一种新的汇流时间计算方法在滃江水文站洪水预报中的应用探讨

1、一种新的汇流时间计算方法在滃江水文站洪水预报中的应用探讨摘 要:汇流时间是净雨到流域出口形成洪峰所需要的时间，是流域洪水特征重要参数。本文探讨了试错法在滃江水文站汇流时间计算中的应用，并通过建立降雨洪水之间过程相关的数值化拟合表达式，对汇流时间直接用于洪水预报的具体方法进行了探讨。关键词：汇流时间；滃江水文站；洪水预报；探讨1. 滃江水文站基本情况1.1 站点基本情况滃江水文站位于广东省翁源县官渡镇河唇刘屋（见图1），是滃江流域的区域代表站，集水面积2000km2，东经113°55，北纬24°18，河长91km，平均坡降2.19。1.2 气候、水文特征滃江流域属于亚热带季风

2、气候区，滃江流域地处粤北山区南麓，受南海海洋性气候影响较大，多年平均降水量在1800mm左右，在38月降雨量占全年的75%以上，具有明显的季节性。滃江水文站多年平均流量为55.7m3/s，干支流坡降较大，汇流时间短，洪水过程急涨急落。图1 滃江水文站及上游流域图1.3 当前主要预报方法该站上游未建其他水文位站，故主要预报方案为降雨径流相关。滃江水文站上游有较长时间雨量观测的站点共有11个。本文采用滃江站及流域内的11个雨量站的1955年以后的资料，利用造峰雨量为主预报变量，流量涨幅为预报对象，编制单一线预报方案。根据水文情报预报规范（GB/T22482-2008）统计方案合格率为60.4%，属

3、于丙等方案，只能用于参考，必须采用其他方法进行修正才能用于发布。2. 暴雨中心法确定汇流时间采用历史上发生的多场洪水，找出每场洪水的暴雨中心；若暴雨中心只有一个雨量站的，找出暴雨结束时间与洪峰出现时间，作为汇流时间；若暴雨中心有两个的，则分别找出暴雨中心各个雨量站的汇流时间；若暴雨中心超过2个站或不明显的，则不参与计算。将统计出的汇流时间按照站点进行分组，采用平均值或众数作为该站点的汇流时间。本文选用滃江水文站以上19762010年共35年的水文、降雨观测资料，共摘录出39场洪水用于统计汇流时间。汇流时间计算结果如表1。表1 滃江水文站上游各雨量站汇流时间表站名小石示贵东陂头鲁溪松塘高陂牛屎坜

4、石示头翁源三华滃江汇流时间（h）1311101198875313. 试错法寻找最优汇流时间3.1 水文学原理根据单位线基本原理，可以推论以下两个重要结论：a、 雨洪涨率对应规律单位线具有线性、倍比及叠加原则，流量涨率是流量在时间上的一次函数，故同理，流量涨率也同样满足线性、倍比及叠加原则，满足以下公式： (1)式中：流域出口断面时段末的流量涨率；：时段净雨量；：单位线流量涨率；：净雨时段数；：单位线底长时段数。由此可见，流量过程涨率和雨量强度是呈正比关系的；在同一个水文站，雨量强度越大，流量涨率越大；流量的涨率最快的部分一般都和降雨强度最大的部分具有一定对比关系。因此，在运用降雨径流方法进行洪

5、水预报时，可利用雨洪涨率关系，将降雨过程用于洪水过程修正。b、 涨水历时根据以上推断，涨水历时与降雨历时同样存在对应关系，这种对应关系可分为两种表现形式：a) 一定的涨水速率所保持的时间是与对应降雨所保持的历时相关的；b) 总的涨水历时与总的降雨历时具有相关关系，一般符合 （2）式中：洪水涨水历时；：降雨历时；：单位线涨水段的时段长。3.2 试错计算根据以上推论，采用试错法来计算流域内各个站点的最优汇流时间。若流域内有N个雨量站，假定各雨量站的汇流时间分别为t1，t2，tn，则可以得到一组汇流时间，采用以下公式重新计算流域平均雨量： （3）其中：时刻的流域平均雨量；：流域内雨量站数量；：第i个

