相应水位（流量）法在大理河水情预报预警中的应用

相应水位（流量）法在大理河水情预报预警中的应用

薛保兴

榆林水文水资源勘测中心   陕西  榆林  719000

摘要：为了及时掌握雨水情信息，吸取大理河绥德水文站“7.26”大洪水经验教训，防御和减轻水旱灾害，水情预警变得越发的重要。大理河属于山区性河流，特点是汇流时间短，强度高，易形成超渗产汇流洪水，洪水迅猛异常，破坏性极大。传统的水文预报方法很难在短时间内准确地预报出洪水出现的时间和量值。相应水位（流量）相关法是根据天然河道里洪水波运动原理，分析洪水波在运动过程中,洪水波上任一位相的水位自上断面传播到下断面时的相应水位及其传播速度的变化规律，寻求其经验关系[1]。本文对大理河2011年至2022年水文资料进行分析，采用上下游相应水位（流量）法推求成果，讨论总结大理河上下游洪峰关系及变化规律。通过分析对大理河绥德水文站洪峰过程提供可靠技术支撑，从而提高了工作效率和预报预警精度。

关键词：大理河，相应水位（流量）法，预报预警，洪峰

一、基本情况

大理河，黄河流域无定河水系第二大支流，源于靖边县中部白于山东延的五台山南侧乔沟湾。东南流经青阳岔于新庄茆东折向东北入横山县，经石湾、魏家楼。在麒麟沟东南入子洲县，又经马岔、三眼泉、马蹄沟，在子洲县城西复折东南，经苗家坪、于中沟南入绥德县，经石湾、张家砭，在绥德县城东北注入无定河。全长159.9km，流域面积3904.24km2，高差503.3m，比降3.16‰[1]。上游为毛乌苏沙漠，中下游为黄土丘陵沟壑区，沟壑纵横，支离破碎，重山秃岭起伏不平，水土流失极为严重，黄土覆盖较薄，岩层愈高，基岩切割很深，地势高亢，山大沟深，峁梁交错。海拔821.00m，为干旱半干旱地区。年平均气温7.8～9.6℃，无霜期165天，年蒸发量1000～1200mm。

大理河有小理河、槐树岔沟、驼耳巷沟等11条主要支流，河道平均比降2.56‰。一级阶地沿河断续分布，前缘高出河水面8～10m，阶面宽50～300m；二级阶地不发育，前缘高出河水面25～30m，组成物质具二元结构，因遭后期破坏，多呈条楔状。大理河流域属中温带，年均降水量494.6mm，夏秋降水量占全年降水量的81.7%，河流多年平均径流量1.83亿m3，平均流量5.8m3/s，夏秋径流量占全年径流量的71.6%。每年11月上旬结冰，12月上旬封冻，次年3月解冻，平均封冻89天，最大冰厚0.77m。年输沙量4550万t，含沙量328kg/ m3。水质混浊，属高矿化水。

二、数据来源

所有数据年限为2011年-2022年，水文数据包括青阳岔水文站和绥德水文站的实测洪峰流量和实测洪峰水位及相应的时间，通过计算求得传播时间。本文所用数据来源于黄河水利委员会水文资料年鉴。

三、分析方法

相应水位（流量）法：根据河段上游站某一时刻的水位（流量）经过传播来预报下游站相应水位（流量）的一种方法。它是基于洪水波在天然河道里的运动原理，分析洪水波在运动过程中，上下游站水位（流量）及其传播时间的变化规律，寻求其经验关系，据以进行预报。此法精度一般较高，但预见期较短。上下游站相应流量及其传播时间的经验关系，常用关系曲线图的形式来表示[2]。

四、分析与结果

大理河流域共建有水文站4处，其中干流控制站2处，分别为青阳岔水文站（上游干流控制站）和绥德水文站（出口控制站）；支流控制站2处，分别为李家河站（小理河）和曹坪水文站（岔巴沟）。通过数据分析，大理河支流李家河站（小理河）和曹坪水文站（岔巴沟）2011年-2022年洪峰数据较少（如表1，2），形成汇流的比例相对较少，故本文分析区间无入流的情况。

