双超模型在东庄水文站控制流域洪水预报系统的应用

　　摘要：山西省东庄水文站控制流域地处半湿润半干旱地区，流域分南、北两支，流域洪水多为暴雨引发，但暴雨的分布不均匀，不同地区降水强度相差很大，径流形成机制较为复杂。文章收集了东庄水文站控制流域场次暴雨洪水资料，采用划分单元节点与双超模型相结合的预报方法，初步建立了控制流域洪水预报系统，并采用近年洪水进行了洪峰、洪量、峰现时间精度评定，取得了较好的效果。

　　关键词：半干旱;半湿润;单元;节点;双超模型

　　1流域概况

　　东庄水文站位于古县岳阳镇东庄村洪安涧河上，属黄河流域汾河水系，地理坐标为东经111°52′23″，北纬36°13′34″。该站集水面积987km2，断面以上主河道长度35km，主河道平均坡度11.6‰，主要支流有古县河和石壁河等，流域形状系数0.806。

　　该控制流域水文下垫面产流地类型共有7种，分别为变质岩灌丛山地18.8km2，占集水面积的1.9%;变质岩森林山地56.3km2，占集水面积的5.7%;黄土丘陵阶地282.3km2，占集水面积的28.6%;灰岩灌丛山地13.8km2，占集水面积的1.4%;灰岩森林山地156.9km2，占集水面积的15.9%;砂页岩灌丛山地356.3km2，占集水面积的36.1%;砂页岩森林山地102.6km2，占集水面积的10.4%。

　　东庄水文站控制流域内现有北节底、金堆、朱家窑和三合4处河道水位站，均为山洪站。流域内有25个雨量站，其中基本雨量站8个，中小河流雨量站5个，山洪雨量站12个。

　　2暴雨洪水特性

　　东庄水文站控制流域内降水受地形的影响很大，流域内平川少，山区多，7月～9月降雨量约占全年降雨量的60%左右，且多为暴雨。洪水主要由连续或短时强降雨诱发，且多为暴雨所致，多发生在7～8月份的主汛期。古县境内山洪灾害发生频次较高，是本县的主要自然灾害之一。历史上及建国后发生过多次大的山洪灾害。

　　光绪二十一年(1895)秋阴雨，倒房无数;光绪二十三年，农历五月大雨，涧水涨，伤人畜很多;民国二十二年(1933)农历六月大雨连绵，河洪为灾，冲没栏石桥牌坊一座，洪水冲走(姓黄夫妇)二人;1922年县城洪峰2350m3/s;1968年大雨，旧城南门外农田尽毁，城内段姓房屋塌，压死女孩2人;1975年北平镇黄家窑村蔺河流域局部暴雨，冲毁道路约80米，淹没农田40余亩;1988年7月，连日降大雨，境内公路遭到严重破坏;2003年4月17日，古阳镇江水平流域局部暴雨，江水平煤矿进水，损失惨重。2009年7月19日，全县境内普降大到暴雨，降雨量109.1mm，洪峰流量100m3/s，淹没农田130亩，房屋受损27间，桥梁受灾5座。2010年8月9日凌晨2：00时～3：00时，洪安涧河岳阳镇城关到下冶局部突降暴雨，42户150余口人家中进水，冲毁农田200余亩，损失惨重。

　　3预报系统编制方法

　　洪水预报系统的编制是根据已经发生或者可能发生的降雨、上游来水、土壤墒情等水文信息，采用适合该流域的模型或方法，对未来的水文要素進行预报，以便尽早采取可能措施，减少洪水灾害的一项工作。东庄水文站控制流域地处半湿润半干旱地区，流域分南、北两支，流域洪水多为暴雨引发，但暴雨的分布不均匀，不同地区降水强度相差很大。为了充分考虑暴雨分布不均以及不同地区产流条件的不同，该系统的建立采用分单元进行产汇流计算，节点之间流量进行河道演算，进而汇聚成东庄水文站出流过程的方法，使用东庄出口断面的洪水过程进行参数的率定。产流计算采用适用于半湿润半干旱地区的双超模型，由于各单元无实测水文资料，汇流计算采用综合瞬时单位线，河道演算采用SWAI 1模型。

