秦嶺山地中小河流洪水預(yù)警方法探討

王智林

（商洛水文水資源局 陜西 商洛 726000）

秦嶺在地理位置上具有重要的南北分界意義，它阻擋著南方濕熱氣流的北上和北方寒冷氣流的南下，使秦嶺地區(qū)氣候變化復(fù)雜，特別是局部小氣候特征顯著，而這就導(dǎo)致了暴雨洪水災(zāi)害頻發(fā)。由于山洪災(zāi)害威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定，所以做好秦嶺山地山洪的預(yù)測預(yù)警，是貫徹山洪災(zāi)害防治的一項(xiàng)重要舉措。

1 秦嶺水文概況

發(fā)源于秦嶺山區(qū)的河流眾多，它們沿主脊向兩側(cè)流出，分別匯入北部的渭河和南部的嘉陵江、漢江、南洛河。南坡河流較長，北坡河流較短。長度在40km以上的支流有86條，流域面積大于100km2的河流有195條。其中，漢江水系流域面積大于100km2的河流有117條，占60%。區(qū)域在氣候、地理地貌、植被覆蓋、流域形狀等方面的變化具有規(guī)律性。北坡河流短小、縱坡陡峭，流程在30km～40km左右，峽谷和曲流較多，峪口分布著山麓洪積扇和洪積錐，多釣鉤型水系；南坡河流較長，縱坡稍緩，比降比北坡小（但從實(shí)質(zhì)上看仍然是較大的，也顯示出山區(qū)河源段和上游段的河流縱剖面特征），河網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有格子型水系、樹枝狀水系、不對稱水系形態(tài)，峽谷多、曲流多，且峽谷與寬谷交替出現(xiàn)。

秦嶺南北徑流深變化有緯向性和經(jīng)向性規(guī)律。秦嶺以北包括南洛河在內(nèi)為多水區(qū)，年徑流量為49.3億m3，占陜西秦嶺地區(qū)徑流總量的21.4%，長度在40km以上的河流有24條，流域面積在100km2以上的河流有63條；秦嶺以南為足水區(qū)，年徑流量為180.7億m3，占陜西秦嶺地區(qū)徑流總量的78.6%，長度在40km以上的河流有62條，流域面積在100 km2以上的河流有132條。

黃河流域由西向東水文分區(qū)變化：①清姜河—石頭河多—足水區(qū)，年徑流深在650mm～740mm，徑流系數(shù)高達(dá)81%～93%，汛期在7月～9月；②黑河—霸河多—足水區(qū)，年徑流深在400mm～520mm，徑流系數(shù)達(dá)到44%～74%，汛期在7月～10月；③零河—羅敷河中—足水區(qū)，年徑流深在340mm～395mm，徑流系數(shù)達(dá)50%；④南洛河稍—足水區(qū)，年徑流深在260mm～330mm，徑流系數(shù)為32%～43%，汛期在7月～10月。

長江流域由西向東水文分區(qū)變化：①嘉陵江稍—足水區(qū)，年徑流深在240mm～295mm，徑流系數(shù)為29%～42%，汛期在7月～10月；②褒河—沮水河中—足水區(qū)，年徑流深在350mm～380mm，徑流系數(shù)為42%～49%，汛期在7月～10月；③胥水河—子午河多—足水區(qū)，年徑流深在450mm～570mm，徑流系數(shù)在40%～72%，汛期在7月～10月；④旬河—月河中—足水區(qū)，年徑流深在325mm～370mm，徑流系數(shù)在40%～44%，汛期在7月～10月；⑤金錢河—丹江稍—足水區(qū)，年徑流深在240mm～330mm，徑流系數(shù)在34%～40%，汛期在7月～10月。

2 洪水預(yù)警的思路

開展秦嶺山地中小河流洪水預(yù)警，主要是針對無水文站控制河流或某一區(qū)域段，連續(xù)發(fā)生降雨或預(yù)報(bào)暴雨發(fā)生時(shí)，在分析土壤含水量及產(chǎn)匯流情況后，對可能在某一河流或某一河段形成一定量級的洪峰演進(jìn)進(jìn)行預(yù)測判定，為防汛準(zhǔn)備和搶險(xiǎn)提供預(yù)警。

