无资料地区中小河流洪水预报方案构建

朱雪梅

（柳州市水文水资源局，广西 柳州 545001）

无资料地区中小河流洪水预报方案构建

朱雪梅

（柳州市水文水资源局，广西 柳州 545001）

针对中小河流地区新建水文站缺乏实测及调查的水文资料，无法建立预报方案，水文预警预报工作限于被动局面的问题。以广西富乐水文站为例，采用瞬时单位线法构建洪水预报方案，经成果验证：该方法对中洪以上洪水的预报成果较理想，可应用于其它新建水文站中小河流地区的洪水预报，对于提高中小河流防洪减灾能力具有现实意义。

无资料地区；中小河流；洪水预报

柳州市的中小河流点多面广、源短流急、洪水暴涨暴落，许多中小河流沿岸的县城、重要集镇防洪标准普遍偏低，有的甚至没有设防。近年来，受异常天气系统、中小河流不合理开发等因素影响，中小河流暴雨洪水频发，成灾严重。2011年，柳州水文局开始实施中小河流水文监测系统建设，截止2015年底，已完成8个水文站，26个水位站，90个雨量站的建设并投入使用中。此中小河流水文监测系统建设的完成，填补了柳州中小河流水文信息在防汛决策中的空白，大大提高了中小河流的水文预警预报能力。但新建水文站中小河流地区，由于缺乏实测及调查的水文资料，无法建立预报方案，水文预警预报工作限于被动的局面。为此，笔者拟利用瞬时单位线法构建无资料地区中小河流洪水预报方案，供缺乏水文资料的中小河流防洪减灾决策参考。

1 瞬时单位线法

1.1 定义

单位时间内流域上均匀分布的单位净雨量在流域出口断面处形成的地面径流量过程线，简称单位线，记为UH。单位净雨量通常取雨深10mm；单位历时可以是一个时段如1、3、6h等，也可以是瞬时，即净雨历时趋于无限小的情况。相应于前者的单位线称为时段单位线，相应于后者的称为瞬时单位线。

瞬时单位线记为IUH。应用较广的是纳须的IUH模型，纳须把流域汇流的调蓄作用模拟为n个相同的线性串联水库，推导出的IUH的理论公式是：

式中：u（O，t）——t时刻瞬时单位线纵高；

Γ——伽玛函数；

n——相当于线性水库的个数（调节次数或调节系数）；

K——自然库线性蓄洪方程的汇流历时（反映流域汇流时间参数或调蓄系数）；

e——自然对数的底；

t——时刻。

由以上公式可知，决定瞬时单位线的参数为n，K两参数，只要n，K确定，瞬时单位线的值即可求出。

1.2 净雨过程的推求

瞬时单位线的计算核心为净雨过程的推求。净雨过程的确定采用初损和平均扣损法。时段降雨量的计算采用算术平均法。一般把起涨点以前的降雨作为初损Io扣除，以后的降雨则考虑水量平衡，减去平均入渗。如果部分雨强小于f时则采用多次扣损，直至水量平衡为止。f为产流期平均入渗率，系根据瞬时单位线法汇流计算的要求进行分析，求取时把起涨点以前的降雨视为初损Io扣除，涨点以后的降雨，视雨强大小，当雨强大于f时称为产流期降雨，当雨强小于f时称为不产流降雨。

1.3 资料准备

推求一个特定河流的汇流单位线需要准备所分析河流的流域面积，河道比降等资料。流域面积：可根据预报横断面所在位置，可在1/50 000地形图上勾绘，用电子数字求积仪量计或在CAD上勾画出流域面积。目前河湖普查已经有详细成果，可直接应用，有时量算出断面以下部分，只需用全面积减去下游部分即可。每个断面至少量计3次，各次误差在5％以内时，取其算术平均值为最后采用值，单位为km2。

