湘潭县主汛期涓水流域洪峰与降水量关系分析

胡 坚， 黄昕怡， 何泽良， 林明丽， 敬钢球

(1.湖南省湘潭市气象局，湖南湘潭 411100；2.湖南省湘潭县气象局，湖南湘潭 411200)



湘潭县主汛期涓水流域洪峰与降水量关系分析

胡 坚1， 黄昕怡2， 何泽良1， 林明丽1， 敬钢球2

(1.湖南省湘潭市气象局，湖南湘潭 411100；2.湖南省湘潭县气象局，湖南湘潭 411200)

摘要利用2011~2014年涓水流域上游10个区域气象站的日降水量及射埠水文站洪峰水位高度与流量资料，用算术平均法求得流域日面雨量，与洪峰过程进行分析，结果表明,流域累积面雨量达≥60.0 mm时，其后1~2 d将有洪峰产生；若累积面雨量≥90.0 mm，且最大日面雨量达100.0 mm以上，其后1 d将有流量达1 000 m3/s以上洪峰产生；洪水过程中，洪峰水位和流量与洪峰出现前1 d日面雨量的关系最为显著。利用逐步回归和多元回归方法建立预报方程模型，发现在站点资料齐全的情况下，采用多元回归方法具有更好的预测准确率；若站点降水量资料不全，则采用最优因子逐步回归模型。

关键词汛期降水量；洪峰；关系;湘潭县；涓水流域

涓水位于湖南省中部，是湘江一级支流，发源于娄底市双峰县昌山，流经衡山县新桥、白果、湘潭县花石、射埠，从河口注入湘江。射埠水文站设立于1972年1月，是涓水河下游控制站，属省级重要水文站。涓水在湘潭县内流程67 km，流域面积1 069 km2，占全县总面积的42.6%，是境内面积最大的一条河流。据统计，湘潭县近20年共发生12次大的洪水，其中9次出现在涓水流域，出现时间均在主汛期4~9月。如2011年6月10~14日，涓水流域出现强降水，涓水超警戒水位，造成两岸农田受灾808.8 hm2，房屋倒塌481 间等，经济损失0.4亿。因此掌握涓水流域主汛期洪峰与降水量的关系，能够主动为防洪抢险工作提供科学的决策依据，有利于防汛工作的顺利开展。肖立炎等[1]利用萍水河上游观测站各时段降水量与萍乡市城区河内涨水关系，建立了二者之间的预测模型；王欢等[2]利用逐步回归方程，建立了信江河上游雨量站点与梅港水文站洪峰期之间的预测方法；吴璐等[3]研究了沙澧河上游关键区面雨量与致洪之间的关系。笔者将利用涓水流域出现洪峰的数据资料，建立遇强降水时洪峰与降水量的关系及预报模型，以期更好地为当地政府及各部门提供服务，提升防灾减灾能力和水平。

1资料和方法

1.1资料来源利用涓水流域荷叶站、新桥站、青山桥站、龙口站、花石水库站、分水站、排头站、严冲水库站、锦石站及射埠站10个区域自动气象站2011~2014年4~9月08：00~次日08：00≥25.0 mm的降水量及出现日期，射埠水文站2011~2014年出现洪峰时的水位、流量及日期。若洪水过程中站点雨量缺测太多，无法准确计算流域面雨量则以空缺方式显示。

1.2分析方法

1.2.2逐步回归法。利用逐步回归方法对洪峰期射埠水文站的水位高度、最大流量与前期各站点日降水量的关系进行研究，建立洪峰水位、最大流量的预测模型。

2结果与分析

2.1洪水过程雨洪关系分析洪峰的出现离不开强降水过程[8]，从2011~2014年涓水流域出现11次洪水过程的洪峰(超过警戒水位46.5m)流量与流域站点当天及前1~2d面雨量(表1)可看出,涓水流域发生1 000m3/s以上的洪峰，当天或前1d一般有较强的降水过程，一般累积面雨量达90.0mm以上，或最大日面雨量≥100.0mm;低于1 000m3/s的洪峰中，仅一次累积面雨量<50.0mm，其余过程累积面雨量均大于60.0mm;洪峰出现时间一般滞后强降水1d，11次洪水过程中有9次过程最强降水出现在洪峰前1d;涓水流域洪峰出现与前1d降水量密切相关。综上所述，当涓水流域出现累积面雨量达90.0mm以上，且最大日面雨量≥100.0mm时，其后1d流域将有流量达1 000m3/s以上洪峰产生；若当累积面雨量达60.0mm以上时，其后1~2d流域将有洪峰产生。因此，可将流域日面雨量≥100.0mm的降水过程视为大洪水预报临界值，将过程累积面雨量≥60.0mm的降水过程视为涓水流域可致洪的预报临界值。