對于預(yù)警方案的編制，有水文資料的流域，可利用觀測積累的雨量洪水資料采用常規(guī)的方法編制預(yù)報(bào)方案。而對于水文資料缺乏的中小河流，首先是分析建立已有水文站的徑流（或徑流模數(shù)）與洪峰規(guī)律和降雨徑流特性，利用積累的資料分析本區(qū)域的成災(zāi)雨量、成災(zāi)流量臨界標(biāo)準(zhǔn)，分析前期土壤含水量變化、土壤蒸發(fā)能力，根據(jù)蓄滿產(chǎn)流的降雨徑流平衡關(guān)系（P－R=Wm－W0），計(jì)算降雨區(qū)域的產(chǎn)流量，利用降雨徑流法、流域面積倍比放大法（縮小法）、比擬法、經(jīng)驗(yàn)公式法和上下游相關(guān)法進(jìn)行預(yù)警發(fā)布。

3 預(yù)警方法

3.1 降雨徑流法

根據(jù)已設(shè)水文站的洪峰資料，分析不同水文分區(qū)不同量級洪水對應(yīng)的徑流深和降雨量范圍，建立徑流深R與洪峰流量Q的關(guān)系。利用蓄滿產(chǎn)流關(guān)系進(jìn)行預(yù)警。此法適用于同一水文分區(qū)。

3.2 倍比縮?。ǚ糯螅┓?/h3>

利用下游（上游）站已建立的降雨徑流關(guān)系，預(yù)報(bào)該斷面的洪峰流量后，再利用面積比縮小（放大）洪峰流量，預(yù)警某一河段的洪峰。此法適用于同流域的上下游比降、糙率變化接近的河段。

3.3 經(jīng)驗(yàn)公式法

根據(jù)各地《水文手冊》中小流域推求設(shè)計(jì)洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行預(yù)警制作。當(dāng)降雨發(fā)生后判定流域平均雨量的發(fā)生頻率，借用相應(yīng)的公式計(jì)算出口洪峰流量。此法適用于100km2以下的流域。此法假設(shè)了降雨和洪水同頻率，并利用流域內(nèi)一站或多站觀測的雨量代表全流域同頻率雨量。

3.4 水文比擬法

建立已設(shè)水文站的降雨與洪峰流量關(guān)系，當(dāng)臨近流域或氣候自然地理?xiàng)l件接近的流域發(fā)生強(qiáng)降水后，利用水文比擬進(jìn)行預(yù)警。此法適用于相臨或地理地貌、河流特性等差別不大的小流域，且面積比不超過30%。

3.5 上下游相關(guān)法

利用洪水傳播規(guī)律，建立上下游洪水相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行洪水下泄演進(jìn)預(yù)警。此法適用于通過水文站斷面，洪水向下游演進(jìn)的河段。

4 預(yù)警方法應(yīng)用

4.1 基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作

（1）流域最大初損的確定。從歷年水文實(shí)測雨洪資料中，選擇久旱未雨后降雨較大且產(chǎn)生徑流的資料，進(jìn)行分析確定。

（2）臨界雨量的分析確定。由于秦嶺地區(qū)水文分區(qū)不同，產(chǎn)流的臨界雨量不同，故根據(jù)本地降雨特點(diǎn)，利用現(xiàn)有資料分析計(jì)算各點(diǎn)產(chǎn)流或成災(zāi)的臨界雨量數(shù)值。

（3）流域面積的確定。通過地形圖量算或各地水文手冊，整理記錄每條河流的流域面積。

（4）降雨頻率的確定。應(yīng)用實(shí)測資料進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出每個(gè)站 1h、2h、3h、6h、12h、24h 的不同重現(xiàn)期的雨量值。

（5）洪水頻率的確定。應(yīng)用各水文站歷年實(shí)測資料進(jìn)行分析，計(jì)算每個(gè)站不同重現(xiàn)期的洪水頻率值。

（6）洪水級對應(yīng)的徑流深取值確定。計(jì)算歷年實(shí)測洪水過程的徑流深，將水文分區(qū)內(nèi)所有站不同洪水級的徑流深進(jìn)行排列，統(tǒng)計(jì)概率，得到不同洪水等級對應(yīng)的徑流深，按10mm分段。

（7）徑流深與洪峰流量、與降雨量關(guān)系圖的建立。根據(jù)各水文站實(shí)測資料進(jìn)行分析建立。

（8）土壤蒸發(fā)能力和蒸發(fā)折減系數(shù)的確定。土壤蒸發(fā)能力近似等于80mm直徑蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量。目前大多數(shù)站應(yīng)用的E601蒸發(fā)皿必須進(jìn)行換算。應(yīng)用公式推求各月的蒸發(fā)折減系數(shù)K。

4.2 方法應(yīng)用

4.2.1 面上預(yù)警

對水文分區(qū)或流域的水文預(yù)警稱為面上預(yù)警。

當(dāng)某一水文分區(qū)或流域發(fā)生連續(xù)降水或天氣預(yù)報(bào)有強(qiáng)降水時(shí)，在分析土壤含水量飽和程度的基礎(chǔ)上，預(yù)警產(chǎn)流情況和將在河槽形成的洪水量級。預(yù)警方法主要是降雨徑流法。