河道比降：是反映河道高程沿河长平均变化况情，是指自从分析断面起至分水岭止河道干流平均坡降（见图1）。根据沿程地形变化的特征点高程，按下式采用加权平均法计算：

图1 河道比降计算示意图

2 应用实例

2.1 富乐水文站简介

富乐水文站属省级重要水文站，是珠江流域西江水系浪溪河的唯一控制站，位于柳州市融安县大将乡富乐村浪溪河河段左岸，地理位置为东经109°35′，北纬 25°17′，集水面积 623km2，平均坡降2.62‰。浪溪河，融江支流，因河床陡，滩多水急浪大而得名。发源于融安县板榄镇东岭村的翁古顶，西南流经融安县内的板榄、大将、长安等乡镇，在长安镇江口村汇入融江。浪溪河沿河两岸为山岭连绵的低山丘陵地区。广福顶山脉呈人字形向北边、东边地界展开，为高程800m以上的中山地带，南侧和西侧逐渐下降为高程500m左右的山丘陵，浪溪河位于西侧中下游，地势降到高程200m以下，南方暖湿气流，因地势抬升，易于成云致雨。流域温暖潮湿，森林植被茂盛。

2.2 汇流单位线计算

查《广西暴雨径流查算图表》[1]可知浪溪河富乐水文站：产流分区属第2区，汇流分区属第一（2）区但在第一（1）区附近，雨型分区属第1区，下垫面分区属丘陵区，退水分区属2区，富乐水文站所在地区为非岩溶地区，瞬时单位线主要参数m1稳、n采用非岩溶地区计算公式，即

汇流分区第一（1）区：

因富乐水文站处在汇流分区第一（2）区但在第一（1）区附近，则m1稳取第一（1）区和第一（2）区的平均值，即m1稳=（7.34+5.95）/2=6.65，n采用汇流分区第一（2）区公式计算，即

式中：m1稳——单位线汇流参数；

n——相当于线性水库的个数（调节次数或调节系数）；

K——自然库线性蓄洪方程的汇流历时（反映流域汇流时间参数或调蓄系数）；

C——汇流速度；

F——流域面积，km2；

J——河道比降；

△t——时段长。

S曲线可查《广西壮族自治区暴雨径流查算图表》[1]附录表5：先确定t/K，然后根据n从表中读出S（t）值，将S（t）错后一个时段相减，即得无因次单位线u（△t、t），再乘以F/△t×3.6即得流量为单位的时段单位线q（△t，t），富乐水文站汇流单位线见图2。

图2 富乐水文站汇流单位线

2.3 净雨计算（以“2013.6”暴雨洪水为例）

2.3.1 降雨过程摘录

2013年6月8日5时～6月10日11时，浪溪河流域普降中到大雨，局部暴雨到大暴雨，暴雨中心位于浪溪河流域的下游，累积最大降雨量大坡站232.5mm，强降雨主要集中在6月9日5时-15时，是富乐站“2013.6”暴雨洪水的造峰雨。取浪溪河富乐站以上雅瑶、板榄、沙木田、中村、车平、东岭、里当、富乐共8个雨量站的算术平均作为浪溪河面平均降雨量。浪溪河流域6月9日5时-15时降雨过程见表1。

表1 浪溪河流域各站点6月9日5时-15时降雨过程摘录

2.3.2 时段净雨过程

依据富乐水文站所在地属于第2产流区，查降雨径流相关特征参数综合表得Wm=100mm，K=0.93。土壤前期含水量W0=KWm=0.93×100=93mm，则土壤前期缺水量I0=100-93=7mm。根据浪溪河流域下垫面条件，取产流期平均入渗率为7mm/h。则时段净雨量=时段降雨量-前期缺水量-产流期平均入渗率。富乐水文站“2013.6”强降雨时段净雨过程见表2。

表2 富乐水文站“2013.6”强降雨时段（6月9日）净雨过程计算 mm

2.4 地表径流过程计算

2.5 地下径流过程计算[1]

