赤水河、習水河流域降水對水位影響的研究

任青峰，謝輝鈺，張東平，翁 玲

(貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700)

赤水河、習水河流域降水對水位影響的研究

任青峰，謝輝鈺，張東平，翁 玲

(貴州省赤水市氣象局，貴州 赤水 564700)

該文利用赤水河、習水河降水、流量、徑流量、水位等資料，建立了赤水河、習水河暴雨—水位計算公式，為赤水市小流域暴雨洪澇災害防御工作提供決策依據：赤水9月出現暴雨過程對赤水河水位影響最大；赤水24 h降水達到50 mm時，赤水河水位正常，達到100 mm時，赤水河水位將超過警戒水位，其中9月超過危急水位；赤水24 h降水達到150 mm時，赤水河水位超過危急水位。習水河由于缺乏水文數據，建立公式偏差較大，預警準確度偏低，提升習水河暴雨—洪水預警準確率需要對習水河水文資料開展收集，從而修正偏差值。

赤水河；習水河；暴雨；水位

1 引言

1.1 研究背景

赤水地處于云貴高原向湖南丘陵和四川盆地過渡地帶的斜坡地帶，境內地形復雜多樣，由于暴雨引發(fā)的洪澇等自然災害時有發(fā)生[1]。2014年8月10日晚至11日凌晨, 赤水市普降中到大雨，局地暴雨，但地處習水河、赤水河流域上游的習水縣境內發(fā)生罕見特大暴雨，全縣有15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現暴雨天氣，其中有3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)大暴雨 、5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)特大暴雨，最大降水量為良村鎮(zhèn)334.3 mm，最大小時雨強達到84.1 mm，均突破當地有氣象記錄以來的歷史極值。貴州省氣候中心對這次特大暴雨定性為極端天氣氣候事件。

特大暴雨導致習水河短時間迅速形成特大洪水，使地處習水河下游的赤水市東部5鄉(xiāng)鎮(zhèn)相繼出現超歷史警戒水位，洪峰持續(xù)約2 h。沿岸的石堡鄉(xiāng)、官渡鎮(zhèn)、長期鎮(zhèn)、長沙鎮(zhèn)政府所在地集鎮(zhèn)分別超警戒水位4.7 m、7.4 m、9.9 m、4.8 m，均為有記錄以來的最高水位。由于習水河上游鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計雨量大、雨勢猛，加之特殊的地質結構和800 m的地形落差，迅猛的洪水夾雜著泥土、砂石導致赤水市東部5鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生了嚴重的塌方、滑坡、泥石流和山洪災害，造成大規(guī)模的房屋垮塌，交通、水利、電力、通訊等基礎設施嚴重損毀。

由于中小河流站網偏少，缺乏必要的應急監(jiān)測手段[2]，為更好的預防洪澇災害，構建赤水市主要河流流域防洪減災預警體系，有必要科學分析赤水河、習水河降水量和水位關系,為赤水市的小流域暴雨洪澇災害防御工作提供決策依據。

1.2 自然特征

1.2.1 赤水河 赤水河位于川江南岸，流域處在云南、貴州、四川三省的接壤地帶，發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣北部的雨河鎮(zhèn)花果頂梁子，海拔2 000 m，流域集水面積約為20 440 km2，長度約520 km，落差1 588 m，平均比降約3‰。赤水河流域地勢東、南、西三面高，北部低，大部分為山區(qū)，局部為丘陵和沖積盆地。西與永寧河、南廣河以及橫江的上游分界，南、東隔大婁山脈與烏江流域接壤，東北部緊鄰綦江，北接長江干流及其支流塘河。

1.2.2 習水河 習水河，為赤水河下游河口段匯入的東岸大支流。發(fā)源于習水縣寨壩，東南流至良村下折西北流經官渡、長沙入四川境，至合江城附近注入赤水河。流域面積1 600余km2，貴州省境內為1 513 km2。包括川、黔兩省的習水、赤水、合江3縣。河道全長116 km，總落差725 m，平均比降約6‰；貴州境內河段長86 km，總落差700 m，平均比降約8‰。流域地勢東北高而西南低，海拔400～1 200 m，山高坡陡，傍河很少，臺地多為岸坡上梯田。

