江蘇省中小河流預(yù)警指標確定方法研究

羅俐雅 董家根 司存友

江蘇省中小河流預(yù)警指標確定方法研究

羅俐雅 董家根 司存友

一、前言

我國幅員遼闊，流域面積100～1000km2的中小河流有5萬多條，覆蓋了85%的城鎮(zhèn)及廣大農(nóng)村地區(qū)。但是，我國中小河流防洪標準普遍偏低，洪災(zāi)損失極為嚴重。據(jù)統(tǒng)計，一般年份中小河流的水災(zāi)損失占全國水災(zāi)總損失的70%～80%，近十年水災(zāi)造成的人員死亡中有2/3以上發(fā)生在中小河流。由于大部分中小河流站網(wǎng)偏稀，缺少必要的應(yīng)急監(jiān)測手段，預(yù)報方案不健全，加上中小河流源短流急，洪水具有強度大、歷時短、難預(yù)報、難預(yù)防的特點，因此在很多地區(qū)中小河流無法進行洪水預(yù)報，只能預(yù)警。

中小河流水災(zāi)頻發(fā)，洪災(zāi)損失嚴重，是造成人員傷亡的主要災(zāi)種?？梢娭行『恿骱樗A(yù)警預(yù)報作業(yè)是一項迫在眉睫、刻不容緩的工作。本文針對中小河流不能預(yù)報只能預(yù)警的情況，對預(yù)警指標的確定方法做了相關(guān)研究，以期為中小河流洪水災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)等工作提供參考。

二、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

1.研究區(qū)域概況

江蘇省是全國經(jīng)濟發(fā)達的省份之一，南鄰上海、浙江，西接安徽，北毗山東，位于我國東部沿海中心地帶，地處江、淮、沂、沭、泗五大江河尾閭，承受著上游近200萬km2流域洪水過境入海，歷來是“洪水走廊”。全省地處亞熱帶和暖溫帶過渡地帶，南北氣候差異較大，季風(fēng)環(huán)流特征明顯。多年平均降水量994.5mm，多年平均雨量等值線在700～1200mm之間，由南向北、西北方向遞減。暴雨主要集中在汛期6～9月。從暴雨成因和洪澇災(zāi)害分析，前期（6月上旬～7月上旬）為梅雨，后期為臺風(fēng)暴雨；梅雨易引發(fā)流域性大水，臺風(fēng)暴雨一般是區(qū)域性大水的主要原因。另外，短歷時雷暴雨，易造成小范圍局部洪澇。

2.數(shù)據(jù)來源

江蘇省205條中小河流212個斷面預(yù)警指標確定方法研究的數(shù)據(jù)來源于以下幾方面：各地市斷面情況復(fù)核、前期調(diào)研、資料收集及整理分析。

具體包括對205條中小河流的基本信息、與周圍已建站點的關(guān)系、所在區(qū)域的代表站點等做了梳理、修正和復(fù)核；進行了中小河流斷面預(yù)警指標研究相關(guān)調(diào)研工作，全面了解各地區(qū)水文氣象概況、典型洪水情況、局地暴雨情況、預(yù)警斷面與周邊已建站點的關(guān)系、閘門調(diào)度方案等情況；收集了各地市關(guān)于預(yù)警指標的已有研究成果，各地市的預(yù)案、方案，各工程的設(shè)計資料，水文、氣象資料以及其他相關(guān)資料。

三、研究方法及實例

1.河道斷面預(yù)警指標確定

（1）有歷史系列資料河道預(yù)警斷面

①已明確預(yù)警指標或已設(shè)有警戒水位的站點直接采用藍色預(yù)警指標或警戒水位。

按照我國各地曾研究使用的通過年最高水位頻率分析法確定警戒水位，警戒水位的頻率上限為15.9%（即重現(xiàn)期為6.29年），下限為84.2%（即重現(xiàn)期為1.19年），由此警戒水位重現(xiàn)期范圍可在1.2～6.3年。在實際應(yīng)用過程中，還應(yīng)綜合考慮河道、圩區(qū)等工程的實際情況，堤防工程歷史出險情況、洪水災(zāi)害可能造成的威脅以及成災(zāi)損失等綜合分析確定。