6、站点的汇流时间；：第i个雨量站对应汇流时间之前的降雨量。将新的平均雨量过程（p）与流量涨差（）过程建立一一对应的相关，采用相关系数公式计算两个样本的相关系数，并可以得到两个变量之间的相关系数。对第i个雨量站，汇流时间ti存在一合理区间Tsi,Tei，对该区间内的各个时间值构成的全部汇流时间组合进行遍历，寻找出相关系数最好的一个组合，即为流域各雨量站最优汇流时间。3.3滃江水文站汇流相关计算本文随机挑选了滃江水文站20000902、20020719、20030413、20050509、20050605、20050623、20060727、20080618、20100507、20100621、20

7、100625等11场洪水按照洪水级别划分为大洪水、小洪水两个样本集，采用试错法分别计算两个样本集的各个站点的最优汇流时间，结果见表2。表2 试错法推算汇流时间计算结果计算方式小石示贵东陂头鲁溪松塘高陂牛屎坜石示头翁源三华滃江暴雨中心法131110119887531试错法-大洪水1312101110686531试错法-小洪水15119109776431由此可见，试错法与暴雨中心法计算得到的汇流时间相比，部分站点调整了1h左右，基本上是一致的。计算得到的雨量过程与流量涨差之间相关关系为：大洪水： (4)小洪水： (5)将大、小洪水两个系列变量分别点绘到图上，见图2、图3。图2 大洪水雨强流量涨率相

8、关图图3 小洪水雨强流量涨率相关图4. 洪水过程预报在高空槽和切变线共同影响下，滃江流域2013年5月15日8时至16日10时出现暴雨，总降雨量达201mm，其中滃江水文站以上流域降雨量达228mm，最大长潭站降雨量达361mm。在强降雨影响下，滃江水文站5月16日18:30出现101.60m，流量为3340立方米/秒的洪峰，为建国后第三大洪水，规模超20年一遇。利用汇流时间法，一方面用来预测峰现时间，另一方面，采用大洪水推算成果，利用公式计算逐小时流量涨率，得到一条流量预报过程线，直接用于洪峰流量预报（预报结果见图4）。本次洪水降雨空间分布特征为从上游到下游逐渐增加。根据降雨时空分布以及汇流

9、时间，本次洪水峰现时间决定于中游的跃进站（降雨量291.5mm），该站暴雨结束时间大约在16日11点左右，而该站到滃江水文站的汇流时间约7小时，故预报峰现时间约为18时左右，与实际峰现时间相差0.5h。从图中可以看出，在洪水初段，预测过程涨率低于实测过程，导致偏低于实测过程；后段涨速加快，逐渐接近实测洪峰。采用本法预测洪峰流量为3210m3/s，误差-130m3/s，属于合格预报；预报确定性系数为0.869，达到乙等精度。图4 滃江水文站20130516号洪水预报计算过程线5. 结论雨量站汇流时间是流域水文特征重要参数。本文探讨了利用建立降雨涨率相关的试错方法，用于推算流域内所有雨量站的汇流时

10、间，并将该相关直接用于流域出口水文站洪水过程预测，在滃江水文站得到了较好的验证。降雨涨率相关的基本原理是单位线原理，但是通过本文的转换方法，避免了单位线的推算和实时过程滚动计算的繁杂计算过程，而同样取得比较理想的效果。从这方面来看，本文所探讨的消除汇流时间后的降雨涨率相关直接应用于水文预报，从理论上是可行的，具有较高的推广应用价值。特别是针对中小河流水文站，上游缺乏控制性水文站的站点预报，采用本方法可以在峰现时间的精确确定发挥重要作用。同时，汇流时间应用于洪水过程预报的实现，主要受两方面的影响，一方面是汇流时间计算是否完全正确，另一方面是降雨连续性。其中，汇流时间计算需要考虑洪水量级、雨量站点空间分布均匀性、雨量资料监测方式等多方面影响，在计算过程中必