2 數據和方法

本文的資料來自于赤水河、習水河多年每月平均降水、流量、徑流量、水位等資料。對降水與水位關系進行分析，通過參證對比，獲得降水與水位聯系公式[3]，并通過歷史暴雨—水位資料檢驗，從而建立有一定參考價值的赤水河、習水河暴雨—水位計算模型，為赤水市小流域暴雨洪澇災害防御工作提供決策依據。

3 赤水河降水與水位關系分析

3.1 降水量、徑流量分析

對赤水氣象站多年月平均降水與赤水水文站多年月平均徑流量相關性分析，從圖1可以看出，降水在5—8月最強，而徑流量也在5—8月最大，時間分布基本一致。

3.2 暴雨、大洪水年內發(fā)生機率分析

從圖2可以看出，赤水河發(fā)生暴雨幾率最高的是7—8月，而赤水河發(fā)生大洪水幾率最大的是6—7月，對比圖1結論可以看出在7月赤水出現的強降水將有極大幾率導致赤水河出現洪水。

圖2 赤水河暴雨、大洪水年內發(fā)生幾率月分布Fig.2 Monthly distribution of probability of rainstorm and flood in Chishui River

3.3 降水、流量、徑流量關系分析

通過赤水河多年月平均降雨量與多年月平均徑流量對應分析，應用統計回歸方法建立降水與徑流量關系圖[4](圖3)，其線性相關系數R2=0.934 2，誤差不超過7%。

流量Q，指單位時間內通過某一過水斷面的水量。徑流量W，是指時段內通過河流某一斷面的總水量。以所計算時段的時間乘以該時段內的平均流量，就得徑流總量W，即：

W=Q×Δt，直接可用降水與流量開展對比分析，從而建立降水—流量關系方程[5]。

由圖4分析，建立的降水—流量線性相關系數R2=0.926 0，誤差不超過8%。

圖3 赤水河降水、徑流量線性關系Fig.3 Linear relation of precipitation and runoff in Chishui River

圖4 赤水河降水、流量線性關系Fig.4 Linear relation of precipitation and discharge in Chishui River

3.4 水位、流量分析

查閱赤水河水文資料可知，2000年后由于赤水河赤水城區(qū)—復興段修筑防洪堤，河床變窄，赤水水文站測流斷面發(fā)生沖淤，流量有所增加。為使水位流量關系主要反映現狀情況，堤防標準以下的洪水采用2000年以來的資料定線，超過堤防標準的洪水采用建堤前的H-Q關系。通過查閱赤水河水文資料，建立水位—流量多項式(圖5)，其相關系數R2=0.9766，誤差不超過3%。其中水位采用吳淞高程系統，與黃海高程系統的換算關系為：黃海高程=凍結高程-187.452 m。

圖5 赤水河水位流量關系Fig.5 Water level discharge relation of Chishui River

3.5 暴雨、水位分析

由于圖4降水流量關系是基于多年月平均雨量、流量開展計算，故本文討論發(fā)生暴雨、洪水時的情況采用多年月平均雨量、流量為基數，以赤水河多年月平均降雨量與水位變幅之間建立有一定機制原理的對應關系式[6]。以月平均流量通過圖5關系計算月平均水位作為基準水位，根據歷史暴雨—洪水發(fā)生情況，以5—9月為研究范圍，將降水分為50 mm、100 mm、150 mm、200 mm 4個量級，計算出現降水時，水位在基準水位上的增加量，從而確立暴雨—水位關系：

H=(R-R0/D0)×C1+H0

(1)

其中H為計算水位，R為設定降雨量，R0為月平均降雨量，D0為月平均降雨日數，C1為降雨—水位關系計算結果相關系數，H0為月基準水位。

H0=Q0×C2+C3

(2)

其中Q0為月平均流量，C2、C3為水位—流量關系計算結果相關系數。

雖然公式(1)、(2)及式中常數是通過歷史平均數據計算得出，但是數據來源可靠，跨度較長，可以一定程度上反映真實暴雨—水位關系，后期通過延長數據年限，增加氣候變化變量，可進一步完善公式。通過公式(1)計算出暴雨水位值，結果如表1：

表1 赤水河暴雨—水位計算結果Tab.1 Calculation results of storm water level in Chishui River

表1計算結果表明，赤水降水達到50 mm時，赤水河水位最高為9月226.77 m，達不到警戒水位229.0 m；赤水降水達到100 mm時，赤水河水位最高為9月231.68 m，超過危急水位231.0 m，且其余月份均超過警戒水位；赤水降水達到150 mm時，赤水河水位最高為9月239.31 m，超過危急水位8.31 m，其余月份均超危急水位；赤水降水達到200 mm時，赤水河水位最高為9月241.50 m，全部月份都超過有數據記錄的歷史極值。