表1  2011-2022年李家河水文站水位流量统计表

表2  2011-2022年曹坪水文站水位流量统计表

由于2011年大理河青阳岔水文站站址移至横山区石湾镇，为了保持青阳岔水文站水文数据的一致性，数据选取青阳岔水文站和绥德水文站2011年-2022年19组水位流量数据，摘录具有代表性洪峰水位流量值及其洪峰传播时间（见表3）

表3  2011-2022年青阳岔水文站和绥德水文站水位流量及传播时间统计表

对于区间无入流，河槽稳定的河段，若没有回水等因素影响，那么影响洪水波传播的因素较单纯，上下游站相应水位（流量）过程起伏变化较为一致，则在上下游站的水位（流量）过程线上，常常容易找到相应的特征点：峰、谷和涨落洪水段的反曲点等[3]。本文选取上下游洪峰水位-时间关系和洪峰流量-时间关系，通过Excel电子表格制作关系散点图，形成相对应指数函数、对数函数、幂函数、一次函数等多种函数，通过比对散点图与各种函数的拟合程度，得出最为拟合的函数关系（如图1,2,3,4）。

图1：青阳岔站洪峰流量与传播时间关系散点图

图1为上游青阳岔站洪峰流量Q上与传播时间t相应关系散点图，拟合程度最高的函数为指数函数，公式如下：

Q上 = 1207.7e-0.198t                                                           （1）

图2：绥德站洪峰流量与传播时间关系散点图

图2为下游绥德站洪峰流量Q下与传播时间t相应关系散点图，拟合程度最高的函数为指数函数，公式如下：

Q下 = 2824.5e-0.314t                                                           （2）

图3：青阳岔站洪水位与传播时间关系散点图

图3为上游青阳岔站洪峰水位H上与传播时间t相应关系散点图，拟合程度最高的函数为对数函数，公式如下：

H上 = -1.319ln(t) + 1053.6（3）

图4：绥德站水位与传播时间关系散点图

图4为下游绥德站洪峰水位H下与传播时间t相应关系散点图，拟合程度最高的函数为对数函数，公式如下：

H下 = -4.502ln(t) + 824（4）

通过图1,2,3,4关系散点图，得到相应公式（1）（2）（3）（4），可建立最简单的上下游相应水位（流量）关系。当上游青阳岔站涨水时，通过水文测验，获取青阳岔站流量Q上和水位 H上，利用公式（1）（2）求出此次洪水的传播时间t，再利用公式（3）（4），可得出下游绥德站相对应的流量Q下和水位H下。从而起到了大理河洪水预报预警的作用。这种方式建立一种简单易行且符合洪水波传播规律的临时预报方法来满足大洪水期间的预报预警要求。

五、总结讨论

本文以大理河上游青阳岔站和下游绥德站位代表，介绍了相应水位流量法在大理河预报预警中的应用，建立一种简单易行符合洪水波传播规律的临时性预警方法，但当上游青阳岔站遇到相同洪峰流量，有区间入流，且占比相对较大时，影响到传播时间和下游绥德站相应流量值。这时如果加入区间入流与下游绥德站洪峰相应关系，可提高预报方案精度。

大理河流域是一个十分典型的流域，暴雨洪水频繁发生，洪水挟带大量泥沙，水土流失严重，人类活动影响频繁，同时也作为一个完整的流域水系，水文站定设均匀，资料系列代表性较好，通过进一步的探究，采用更加科学有效的放阿飞，不断完善水位流量相关法在大理河上的应用，为水情预报预警研究提供了便利条件。

参考文献

[1]牛汝辰．中国水名词典．哈尔滨：哈尔滨地图出版社，1995：200

[2]包为民.水文预报[M].中国水利水电出版社,2009.

[3]张德伟,李淑琴,徐实.用虚拟水位流量关系作多元回归的相应水位法洪水预报[J].东北水利水电, 1993(5):4.