2.2涓水流域面雨量与射埠站洪峰的关系分析11次洪水过程射埠水文站每日最大流量、洪峰水位与当天及前1~2d涓水流域逐日面雨量，分别计算相关关系，结果发现(表2)，射埠水文站洪峰和流量与涓水流域逐日面雨量的相应关系不尽相同。其中，前1d涓水流域日面雨量与洪峰及流量的相关关系均最好，相关系数分别为0.83、0.84，当天次之；前2d面雨量与洪峰及流量的相关关系最弱，且相关系数均为负值，原因可能是由于涓水流域为小流域，各站点降水汇聚到射埠水文站的过程中沿程流量不断增大，发生坦化变形，再加上流域汇流是高阻尼系统，具有高度衰减性，导致汇流中流量衰减量过大，汇聚到射埠站的流量反而减小造成的[9]。由此表明射埠水文站洪峰预报关键为涓水流域前1d面雨量。

表1　涓水流域流量与面雨量统计关系　mm

表2　射埠站洪水洪峰、流量与涓水流域日面雨量的相关关系

2.3洪峰水位及流量预报方程研究前期雨量对洪峰的影响，仅选用洪峰形成时期的样本，剔除其余样本，最后共得到11个有效样本。涓水流域内，由于各区域气象站到射埠水文站的距离不同，同一时间的降水对射埠站洪峰的影响程度和时间不一样，但由于涓水流域面积较小，因此仅考虑前2 d逐日降水量对射埠站洪峰的影响。选取涓水流域10个气象站点当天及前1~2 d的面雨量，资料样本为11个，采用逐步回归和多元回归2种方法，建立射埠站洪峰过程水位以及最大日流量的3种统计预报回归方程。设x0、x1、x2分别代表洪峰出现日、前1 d及前2 d涓水流域日面雨量，应用一元、二元回归得出的洪峰水位高度逐步回归方程分别为y1=45.84+0.03x1、y2=45.865+0.023x1+0.051x0，最大日流量逐步回归方程分别为Y1=191.302+8.452x1、Y2=198.014+6.473x1+13.695x0，而运用多元回归得到的洪峰水位高度多元回归方程为y3=45.41+0.052x0+0.027x1+0.013x2、最大日流量多元回归方程为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日洪水过程时间相隔过近，得出方程效果较差，在此视为1次)洪水来临前，用相应的日雨量实况对射埠站洪水洪峰高度和流量进行预测计算，结果发现计算结果与实况比较较为接近(表3)，可见，统计回归方法对涓水流域洪峰、流量预报具有一定的指导意义，在面雨量预报具有一定精度的情况下，可提前2 d预报涓水射埠站洪峰流量。

表3　射埠站洪水流量、洪峰方程预报结果

这3个模型均能很好地预报出射埠站洪峰值，为甄选出最适合射埠站洪峰流量预报方程，采用Pearson相关系数来确定最优预报方程，由预报结果与实况值相关系数(表4)可见，对于涓水流域射埠水文站洪峰流量预报，多元回归方法得出的结果与实际结果最为接近，洪峰流量的预报、实测数据的相关系数分别高达0.85、0.86；若由于数据缺失，无法采取多元回归模型时，应采用最优因子逐步回归模型(即步入1个因子，在此步入因子为前1 d面雨量)来预报，即y1、Y1的预报方程，其预报与实测数据相关性也较高。

表4　方程预报结果与实测值相关系数

3结论

通过分析射埠水文站洪峰过程与涓水流域降水量的关系，得出以下结论：

(1) 涓水流域出现累积面雨量达90.0 mm以上，且最大日面雨量≥100.0 mm时，其后1 d流域将有流量达1 000 m3/s以上洪峰产生；若当累积面雨量达60.0 mm以上时，其后1~2 d流域将有洪峰产生。

(2) 涓水流域为小型流域，预测洪峰时采用其前2 d的降水量，面雨量采用算术平均法计算。洪峰与其出现前1 d面雨量的关系最为显著。

(3) 利用逐步回归和多元回归方法对洪峰期内射埠水文站水位、流量与各气象站日降水量关系进行了研究，建立了洪峰预报方程模型。表明在站点资料齐全的情况下，采用多元回归方法具有更好的预测准确率；若站点降水量资料不全，则采用最优因子逐步回归模型。

参考文献

[1] 肖立炎, 邬清元, 邓学友, 等.萍水河上游流域降水与城区河内洪峰关系的研究[J].江西气象科技, 2006, 27(2):17-19.

[2] 王欢,单九生,邓虹霞.信江流域洪峰期水位预测方法初探[J].暴雨灾害,2007,26(4):352-354.

[3] 吴璐,靖春悦,张晓欧,等.沙澧河上游关键区汛期强降水面雨量对洪峰的影响[J].环境与科学,2010,33(3):29-32.

[4] 王铭才.大气科学常用公式[M].北京：气象出版社, 1994：518-519.

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[8] 徐晶, 林建, 姚学祥, 等.七大江河流域面雨量计算方法及应用[J].气象, 2001, 27(11):13-16.

[9] 何明琼, 熊传辉.清江流域、长江上游面雨量与致洪关系分析[J].四川气象, 2000, 20(3):49-53.

收稿日期2015-12-09

作者简介胡坚(1979- )，男，湖南永州人，工程师，硕士，从事气象服务和应用气象研究

基金项目2015年湖南省气象局短平快课题(XQKJ15B141)。

中图分类号S 164

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)02-214-02