由于上文所述結果是按照24 h降水計算，故實際情況中應將降水持續(xù)時間作為強度修正量計算。

3.6 結論檢驗

以歷史暴雨—洪水數據作為檢驗，查閱歷史赤水城區(qū)洪災資料、氣象資料可知[7]，1998年8月赤水降雨量297.1 mm，赤水河市中段洪水水位231.84 m，受淹780戶，房屋2 126間，受災人口2 850人，受災面積4 650 m2，15個企業(yè)遭受損失，帶入公式(1)計算可得如下結果。

表2 歷史數據檢驗Tab.2 Historical data check

由于表2計算時采用歷史數據差值，非實際過程降雨量，故水位計算結果比實際記錄偏高1.21m，較為接近。

4 習水河降水與水位關系分析

根據前文赤水河降水與水位關系分析方法，開展習水河降水與水位關系分析。

由于習水河干流原石筍水文站實測流量資料系列為1959—1961年，時間短,代表性差,故直接引用石筍水文站資料不能滿足要求。選用流域面積與習水河流域相近的桐梓水文站為參證水文站。根據桐梓水文站的徑流資料，按習水河流域面積與桐梓站控制面積的倍比，將控制站的徑流系列放大得到習水河年月徑流系列[8]。

按照上文赤水河暴雨洪水計算方法，計算出暴雨水位值，結果如表3：

表3 習水河暴雨—水位計算結果Tab.3 Calculation results of storm water level in Xishui River

表3計算結果表明，習水降水達到50 mm時，習水河水位最高為5月395.59 m，由于二郎壩水文站歷史水位極差為6.5 m，故習水河水位變化率為17.32%，各月平均變化率16.53%；習水降水達到100 mm時，習水河水位變化率最高為7月51.23%，各月平均變化率40.03%；習水降水達到150 mm時，習水河水位變化率最高為5月75.48%，各月平均變化率67.23%；習水降水達到200mm時，習水河水位變化率最高為5月95.90%，各月平均變化率87.65%。

5 結論

①赤水河水文、氣象數據較完整，建立公式偏差小，可作為實際暴雨—洪水預測預報的參考。

②赤水9月出現暴雨過程對赤水河水位影響最大；赤水24 h降水達到50 mm時，赤水河水位正常；赤水24 h降水達到100 mm時，赤水河水位將超過警戒水位，其中9月超過危急水位；赤水24 h降水達到150 mm時，赤水河水位超過危急水位。

③習水河由于缺乏水文數據，建立公式偏差較大，預警準確度偏低，提升習水河暴雨—洪水預警準確率需要對習水河水文資料開展收集，從而修正偏差值。

④由于本文采用定量計算，故在實際應用過程中需根據降雨持續(xù)時間及強度變化情況開展修訂，以接近實際情況。

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StudyontheinfluenceoftheChishuiRiver,XishuiRiverBasinPrecipitationonWaterLevel

REN Qingfeng，XIE Huiyu，ZHANG Dongping，WENG Ling

(Chishui Meteorological Bureau of Guizhou Province， Chishui 564700， China)

This paper uses the Chishui River, Xishui river flow, rainfall, runoff, water level data, establishes the calculation formula of the Chishui River, Xishui River storm - water level, provides the decision-making basis for the small watershed of Chishui city flood disaster prevention work: rainstorm occurred in Chishui in September, the greatest impact on the Chishui River; Chishui 24h precipitation at 50mm the Chishui river was normal; Chishui 24h precipitation reaches 100mm, the Chishui river water level will exceed the warning level, which in September exceeded the critical water level; Chishui 24h precipitation reaches 150mm, the Chishui river water level exceeds the critical level. Xishui river due to the lack of hydrological data, establish the formula of large deviations, early warning accuracy is low, Xishui River storm flood warning and improve accuracy of Xishui river hydrological data need to be collected to carry out, to correct the deviation.

Chishui River; Xishui River; rainstorm; water level

1003-6598(2017)05-0058-04

2017-02-21

任青峰(1989-)，男，助工，主要從事天氣預報服務工作，Email:jesusr@163.com。

貴州省氣象局青年基金項目(QN[2015]12號)資助：赤水河、習水河上游降水對下游水位影響的預警機制。

P426.61+3

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