特大暴雨影響的衛運河洪水預報淺析
——以衛運河南陶站預報為例

趙慶魯,鄭 蕾,潘 旭

(山東省聊城市水文中心,山東 聊城 252000)

1 流域概況

漳衛南運河為海河水系五大河系之一,地處太行山以東,上游分漳河、衛河兩大支流,在徐萬倉處匯集入衛運河,經四女寺樞紐,大部分洪水經漳衛新河在海豐以下入渤海,少部分從南運河下泄,再經捷地減河、馬廠減河及海河入渤海。河系流域面積37 860 km2,其中山區面積25 774 km2(見圖1)。

圖1 漳衛南運河水系流域圖

漳河發源于山西高原和太行山區,東與滏陽河為鄰,北接滹沱河及瀟河,西界沁河,南靠丹河及衛河,地跨晉、冀、豫三省。其上游分清漳與濁漳兩大支流。清漳河與濁漳河在合漳處匯合后為漳河,其下游出山口觀臺站以下建有一大型水庫——岳城水庫。衛河發源于太行山區,主要干支流自太行山前陡坡下跌進入平原,山區約占60%,較大者有淇河、湯河、安陽河等。

徐萬倉至山東省武城縣四女寺樞紐稱衛運河,河道全長157 km;四女寺至無棣縣二道溝以下入渤海,稱漳衛新河,河道全長243 km;四女寺至天津市靜?？h十一堡,稱南運河,河道全長309 km。

2 流域主要水文監測站概況

漳衛南運河河系水文站遍及主要河道監測斷面,衛河主要監測站有淇門、五陵、安陽、元村等,其中元村站是距離衛運河南陶水文站最近的水文站,也是與南陶站建立上下游關系用于洪水預報的重要站點;漳河有匡門口、天橋斷、觀臺、岳城水庫、蔡小莊等站,其中岳城水庫的泄洪直接影響南陶站的洪水過程(見圖2)。

圖2 漳衛南運河主要水文站點分布概化圖

圖3 暴雨分布圖

圖4 元村站洪水過程線(上線為水位線,下線為流量線)

南陶站位于聊城市冠縣東古城鎮與河北省邢臺市館陶縣交界處,站點設置位置在館陶縣城南衛運河西岸,是衛運河進入山東省的首站。南陶站控制斷面為復式河槽,主槽寬150 m,灘地主要分布在右岸,寬約740 m。河道接納漳河來水時漲水快、來勢猛,漳河、衛河同時來水的情況也經常發生,河道治理后曾發生“77.8”、“82.8”、“96.8”等較大洪水,下游右岸是聊城市的冠縣和臨清市,左岸是河北省邢臺市館陶縣、臨西縣,南陶站的洪水預報對下游的防汛減災工作具有非常重要的意義。

3 2021年7月衛運河上游暴雨過程

2021年7月18-22日,受南亞高壓東伸、副熱帶高壓西伸北抬、強臺風遠程輸送水汽等多種因素共同影響,華北、華中地區出現罕見的持續性強降水天氣,多地出現暴雨、大暴雨,致使海河、黃河及淮河流域相繼出現顯著洪水過程,將此次持續性強降雨過程稱為“7·20”暴雨?！?·20”暴雨主要降雨時段集中在7月19日8時-21日8時,有多個暴雨中心。降雨過程 17-18日主要發生在豫北;19-20日暴雨中心南移至鄭州一帶;21-22日暴雨中心再次北移至新鄉一帶,23日逐漸減弱結束。此次強降水過程具有持續時間長、累積雨量大、強降水范圍廣、強降水時段集中等特點,過程累積100 mm以上降水籠罩面積 12.99萬 km2,250 mm以上降水籠罩面積4.8萬 km2,400 mm 以上降水籠罩面積1.78萬 km2。

4 南陶站預報

4.1 預報方案

就南陶站預報來說,匯水區域均在上游,元村站、岳城水庫以下流域面積內匯水稀少,根據預報方案,充分掌握岳城水庫泄流信息、衛河臨近站點水情信息是做好南陶站預報的關鍵。南陶水文站位于漳河、衛河的交匯點下游6 km處,漳河出岳城水庫至南陶站河道總長119 km,設計洪水傳播時間為33 h。衛河元村站至南陶站河道總長69 km,設計洪水傳輸時間為23 h。如此推斷看來,目前的河道洪水實際傳輸時間要比原設計值延長許多。依據岳城水庫實際泄洪過程及衛河元村站實際洪水過程進行南陶站的洪水預報至少可以爭取50多個小時的預見期,如果參考1996年洪水傳輸情況甚至參考漳、衛河流域的降雨徑流預報結果,其預見期將會更長,將為防汛搶險準備工作提供極為便捷的環境條件。

