洪水监测和预报是防汛抢险工作的主要组成部分。在防洪斗争中,及时、准确的水情和预报是指导防汛采取防御措施的科学依据。现就洪水监测、影响洪水的主要因素、洪水预报等内容分述如下。
2.1 几个水文常用名词解释
水位是指自由水面相对于某一基面的高程,水面离河底的距离称水深。计算水位所用基面可以是以某处特征海平面高程作为零点水准基面,称为绝对基面,常用的是黄海基面;也可以用特定点高程作为参证计算水位的零点,称测站基面。水位是反映水体水情最直观的因素,它的变化主要由于水体水量的增减变化引起的。水位过程线是某处水位随时间变化的曲线,横座标为时间,纵座标为水位。
流量是指单位时间内流径某一过水断面的水体体积,常用单位是每秒立方米。流量与水位相似,也可按时间顺序用流量过程线表示。
径流是指陆地上的降水汇流到河流、湖库的水流。
水系是指河流的干流及其各级支流彼此连接的一个系统,我国习惯上把较大河流及其支流所属范围称为某河水系。
流域是指地表水和地下水的分水线(岭)所包围的集水区域,水系和各级支流都有相应的流域。
2.2 洪水监测系统
洪水监测系统是由采集洪水信息的水情站网以及实时水情信息传递、接收、处理等部分组成。
水情站是指提供河流、湖泊、水库或其他水体的水情、雨情等实测要素的水文和气象站的统称,我省水文局有不同类别的水情站863个(含水文站130个、水位站74个,雨量站659个),其中向中央和省防汛指挥部拍报水情的有354个;邻省向我省拍报水情的有163个站。
雨量和水位的采集方法是人工和自记观测相结合,部分站实行了遥测;流量测验主要使用流速仪法。水情站应按照水情任务书要求准确及时地完成测报任务,遇大洪时要力争做到“测得到、测得准、报得出、报得及时”。
目前水情信息传递方式主要依靠邮电部门的电信线路系统和自建无线报汛网络。为提高传递水情信息可靠性和时效,在洪水威胁较大地区的大型水库报汛站点和阜阳、芜湖水情分中心向中央报汛的站点实现了水情信息自动采集和传输。
实时水情信息的接收和处理方面,省水文局已研制建立以微机接收、翻译水情电报为基础的处理系统,它由信息接收、信息处理、信息存储、信息检索和信息应用等子系统组成。这个系统在用户终端上可随时检索出各种加工后的统计分析信息;打印出各类需要发送的水情和雨情简报。依靠这个系统,全省实时暴雨洪水数据可在2小时内完成供决策使用的图表。
2.3 影响洪水的主要因素
由降雨到水流汇集至出口断面的整个物理过程,称径流形成过程。其影响的主要因素有降雨、蒸发、下渗、地下水等。
降雨数量、强度、过程及其在空间分布对径流的形成和变化都有着直接的影响。
蒸发是影响径流的重要因素之一,由降雨转变为径流主要损失就是蒸发。其中湿润地区年降水量的30~50%,干旱地区的80~95%都耗于蒸发,其余部分才作为径流量,流域蒸发时刻都在进行,它主要是通过土壤含水量的变化和雨间蒸发来影响降雨径流的形成过程。
降落的雨水透过地面进入土壤的过程称下渗。降雨下渗到土壤中的水一部分成为土壤含水量,以后逐渐蒸发掉;另一部分则渗入地下补给地下径流。
地下水在汛期对洪峰的作用并不大,但是在枯季,地下水就是河川径流的主要来源。
2.4 洪水预报
(在我省)洪水主要是指由暴雨引起江河水量迅猛增加及水位急剧上涨的自然现象,洪水特征一般用洪峰流量、洪峰水位和洪水过程线来描述。当流域发生暴雨时,在流域各处所形成的地面径流,都依其远近先后汇集于河道的出口断面处,当近处的地面径流到达该出口断面时,河水流量开始增加,水位相应上涨,这就是洪水起涨之时;随着流域远处的地表径流陆续流入河道,使流量和水位继续增涨,大部分高强度的地表径流汇集到出口断面时,河水流量增至最大值称为洪峰流量,其最高水位,称为洪峰水位。洪水流量由起涨到达洪峰流量以后逐渐下降,到暴雨停止以后的一定时间,河网中的水量均已流经出口断面时,河水流量及水位回落到接近于原来状态。即为洪水落尽之时。如在方格纸上以时间为横坐标,以江河的流量或水位为纵坐标,可以绘出洪水从起涨至峰顶到落尽的整个过程曲线,称为洪水过程线。一次降雨产生的径流量,称为一次洪水总量,可由一次洪水流量过程线与横坐标所包围的面积求得。一次洪水过程所经历的时间称为洪水总历时。
根据洪水形成和运动的规律,利用过去和实时水文气象资料,对未来一定时间内的洪水情况的预测,称洪水预报。这是水文预报中最重要的内容。洪水预报包括河道洪水预报、流域洪水预报、水库洪水预报等。主要预报项目有最高洪峰水位(或流量)、洪峰出现时间。洪水涨落过程、洪水总量等。
河道洪水预报,即预报沿防汛河段的各指定断面处的洪水位和洪水流量。天然河道中的洪水,以洪水波形态沿河道自上游向下游运动,各项洪水要素(洪水位、洪水流量等)先在河道上游断面出现,然后依次在下游各断面出现。因此,可利用河道中洪水波运动的规律,由上游断面的洪水位和洪水流量,来预报下游断面的洪水位和洪水流量。根据对洪水波运动的不同研究方法,可得出河道洪水预报的各种方法。常用的有相应水位(或相应流量)法和流量演算法。
流域洪水预报是根据径流形成的基本原理,直接从实时降雨预报流域出口断面的洪水总量和洪水过程。前者称径流量预报(亦称产流预报),后者称径流过程预报(亦称汇流预报)。流域洪水预报的预见期比河段预报要长些。在一些地区,没有发布河段预报的条件(如一条河上没有上、下游水情站)或预见期太短时,为满足防洪要求,宜采用流域洪水预报的方法。
流域洪水预报方法常用的有实用预报方案和流域水文模型。实用预报方案即用实测的雨洪资料建立起降雨径流经验相关图和由实测洪水过程线分析出来的经验单位过程线,对降水所形成的径流量及洪水过程进行预报。流域水文模型是从系统的角度来模拟降雨径流关系。以流域为系统,降雨过程作为系统的输入,经过系统的作用,流域出口流量过程作为系统的输出。因此,建立降雨径流模型,首先要建立模型的结构,并以数学方式表达,其次要用实测降雨径流资料来率定及调试模型参数。随着人们对流域上产、汇流过程认识的深入和计算机的发展,产生了大量的流域水文模型,较多的是用于水文预报方面,目前我国有代表性的是新安江模型。
水库洪水预报主要包括入库洪水预报、水库最高水位和最大出库流量及其出现时间的预报。由于水库大小不同、条件各异,运用方式各有特点,因此水库洪水预报方法和要求也不尽相同。这里不一一叙述了。
在防汛中各级水文情报预报单位都应有一套到几套保证一定精度和预见期的作业预报方案。当洪水发生时,洪水作业预报工作大体可分为三个步骤:简易估算、多种方案细算、实时校正。重要预报发布前都要组织会商和根据几种方法推算的预报数据,进行成果的综合分析比较,查找历史上类似的暴雨洪水档案,分析比较将要出现的洪水趋势,然后再发布。