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水文动态
单位线法与合成流量法在赤水河流域洪水预报中的手工推算运用
作者:    时间:2016-05-30 12:25:00 来源:丁灿

     摘要:贵州省洪水预报系统逐步建设完成,水文业务逐渐从传统的测量、报汛向预报领域拓展,本文介绍了赤水河流域特性及水文气象特征,通过运用单位线法与合成流量法对该流域赤水水文站一次洪水过程进行手工推算,以作为遵义市洪水预报软件系统遭遇故障状态下的辅助手段。

    关键词:单位线法  合成流量法  赤水站  洪水预报

    一、流域概况

    赤水河流域属中亚热带季风湿润区,下游处于贵州高原温凉气候向四川盆地气候过渡带,垂直差异明显,相对湿度较大,降水量从上至下逐步递增,多年平均降水量在900~1140mm之间。多年平均蒸发量在850~950mm之间,多年平均气温在13.5~18.1℃之间,湿度在78~82%之间,全年日照时29%,风速平均约1.6m/s,风向多为C、N向,全年雷暴日数一般为46d。

赤水河属雨源型山区河流,洪水由暴雨产生,峰高量大,暴涨暴落,且多呈单峰型。洪水多发生在5~10月,6~7月发生大洪水机会最多,9月也曾发生过特大洪水(1953年9月6日)。一次洪水过程持续4~6d左右,洪峰持续时间一般为6~12小时,洪量集中在1~3d内。每年一般有3~5次较大洪水。

    二、预报站点情况

    赤水水文站于1939年12月设立,东经:105°41′,北纬:28°35′,有1959-2015年56年系列实测资料,测验项目有降水、蒸发、水质、泥沙、水位和流量,水位流量关系为单一线。流域集水面积为16622km2,为赤水河上的重要控制站,距茅台水文站156km,距二郎坝水文站129km。

    赤水站多年平均流量243m3/s,实测最大流量5670m3/s,发生于2014年7月15日,洪峰水位231.36m。实测最小流量24.4m3/s,发生于2011年9月5日,枯水位221.68m。

 1   洪水预报系统茅台、二郎坝~赤水预报区间演示图

      三、预报模型基本原理

     赤水河流域中下游以赤水站为代表,目前可以采用的预报模型有新安江模型、马斯金根演算模型、单位线法、合成流量法、临界雨量模型等,本次手工作业采用单位线法以及合成流量法。

    单位线:单位时段内给定流域上时空分布均匀的一次单位净雨量在流域出口断面所形成的地面径流(直接径流)过程线。1个单位净雨是指单位时段内单位净雨深。单位时段长可以任取,例如2h、3h、6h,等。而单位净雨深通常取为10mm。赤水站本次区间产流推算采用6h单位线。

合成流量法:把各上游站的流量按其各自到下游断面的传播时间合成,从而建立上游合成流量与下游站相应流量相关关系来进行下游断面洪水预报。

    四、预报作业背景

    选取天然河道类型且数据资料较为完整的2014年7月15日赤水水文站实测最大洪水过程作为算例。

    2014年7月14~15日,赤水河流域发生一次强降雨过程,茅台、二郎坝至赤水区间雨量站时段雨量详见表1。预报站点上游的茅台站流量过程见附图3,二郎坝站流量过程见附图4。2014年7月14日8时,茅台、二郎坝至赤水区间前期影响雨量Pa=30mm。

 

   表1                      实时雨量数据表                  单位(mm)

 

站名

14日8~14时

20时

15日2时

8时

14时

20时

16日2时

8时

茅台

45.5

7

20.5

7

18.5

4.5

 

3.5

6.5

赤水

7

6

4.5

6

1.5

 

 

0.3

二郎坝

14

10.5

2

31.5

9.5

0.5

1

 

5.8

古蔺

5.5

15.5

2

45

9.5

2.5

1.5

4.5

土城

7.5

15.5

1

40.5

3

0.5

0.5

1

 

大同

7.5

6.5

6

6

2

0.5

1

 

 API模型参数:赤水河流域最大蓄水量Im=60mm,日消退系数K=0.85,茅台、二郞坝至赤水区间P~Pa~R相关图见图1。

图1    茅台、二郞坝至赤水区间P~Pa~R相关图

  茅台、二郞坝至赤水区间单位线径流深R=10mm、时段长⊿t=6h,详见表2。 

表2         茅台、二郞坝至赤水区间6h单位线节点表

时段数

流量(m3/s)