衛運河南陶站洪水預報是采用上下游相關法,南陶站利用上游元村站和岳城水庫來水情況進行預報。本次暴雨過程主要發生在上游衛河,但衛河來水期間,岳城水庫發生短時開閘泄洪的情況。預報方案需綜合考慮兩條河道來水,岳城水庫放水影響期間宜采用元村站加岳城水庫同時流量與南陶站流量相關關系預報,影響結束后采用元村站流量與南陶站流量相關關系預報。根據預報方案,選取歷年上下游洪水資料,建立上下游流量相關圖,作為南陶站洪水預報方案使用。

4.2 上游洪水

4.2.1 元村站洪水

受本次特大暴雨影響,衛河元村站7月18日開始漲水,21日漲水過程加快,25日8時達到最大流量947 m3/s,相應水位47.97 m,超警戒水位0.29 m。

4.2.2 岳城水庫放水

受上游來水影響,岳城水庫蓄水量增加,水庫23日17時開始放水,漳河出口初始流量100 m3/s,最大出庫700 m3/s,7月28日14時關閘。主要放水過程見表1。

表1 水庫出庫流量表

4.3 南陶站預報

4.3.1 理論預報分析

南陶站7月20日開始出現水位上漲,23日后水位流量迅速上漲。根據河道設計成果和預報方案(2016年修訂,采用2015年以前洪水數據),按報汛任務書及地市防汛工作要求適時開展洪水預報工作。本次洪水主要為衛河來水疊加部分岳城水庫放水,元村站洪峰時間25日8時,根據河道設計成果和方案預計洪峰到達南陶時間23 h,洪峰時間預計26日7時,洪峰流量900 m3/s。岳城水庫來水預計運行時間33 h,水頭到達南陶站時間預計在25日凌晨2時。

根據以上分析,在上游衛河來水不疊加漳河岳城水庫放水的情況下,理論預報結果見表2。

表2 根據上游衛河來水理論預報結果

疊加岳城水庫后,理論預報結果見表3。

表3 衛河來水疊加岳城水庫放水理論預報結果

4.3.2 實際預報成果

本次洪水過程是1996年以后最大的一次洪水過程,中間2016年衛運河洪水南陶站洪峰流量555 m3/s,與本次洪水差距較大,兩次洪水與設計洪水傳播時間均有較大差距。隨著近年來河湖長制的實施,河道下墊面條件又有較大變化,對洪水傳播又有較大影響。

根據元村站上游洪水運行速率及演進變化情況及1996年、2016年洪水運行過程,在實際預報過程中做出預報見表4。

表4 南陶站預報成果與實際洪水過程對照表

4.4 預報成果分析

根據河道設計及預報方案預報(表3),預報洪水過程與實際洪水差距較大,尤其是洪峰流量,較實際高250 m3/s,誤差比達到22.7%,洪峰發生時間與實際差距較大,按照《水文情報預報規范》(SL250-2000)關于洪水預報精度評定辦法,預報已不符合精度要求。

根據《水文情報預報規范》(SL250-2000)關于洪水預報精度評定辦法,在表4中將南陶站預報成果與實際發生洪水過程對比分析,預報洪水過程符合精度要求。

5 結語

(1)南陶站處于漳河、衛河交匯處下游約6 km的位置,預報時需綜合考慮因素較多,因歷史較大洪水次數有限,預報方案采用歷史洪水與實際發生洪水總會有較大不同,歷史洪水漳河、衛河來水大小不同,匯合后的洪水頂托消減也會有較大差異,這些因素的影響增加了洪水預報的難度。

(2)南陶站做預報時主要誤差出現在洪峰傳播時間上,因上游河槽內有農作物和樹木,在每年第一次較大洪水做預報時應加大洪峰傳播時間值,在間隔若干連續枯水年份以后的洪峰傳播時間預報時更應該加大洪峰傳播時間的值。

(3)在水位流量關系線的利用時,要區分衛河來水為主還是漳河來水為主,本次是以衛河來水為主,并疊加部分漳河來水的情況分析的,如遇漳河單獨來水或漳河、衛河同時有較大來水,還應視情況具體分析。

(4)考慮河道每年都會發生變化,在具體預報工作中也可根據實測數據實時更新水位～流量關系曲線,或利用各類水情服務系統實時自動生成水位～流量關系曲線,將會大大洪水預報的效率和準確度。

(5)應加強與上游水文部門、水庫管理部門溝通,實時掌握上游來水、上游預報及工程蓄水、泄洪調度信息,可進一步延長預見期并能及時對預報成果進行修正。

(6)洪水預報影響因素較多,在進行預報時,應注意具體問題具體分析,盡可能采用多種方法,綜合考慮多種因素進行分析,才能準確做出洪水預報。還有,在遇到特殊洪水時,應及時修訂洪水預報方案,確保方案與實際洪水過程相符,才能準備及時做出精度較高的預報。