②無警戒水位的斷面

a.根據(jù)同一地區(qū)（或水系）警戒水位特性相似的原則，對于有歷史水位系列資料的斷面，參考周邊有水力聯(lián)系的站點的警戒水位或位于同一水系站點的警戒水位重現(xiàn)期，由本站水位頻率分析成果反推預(yù)警水位。

江蘇省宿遷市岔流新開河的預(yù)警指標即是根據(jù)同一水系沭陽站的警戒水位確定的。岔流新開河即原桐槐樹水文站，位于沭陽站上游支流岔流新開河上約12km處，桐槐樹站、沭陽站均具有長序列水位資料，且沭陽站已設(shè)警戒水位9.0m。因此，該斷面的預(yù)警指標可通過兩站高水位頻率分析，結(jié)合沭陽站警戒水位確定。根據(jù)桐槐樹水文站和沭陽站水位系列資料情況，取用1970～2011年共42年資料進行分析。沭陽站警戒水位為9.00m，相應(yīng)重現(xiàn)期為1.8年，鑒于岔流新開河站（桐槐樹水文站）與沭陽站屬于同一水系且距離較近，因此，岔流新開河站預(yù)警水位重現(xiàn)期也選取1.8年，相應(yīng)預(yù)警水位為10.61m，綜合確定為10.60m。

b.若周邊無可參考的具有警戒水位的站點，則根據(jù)小洪水定義，即重現(xiàn)期為2～5年的洪水，結(jié)合站點所在區(qū)域地理位置、工程防洪能力現(xiàn)狀等情況確定適當?shù)闹噩F(xiàn)期對應(yīng)的頻率水位作為預(yù)警指標。

江蘇省鹽城市運棉河閘（上）的預(yù)警指標即是結(jié)合本地區(qū)其他站點警戒水位的重現(xiàn)期綜合確定的。運棉河閘站屬于國家基本站，具有較長系列水位觀測資料，觀測的水位資料具有可靠性和代表性，因此該站預(yù)警指標可根據(jù)運棉河閘長系列高水位頻率分析。根據(jù)1980～2014年共35年運棉河閘（閘上）年最高水位頻率分析成果，結(jié)合本地區(qū)射陽河、黃沙港沿線警戒水位重現(xiàn)期基本在1.3～1.6年左右，若運棉河閘預(yù)警水位重現(xiàn)期取1.5年，則對應(yīng)的預(yù)警水位為1.30m。

（2）無歷史系列資料河道預(yù)警斷面

對于新建斷面，由于沒有歷史系列資料，因此分析時結(jié)合斷面所在區(qū)域的特點加以確定。

①平原河網(wǎng)區(qū)且與之有水力聯(lián)系的水系上有已建站點的斷面

如果新建斷面同一水系或有水力聯(lián)系的相鄰水系上有已建站點，且具有長系列資料的，可通過新建站有資料以來與已建站同期水位對比分析，由已建站點警戒水位推求新建站點預(yù)警水位；若已建站點未設(shè)警戒水位，則可參考以上有資料斷面預(yù)警指標確定辦法，先求出已建站點的預(yù)警水位，再推求新建站點的預(yù)警水位。

江蘇省鹽城市劉咀站的預(yù)警指標是由已建站點（裴橋站）警戒水位推求出來的。劉咀水位站是射陽河上游支流楊集河的水位控制站，根據(jù)劉咀水位站的地理位置，該站與裴橋站地理位置相近，因此考慮結(jié)合劉咀站與裴橋站的水位關(guān)系和裴橋站水位預(yù)警指標綜合確定其預(yù)警指標。