（1）地下径流过程的起涨部分采用三角形分配，退水部分则根据退水曲线公式推算。地下水峰值置于计算得的地表径流基本结束附近；

（2）富乐水文站所在地退水分区属2区，查退水指数a1、a2分区综合表，结合富乐站历年分析资料，取a1＝0.35，a2=0.16，t′=24.7×a1^（-1.06）=24.7×0.35^（-1.06）=75.2h=3.1d。

2.6 洪水过程计算

洪水过程=地表径流过程+地下径流过程。“2013.6”暴雨洪水过程计算成果与实际洪水过程对比见图3。

图3 “2013.6”暴雨洪水过程对比图

从洪水过程计算成果可知，富乐水文站2013年6月9日17时出现洪峰流量为741m3/s，由演算的洪峰流量741m3/s查Z～Q曲线得洪峰水位为156.68m；实际洪水过程是2013年6月9日16：15出现洪峰水位156.78m，相应流量为765m3/s。洪峰流量仅相差24.0m3/s，洪峰水位仅相差10cm，洪水预见期2h，预报成果较好。从图3可可看出：洪水预报的涨水过程与实际涨水过程比较吻合；洪水预报的峰后洪量偏小较多，原因是6月9日16时至6月10日11时，还有27.9mm的累计降雨过程，因此实际退水过程比推算的退水过程缓慢，峰后洪量偏小。

2.7 预报成果的评定

根据《水文情报预报规范》SL250-2000规定[2]，河道流量（水位）预报以预见期内变幅的20％作为许可误差。当流量许可误差小于实测值的5％时，取流量实测值的5％作为许可误差。当水位许可误差小于实则洪峰流量的5％所相应的水位幅度值或小于0.1m时，则以该值作为许可误差。峰现时间预报许可误差是以预报根据时间至实测洪峰出现时间之间时距的30％计算，当许可误差小于3h或一个计算时段长时，则以3h或一个时段长为许可误差。

富乐站的洪水预报成果按上述规定进行评定。从洪水过程计算成果可知，本次预报洪峰流量预报误差24m3/s，允许误差是38.3m3/s；洪峰水位预报误差是0.1m，允许误差是0.71m；峰现误差是0.75h，允许误差是3h，预报成果合格。

2.8 预报方案检验

方案检验采用2011～2015年共3场中洪以上洪水进行检验，检验期洪峰水位合格3场，合格率100％；峰现时间合格3场，合格率100％；预见期2～5h，可用于洪水预报作业。

3 结语

瞬时单位线法主要是由暴雨过程推求流量过程，仅适用于流域面积小于1 000km2的中小河流域的洪水计算，是解决无实测水文资料地区洪水计算的有效方法，可应用于其它新建水文站中小河流地区的洪水预报，在进行预报时应结合降雨数值预报、根据前期降雨及流域下垫面调查分析土壤最大蓄水量、确定初损与后损，才能提高洪水预报的精度与延长预见期。新建水文站的中小河流域地区，应加强测流工作，尽快建立水位～流量关系曲线，才能预报出水位过程。

[1] 广西水文总站.广西壮族自治区暴雨径流查算图表[R].南宁：广西水文总站，1984.

[2]SL250-2000，水文情报预报规范[S].

（责任编辑：周 群）

Set up flood forecasting scheme for middle or small river basin without observation data

ZHU Xue-mei
（Hydrology and Water Resources Bureau of Liuzhou,Liuzhou 545001,China）

For a new hydrological station in a middle or small river basin,it is difficult to set up a forecasting scheme due to shortage of observation data.At the Fule Hydrological Station in Guangxi,instantaneous unit hydrograph method had been adopted to set up the flood forecasting scheme.It was verified by actual measurement that this scheme could lead to rather satisfying forecasting results in case of moderate or bigger flood and should be popularized to the new hydrological stations in middle or small river basins,so as to improve the flood control capability.

Region without observation data;middle and small rivers;flood forecasting

P338

B

1003-1510（2016）04-007-04

2016-01-09

朱雪梅（1980-），女，广西武宣人，柳州市水文水资源局工程师，学士，从事水文情报预报工作。