 

时段数

流量(m3/s)

0

0

4

136

1

413

5

40

2

1460

6

0

3

483

 

 

 

 图2    茅台站实时流量过程线图 

 

          五、手工推算

   茅台站至赤水站的洪水平均传播时间约为13h,二郞坝站至赤水站的洪水传播时间约为11h。赤水河茅台、二郎坝至赤水河道流量预报采用单位线与流量合成法,即将茅台、二郞坝站合成入流按洪水传播时间推算至赤水站,加上区间稳定基流和区间流量后即可得到赤水站的流量预报过程。

 

根据采集的实时数据计算出茅台、二郎坝至赤水区间各时段的面雨量,见表3。

表3                    实时面雨量表

 

站名

14日8~14时

20时

 

15日

2时

8时

14时

20时

16日

2时

8时

茅台

45.5

7

20.5

7

18.5

4.5

3.5

 

6.5

赤水

7

6

4.5

6

1.5

 

 

0.3

二郎坝

14

10.5

2

31.5

 

9.5

0.5

1

5.8

古蔺

5.5

15.5

2

45

9.5

2.5

1.5

4.5

土城

7.5

 

15.5

1

40.5

3

0.5

0.5

1

大同

7.5

6.5

6

6

2

0.5

1

 

 

面雨量

14.5

10.2

6.0

22.7

7.3

1.7

1.5

3.6

4                 单位线法流量过程计算表

 

时间

1414

1420

152

158

1514

 

1520

162

168

降雨径流过程

时间

时段

面雨量

14.5

10.2

6.0

22.7

7.3

 

1.7

1.5

3.6

 

 

前期土壤含水量pa

30

43

51

55

60

60

60

 

60

 

 

时段径流深R

2

4

 

12

 

 

 

 

 

 

 

6h单位线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

0

148

1

413

 

82.6

0

 

 

 

 

 

 

82.6

1414

2

1460

292

 

165.2

0

 

 

 

 

 

457.2

1420

3

483

96.6

584

 

0

0

 

 

 

 

680.6

152

4

136

27.2

193.2

0

 

495.6

0

 

 

 

716

158

5

40

8

54.4

0

1752

 

0

0

 

 

1814.4

1514

6

0

0

16

0

579.6

0

 

0

0

 

595.6

1520

 

 

 

0

0

163.2

0

 

0

41.3

0

204.5

162

 

 

 

0

0

48

0

 

0

146

41.3

235.3

168

 

 

 

 

 

0

0

0

 

48.3

146

194.3

1614

 

 

 

 

 

 

0

0

13.6

 

48.3

61.9

1620

 

 

 

 

 

 

 

0

4

13.6

 

17.6

172

 

 

 

 

 

 

 

 

0

4

4

 

178

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1714

 

    使用6h单位线从表4计算出茅台、二郎坝至赤水区间由降雨产生的最大区间流量为15日14时1814m3/s,赤水站洪水预见期约为6~8小时,预计区间产流洪峰到达赤水站的时间在15日20时~22时。查茅台、二郎坝实时流量图,从15日22时起扣除茅台至赤水13h洪水传播时间,二郎坝至赤水11h洪水传播时间后,茅台站15日9时流量1770 m3/s,二郎坝站15日11时流量1780 m3/s,区间基流200 m3/s,区间流量1814m3/s,以上4种流量合成后赤水站洪峰流量预测值为5564 m3/s(实测洪峰出现时间22:20,洪峰流量5670 m3/s)。

    七、预报精度

    流量预报误差:绝对误差106 m3/s,相对误差1.87%;

    峰现时间预报误差:20min;

    洪量预报和洪水过程未作评定。

    八、结语

   本文介绍了单位线法和合成流量法在赤水河流域洪水预报中的手工推算应用,以赤水站为代表,详细分析了流域特性和水文气象特征,计算出降雨径流深,推导出洪水涨落曲线。目前的洪水预报方式与以前主要靠经验预报的方式相比有了很大改变,既方便又快捷,大大提高了工作效率,为防洪安全、抗洪抢险、科学决策提供了可靠的技术支撑。

  处于起步阶段的遵义洪水预报工作目前受到实时数据采集完备度、预报模型参数率定、水利工程调控、预报人员业务素质与再学习、预报队伍稳定性、预报经验积累等多方面因素的影响,正因为存在这些实实在在的困难,遵义洪水预报工作的开展和提高更显得任重而道远 

 

 

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