　　在收集量算东庄流域土地利用、产汇流地类、河长比降及沿程断面特征的基础上，采用《山西省水文计算手册》计算双超模型、综合瞬时单位线、SWAI 1模型参数初值。通过实地调查走访流域植被、河道平整情况等，对参数初值进行适当的修正。

　　3.1资料情况

　　该预报系统所选用的资料，严格遵守《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008)的要求，对选用的水文站点及雨量站点资料均经过审核，具有较高的可靠性。

　　该次收集的资料如下：

　　(1)东庄水文站建站至今的洪水要素摘录表，逐日平均流量表;

　　(2)永乐、高城、北平、金堆、凌云、多沟、下冶、东庄8处基本雨量站建站至今的降水量日表、降水量摘录表;

　　(3)中小河流雨量站、山洪雨量站建站的雨量资料;

　　(4)由于东庄水文站不观测蒸发，收集了赵城水文站建站至今的蒸发观测资料;

　　(4)东庄水文站所在流域1∶5万地形图，高精度DEM数据;

　　(5)东庄水文站所在流域小流域划分及土地利用成果。

　　3.2单元划分、节点选定

　　结合东庄流域1∶5万地形图、小流域划分成果、高精度DEM数据，综合考虑小流域特性相近、水系完整、暴雨特性差异不大的区域划分单元。充分运用流域内现有的水文雨量站网资料，通过水文比拟、暴雨面积加权等方法，尽可能地使每个单元都有代表性雨量资料。在北节底、金堆、朱家窑和三合4处河道水位站均划分了单元，方便结合水位站洪水数据对单元参数的进行修正;对于部分没有雨量站的单元选择临近有代表性的雨量站进行借用，该系统在东庄以上流域共划分17个单元。

　　为了反映流域的连通性，分析流域洪水来源，更好地方防洪减灾提供服务，在单元划分的基础上，进一步划分出14个结点，用以在预报系统编制中显示各结点的洪水信息。各单元划分情况见表1，图1;各单元地类情况见表2。

　　3.3预报系统说明

　　东庄水文站洪水预报系统中共有17个单元和14个节点，第1单元产汇流结果作为1001节点的流量过程;第2单元的产汇流结果作为1002节点的流量过程;1001节点流量通过河道演算与第3单元的产汇流结果叠加作为1003节点的流量过程;1002节点的流量通过河道演算与第4单元的产汇流结果叠加结果作为1004节点的流量过程;1003节点流量通过河道演算和1004节点流量叠加作为1005节点的流量过程;1005节点流量通过河道演算、第5单元的产汇流结果与第6单元的产汇流结果叠加作为1006节点的流量过程;1006节点流量通过河道演算与第7单元的产汇流结果叠加作为1007节点的流量过程;1007节点流量通过河道演算、第16单元的产汇流结果与第17单元的产汇流结果叠加1014节点的流量过程;第8单元的产汇流结果和第9单元的产汇流结果叠加作为1008节点流量过程;1008节点流量与第10单元的产汇流结果叠加作为1009节点的流量;第12单元的产汇流结果作为1010节点的流量过程。1010节点的流量通过河道演算与第13单元的产汇流结果叠加作为1011节点的流量过程。1009节点流量通过河道演算、1011节点流量与第11单元的产汇流结果叠加作为1012节点的流量过程。1012节点流量通过河道演算与第14单元的产汇流结果叠加作为1013节点的流量过程。1014节点流量通过河道演算、1013节点流量与第15单元的产汇流结果叠加作为出口断面的流量过程，即为东庄水文站流量过程。系统流程图见图2。

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文章名称： 双超模型在东庄水文站控制流域洪水预报系统的应用

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