù)警效果。

表5“20130806”降雨集合預(yù)報(bào)預(yù)警結(jié)果

4 結(jié)語

構(gòu)建的基于降水集合預(yù)報(bào)的山洪小流域預(yù)警技術(shù)，通過實(shí)例驗(yàn)證其適合于遼東山區(qū)小流域洪水預(yù)警，具有較好的預(yù)警效果。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中，可對(duì)多個(gè)降雨產(chǎn)品進(jìn)行集合預(yù)報(bào)，綜合考慮其集合預(yù)報(bào)的預(yù)警效果。此外，12 h 和24 h 的降雨集合預(yù)報(bào)信息可作為區(qū)域山區(qū)小流域早期洪水防御措施提供重要決策依據(jù)。