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黄河孙口水文站单站洪水预报方案研究与应用

发表时间：2021/9/10 来源：《时代建筑》2021年8期4月下作者：尚俊生1 尚景伟1

[导读] 孙口水文站单站洪水预报方案是以上游站实测资料来预报本站的相关水文要素。在流量预报及洪峰传播时间预报上选用相关参数分析的手段，预报合理，对孙口水文站洪水预报具有较好指导作用。

黄委山东水文水资源局尚俊生1 尚景伟1 山东济南 250100

摘要：孙口水文站单站洪水预报方案是以上游站实测资料来预报本站的相关水文要素。在流量预报及洪峰传播时间预报上选用相关参数分析的手段，预报合理，对孙口水文站洪水预报具有较好指导作用。
关键词：水文预报;方案方法；研究应用
        1引言
        孙口水文站1949年8月21日设立，位于山东省梁山县赵堌堆乡蔡楼村，距河口449km，集水面积734824km2，下游20km是东平湖蓄滞洪区。孙口水文站系全国大江大河重要水文站，是东平湖分滞洪的决策控制站，为下游防洪、防凌及水资源调度及山东经济发展发挥着重要作用。
        孙口站测验河段呈“Ｓ”型，断面左岸上游2km处为梁路口护滩控导工程，断面右岸上游500m处为蔡楼护滩控导工程，左岸下游2.5km处有影堂险工，当大洪水冲跨断面上游的护滩控导工程时，主流将左移或右移，形成顺堤行洪或滩地行洪的险情。通过多年的调水调沙，主槽过流能力得到大的提高，平槽流量可达到4500m³/s～5000m³/s，较1990年增大了1500m³/s。鉴于测站特性的变化，制定新的预报方案十分必要，对洪水测报具有较好指导作用。
        2预报站和资料的选取
        2.1预报站的选择
        孙口水文站单站预报方案，洪峰流量、传播时间预报采用上游临近站高村站为预报依据，相隔上游站花园站为参考。孙口站距离上游高村站130km，距离花园口站319km，河道距离长，全部是宽浅复式河床，各种洪水运行及传播情况复杂，直接影响了洪峰流量、传播时间的预报精度。
        2.2资料的选取
        高村孙～孙口站洪峰预报方案共搜集了自1954年～2018年共65年78次长系列的洪峰资料，孙口站流量变幅从1920m³/s～15900m³/s；高村站流量变幅从2000m³/s～17900m³/s。
        花园口孙口～站洪峰预报方案共搜集了自1954年～2018年共64年71次长系列的洪峰资料，孙口站流量变幅从2410m³/s～15900m³/s；花园口站流量变幅从2980m³/s～22300m³/s。由于孙口站至花园口站测验河段距离长，河道弯道多，洪水漫滩随机性大，洪水传播时间无规律可循，因此未作相关预报。
        预报方案采用的所有资料均为整编审查后的水文资料，资料的可靠性和代表性较高。
        3预报方案
        3.1洪峰流量预报
        相关曲线法是洪水预报常用的方法之一，孙口站洪峰流量预报选择相应的参数，以两个变量之间建立相关曲线，然后根据已知的条件对未知变量做出预报。
        3.1.1高村—孙口站洪峰流量相关
        点绘高村～孙口站65年78次洪峰流量相关关系，根据资料分析，1954年～1980年和2001年～2010年系列较好，1981～2000年系列较好，于是以这两个年限时段绘制两条相关系曲线。当高村站出现洪峰流量时，从相关图上推求本站的洪峰流量。预报曲线图见附图3.1.1

        如：1982年高村站出现洪峰流量13000m3/s，从相关曲线上查得孙口站洪峰流量10600m3/s，实际发生的洪峰流量10100m3/s。
        3.1.2花园口—孙口站洪峰流量相关
        对花园口～孙口站56年63次洪峰流量相关关系点绘，选用花园口出现洪峰流量时孙口站的对应流量作为参数建立相关关系图。当花园口站出现洪峰流量时，孙口站可根据花园口站洪峰流量值及峰现时的孙口站对应流量在相应的预报曲线上预报出孙口站的洪峰流量。预报曲线图见附图3.1.2
        如：1957年，花园口站洪峰流量1300 m3/s，花园口峰现时孙口站流量5630 m3/s，从相关曲线（Qi>4000m3/s）图上查读孙口站预报流量11600 m3/s，实际发生的洪峰流量11600m3/s。
        3.2洪峰传播历时预报
        影响洪峰传播历时因素较多，前期基流、含沙量、洪水漫滩、洪峰重叠、水沙峰不一致等。点绘高村站洪峰流量与高村至孙口洪峰流量传播时间相关图，通过分析计算，发现利用高村站峰型系数η（即：高村站洪峰流量与峰前24小时平均流量的比值）作参数建立高村站洪峰流量与高村至孙口站的传播时间关系具有一定的规律性。选取高村站峰型系数η≥1.30和η＜1.30两个系列曲线预报高村至孙口站的洪峰流量传播历时。
        如：1958年高村站洪峰流量为17900m3/s，峰型系数为η=1.32，在η≥1.30关系曲线上查读该次洪峰流量传播历时为31.3小时，实际发生传播历时为31.5小时。1958年高村站洪峰流量为12400m3/s，峰型系数为η=1.17，η<1.30关系曲线上查读该次洪峰流量传播历时为29.2小时，实际发生的传播历时为31.0小时。
        3.3预报精度评价
        3.3.1洪峰流量预报精度评价
        3.3.1.1允许误差的确定
        洪峰预报允许误差按照行标2000年《水文预报规范》规定，流量预报以预见期内实测变幅的20%作为许可误差。当流量许可误差小于实测值的5%时，取实测流量值的5%。同时考虑变幅的情况，《水文预报规范》规定：预见期内最大变幅的许可误差采用变幅均方差σ△，变幅为零的许可误差采用0.3σ△，其余采用两值用直线内插法求得。预见期内预报要素变幅的均方差σ△计算公式采用

        允许误差采用：Q允=KΔi +0.3σ△，其中：Q允―预报结果允许误差；K―系数，即直线的斜率；σ△―预报要素在预见期内变幅均方差。计算得：高村～孙口站洪峰流量允许误差公式：Q允=0.100878△i+399；花园口～孙口站洪峰流量相关允许误差公式为：Q允=0.1075△i+510。由此统计计算出预报合格次数n。
        3.3.1.2 合格率QR的计算及等级评定：

        其中：QR―合格率；n―合格预报次数；m―样本个数。
        按照公式3.3.1.1计算，高村~孙口站：QR=86.4%；花园口~孙口站：QR=85.7%。按照《水文预报规范》规定：QR≥85.0为甲级，花园口~孙口站、高村~孙口站预报精度均达到甲级方案。
        3.3.2洪峰传播历时预报精度评价
        按《水文预报规范》规定：峰现时间以预报根据时间至实测洪峰出现时间之间时距的30%作为许可误差，当许可误差小于3h或一个计算时段长，则以3h或一个计算时段长作为允许误差。按照公式        3.3.1.1计算：得QR=50.7%；按照“预报项目等级表”的要求，高村~孙口站洪峰传播时间预报只达到丙级，不能用于作业预报，只能作参考性估报用。