計(jì)算流域的前期土壤含水量Pa。建立Pa計(jì)算模型，堅(jiān)持每天計(jì)算，雨量站分布均勻時(shí)通過算術(shù)平均推求，否則，加權(quán)計(jì)算。對水文分區(qū)和流域進(jìn)行預(yù)警。

計(jì)算徑流深R。建立R計(jì)算模型，當(dāng)降雨達(dá)到產(chǎn)流臨界值后，密切觀察后期變化或天氣預(yù)報(bào)信息，利用蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算徑流深R。根據(jù)建立的Q～R關(guān)系圖，對通過水文站斷面的洪水進(jìn)行預(yù)警。

4.2.2 線上預(yù)警

對通過水文站斷面的洪水向下游演進(jìn)過程的預(yù)警稱為線上預(yù)警。主要方法為上下游相關(guān)法、倍比放大法。

若上下游有水文站，則建立上下游水位（流量）關(guān)系進(jìn)行預(yù)報(bào)。

若下游無水文站的預(yù)警，①利用洪水傳播規(guī)律，計(jì)算預(yù)警河段長度、分析河槽斷面形狀，根據(jù)建立的水文站斷面的流量流速關(guān)系確定下泄流速，依據(jù)河長=流速×演進(jìn)時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行出現(xiàn)時(shí)間預(yù)警。區(qū)間有支流加入時(shí)，根據(jù)預(yù)報(bào)斷面進(jìn)行疊加。②根據(jù)預(yù)警斷面的流域面積和水文站斷面的面積比進(jìn)行洪水放大，完成流量預(yù)警。

4.2.3 點(diǎn)上預(yù)警

對重要河段、人口密集區(qū)、小流域的預(yù)警稱為點(diǎn)上預(yù)警。對水文站斷面下游的重要河段、水利工程和人口密集區(qū)的洪水預(yù)警，主要應(yīng)用上下游相關(guān)法、倍比放大法。對無水文站的小流域或地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)、礦山尾礦庫的預(yù)警，主要應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式法、水文比擬法。

經(jīng)驗(yàn)公式法：各地《水文手冊》提供了不同頻率參數(shù)的公式，在應(yīng)用時(shí)假設(shè)降雨和洪水同頻率，選用相應(yīng)的參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算預(yù)警。

水文比擬法：

預(yù)警斷面流量=（預(yù)警斷面面積/借用站面積）0.667×借用站流量

4.3 預(yù)警發(fā)布

針對不同的需要或降水、洪水發(fā)生的區(qū)域，制作完成計(jì)算后，要立即進(jìn)行成果會(huì)商，在第一時(shí)間將預(yù)警信息通過傳真方式向防汛指揮部和有關(guān)服務(wù)單位報(bào)告和發(fā)送。

4.4 預(yù)警信息的解讀

預(yù)警信息有定性和定量兩種描述方式，對其要進(jìn)行正確解讀。

定性預(yù)警描述，多以發(fā)生在某一出口斷面的小洪水、中洪水、大洪水、特大洪水的詞語出現(xiàn)。對此預(yù)警的解讀，要將不同重現(xiàn)期級別的洪水轉(zhuǎn)換成相應(yīng)位置的洪水流量，再分析判斷各個(gè)斷面發(fā)生洪水的下泄流量分別在不同河段形成的淹沒范圍，然后根據(jù)不同地域?qū)嵤﹩?dòng)《防汛預(yù)案》。

量性預(yù)警描述一般為某一斷面洪水流量的具體數(shù)值?？芍苯痈鶕?jù)《防汛預(yù)案》組織防汛準(zhǔn)備和搶險(xiǎn)。

5 結(jié)語

在應(yīng)用以上方法開展預(yù)警過程時(shí)，要靈活應(yīng)用，采用多種方法進(jìn)行相互驗(yàn)證。同時(shí)，會(huì)商工作必不可少，且要突出重點(diǎn)、簡明扼要。

水情預(yù)警是一項(xiàng)還在摸索的新業(yè)務(wù)，沒有現(xiàn)成的方法直接使用，需要各位專家和技術(shù)人員積極思考、不斷探索，利用理論知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)加以研究，特別是秦嶺東西跨度長，水文分區(qū)特性不一樣，其方法應(yīng)該是多種多樣的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，應(yīng)加大計(jì)算機(jī)技術(shù)在建立產(chǎn)匯流模型中的應(yīng)用，讓洪水預(yù)警業(yè)務(wù)日?；?，讓預(yù)警方法更加成熟。陜西水利