大洋河下游洪水預(yù)報(bào)模型修訂研究

張青山，杜 中，任海青

（遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東118001）

1 概 況

大洋河是遼東沿黃海岸最大一條一級(jí)河流，全長(zhǎng)196.7 km，流域總面積6 208 km2。主要支流有雅河、哨子河、亮子河、土牛河、小洋河等。流域呈扇形形狀，流域內(nèi)山峰林立，丘陵起伏，平均海拔300 m。扇形的地形容易造成洪水集中，形成暴漲暴落的洪峰，因此大洋河洪水有匯流時(shí)間短，來勢(shì)迅猛之特點(diǎn)。

沙里寨水文站是大洋河的控制站，控制河長(zhǎng)157 km，距入?？?9.7 km，控制面積4 10 km2。沙里寨站下游有龍王廟水位站（汛期），距沙里寨水文站1 6.34 km，距入?？?3.4 km；兩站的洪峰傳播時(shí)間一般為2~4 h；控制面積5 636 km2。

龍王廟險(xiǎn)區(qū)歷年來是大洋河流域防汛重點(diǎn)，水文預(yù)報(bào)部門利用歷史資料分析龍王廟洪水位與上游沙里寨水文站洪水流量相關(guān)關(guān)系，建立龍王廟實(shí)用的洪水預(yù)報(bào)方案。但近10幾年來，預(yù)報(bào)精度逐年降低，迫切需要對(duì)洪水預(yù)報(bào)方案進(jìn)行修訂。

2 原模型及問題

2.1 原預(yù)報(bào)模型

沙里寨水文站水位流量關(guān)系線呈繩套型，且河床沖刷、淤積隨場(chǎng)次洪水漲落而變化，所以一般不以沙里寨水位建立與龍王廟水位之間關(guān)系。沙里寨水文站有50余年的水位流量實(shí)測(cè)資料，從其中篩選出33次較大洪水洪峰值作為預(yù)報(bào)因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括洪峰流量、洪峰出現(xiàn)時(shí)間等。再根據(jù)已選定的沙里寨資料選取對(duì)應(yīng)的龍王廟站洪峰水位，建立實(shí)測(cè)沙里寨站的流量與下游的龍王廟站的實(shí)測(cè)水位的關(guān)系線，如圖1。

圖1 沙里寨洪峰流量與龍王廟洪峰水位相關(guān)圖

圖1中根據(jù)最小二乘法法擬合的關(guān)系線：

式中：H——龍王廟站預(yù)報(bào)水位，m；Q——沙里寨站洪峰流量，m3/s。

在應(yīng)用中可根據(jù)沙里寨站實(shí)測(cè)流量值進(jìn)行預(yù)報(bào)，也可根據(jù)沙里寨站本身的預(yù)報(bào)值進(jìn)行龍王廟站預(yù)報(bào)，因?yàn)樯忱镎疽延斜容^成熟的洪水預(yù)報(bào)方案，如降雨經(jīng)流關(guān)系法、上游站合成流量相關(guān)法、凈雨歷時(shí)洪峰流量相關(guān)法等。

2.2 存在問題

1）預(yù)報(bào)值偏小

近年來，特別是2010，2011，2012年洪水，預(yù)報(bào)值誤差較大，普遍存在預(yù)報(bào)值偏小，嚴(yán)重影響龍王廟防汛決策。

2）線性相關(guān)關(guān)系

原預(yù)報(bào)模型建立的沙里寨流量與龍王廟水位之間的線性相關(guān)關(guān)系，從河床形狀、水文規(guī)律等角度分析存在一定的缺陷。而且相關(guān)系數(shù)R值也偏小，說明誤差較大。

3）統(tǒng)計(jì)樣本

原預(yù)報(bào)模型統(tǒng)計(jì)樣本是逐年篩選不同流量級(jí)的洪水進(jìn)行擴(kuò)充的。雖然樣本的擴(kuò)充和加入最新的樣本能提高統(tǒng)計(jì)精度，但如果基本條件發(fā)生改變，則新樣本會(huì)破壞原來的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，同時(shí)規(guī)律的改變也正反映了基本條件的改變，形成了一個(gè)偽相關(guān)關(guān)系。

2.3 原因分析

對(duì)沙里寨至龍王廟所在河段進(jìn)行調(diào)查分析，主要原因有：

1）多年來由于沒有發(fā)生較大洪水，大洋河下游（沙里寨站以下）河道淤積變遷、河床抬高、配套建筑物年久失修、部分穿堤建筑物不能正常運(yùn)行。

2）1996 年龍王廟下游大洋河上新橋新建一座公路橋，通過洪痕測(cè)量，橋上橋下水位相差近1 m，說明橋墩嚴(yán)重縮窄了行洪斷面面積。

3）龍王廟站斷面下的提水站為提高提水保證率，在不改變?nèi)∷诟叱痰那闆r下，修建了高約4 m攔河堆石壩，抬高了洪水位。

3 修訂模型

通過存在問題及原因分析，以1996年大洋河大橋修建為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)比分析1996年前后樣本，其中1996年前樣本數(shù)16個(gè)，1996年后樣本數(shù)17個(gè)。分析結(jié)果如圖2。

圖2中空心點(diǎn)及虛線是1996年前資料，實(shí)心點(diǎn)及實(shí)線是1996年后資料，在沙里寨相同流量下，1996年后龍王廟水位比1996年前水位明顯抬高。

圖2 修訂后的沙里寨洪峰流量與龍王廟洪峰水位相關(guān)圖

對(duì)樣本進(jìn)行多項(xiàng)式2階擬合，1996年以后見公式（2），1996年以前見公式（3）。

式中：H——龍王廟站預(yù)報(bào)水位，m；Q——沙里寨站洪峰流量，m3/s。兩批樣本的2階和1階的系數(shù)完全一樣，只是截距不同，且截距相差為0.9 m，說明1996年前后龍王廟對(duì)應(yīng)水位被抬升0.9 m。1996年后樣本建立的曲線充分體現(xiàn)了近年的河床情勢(shì)變化，預(yù)報(bào)精度較高。

4 應(yīng)用實(shí)例

2012年8月4 日大洋河出現(xiàn)了有資料記載的第二大洪水。利用圖2中1996年后樣本擬定的方程公式（2）計(jì)算，龍王廟將出現(xiàn)超過9.36 m的洪峰水位，實(shí)際出現(xiàn)9.4 m。預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為地方防汛部門提前調(diào)度贏得了寶貴的時(shí)間。

利用1996年前樣本擬定方程計(jì)算為8.47 m，利用圖1線性方程率定為9.15 m，對(duì)比結(jié)果也證明修訂后的模型預(yù)報(bào)精度高。

［1］鄭邦民，槐文信，齊鄂榮.洪水水力學(xué)［M］.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［2］張小琴，包為民，馬德蓮.雙向波水位演算模型參數(shù)動(dòng)態(tài)修正［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010（5）：55—61.

［3］湯成友，官學(xué)文，張世明.現(xiàn)代中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)方法及其應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.

［4］包為民，水文預(yù)報(bào)（4版）［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.