a.劉咀站與裴橋站水位關(guān)系分析

根據(jù)兩站的資料序列情況，選擇2013年汛期（5～9月）的水位數(shù)據(jù)資料，建立裴橋站與劉咀站水位關(guān)系，點群呈線性分布，相關(guān)性好，得出y=0.9578x，R2=0.99；y 代表裴橋站遙測水位，x代表劉咀站遙測水位。

b.水位預(yù)警值確定

根據(jù)以上兩站水位相關(guān)性分析，劉咀站可以與裴橋站統(tǒng)一考慮確定預(yù)警指標。因此，劉咀站預(yù)警水位值確定為1.80m。

②平原河網(wǎng)區(qū)且與之有水力聯(lián)系的水系上無已建站點的斷面

如果新建斷面同一水系或有水力聯(lián)系的相鄰水系上無已建站點，則可通過新建斷面所在的河道工程設(shè)計或防洪預(yù)案、調(diào)度方案等相關(guān)資料確定其預(yù)警水位。河道設(shè)計標準通常分排澇設(shè)計標準、防洪設(shè)計標準，標準高低視當?shù)乇Ｗo對象等具體情況確定，一般可選取排澇設(shè)計水位作為中小河流斷面預(yù)警指標；或者防洪預(yù)案中確定的啟動Ⅳ級應(yīng)急響應(yīng)的水位；或者調(diào)度方案中確定的需要啟動水閘排澇的水位等。

江蘇省徐州市神山站的預(yù)警指標是參考其所在河流——黃墩河河道整治設(shè)計資料確定的。

神山站位于黃墩河上，下游匯入沭河。本斷面可參考黃墩河河道整治設(shè)計資料確定其預(yù)警指標。黃墩河入沭河河口5年一遇水位為26.74m，20年一遇水位為28.29m。綜上，神山站預(yù)警水位確定為5年一遇對應(yīng)入沐河口水位，最終確定為26.7m。

③山丘區(qū)且同一水系上下游有已建站點的斷面

對于山丘區(qū)，如果新建斷面同一水系上、下游有已建站點的，可采用水面線推算或洪水演進等方法，由已建站點警戒水位推求新建斷面預(yù)警水位。

④山丘區(qū)且同一水系上下游無已建站點的斷面

對于山丘區(qū)，如果新建斷面同一水系上、下游無已建站點的，則可通過新建斷面所在的河道工程設(shè)計或防洪預(yù)案、調(diào)度方案等相關(guān)資料確定其預(yù)警水位。一般選取排澇設(shè)計水位作為中小河流斷面預(yù)警指標；或者防洪預(yù)案中確定的啟動Ⅳ級應(yīng)急響應(yīng)的水位；或者調(diào)度方案中確定的需要啟動水閘排澇的水位等。

⑤山丘區(qū)小流域斷面

對于流域面積小于500km2的獨立區(qū)域，附近一定范圍內(nèi)沒有已建站點，也沒有工程設(shè)計、防洪預(yù)案、調(diào)度方案等相關(guān)資料，按照《山洪災(zāi)害分析評價方法指南》，則可采用當?shù)夭煌l率短歷時暴雨資料推算其雨量預(yù)警指標。根據(jù)小洪水定義，為安全起見，一般選取2年一遇最大6h雨量或2年一遇最大24h雨量作為中小河流斷面預(yù)警指標。

2.水庫、閘壩斷面預(yù)警指標確定

水庫一般設(shè)有汛限水位，因此可直接將汛限水位作為水庫的水位預(yù)警指標。閘壩斷面若已有警戒水位，則直接將警戒水位作為該閘壩站水位預(yù)警指標，若無警戒水位，則可參考工程設(shè)計水位確定其水位預(yù)警指標，一般參考閘壩所在工程排澇設(shè)計標準確定。

四、結(jié)論

本文分類闡述了江蘇省中小河流預(yù)警指標的確定方法，包括有資料地區(qū)和無資料地區(qū)的預(yù)警指標的確定。江蘇省中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)的正常及有效運行，證明本文預(yù)警指標的確定方法是可行的，希望能為其他中小河流預(yù)警預(yù)報提供借鑒和參考■

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局 210029）