一种河流警戒水位的计算方法

摘要

本申请公开了一种河流警戒水位的计算方法，其中所述方法包括：最小警戒时长的确定；出险水位及出险流量的确定；根据防汛对象防护能力以及重要性选择典型洪水过程；根据出险水位、警戒时长等数据在典型洪水过程线上确定警戒水位。

说明书

技术领域

本发明涉及一种河流警戒水位的计算方法，属于河流防洪特征水位拟定技术领域。

背景技术

警戒水位是指江河湖泊水位上涨到河段内可能发生险情的水位，是防汛部门规定的各江河流域需要处于防守戒备状态的水位，重要河流的主要控制断面、水情站以及堤防工程等一般都设有警戒水位，该水位一般直接或间接反映防护区的汛情危机程度，提供给防汛指挥部门作为决策指挥依据，到达该水位时防汛工作进入重要时期，应进行防汛动员，调动常备防汛队伍，加强巡逻戒备。警戒水位关系到河道和堤防区的防汛大局，水位拟定要恰当，水位过高会增加防洪风险，招致损失，定的过低也会出现防汛预警过于频繁，造成有警无险，给防汛工作人力、财力和物力带来一定损失。目前警戒水位的拟定主要还是依靠防汛部门的防汛经验为主辅助以一定的水位频率分析方法；对于有堤防的河段，经验上一般采用堤脚水位作为警戒水位；无堤防等防护工程河段警戒水位的拟定方式仍以地方防汛部门经验为主，以该方式拟定警戒水位充分考虑并发挥了地方防汛部门的防洪工作经验价值，但由于缺少充分科学性的论证，且易受主观意识影响，其安全性以及适用性仍存在一定的问题。目前关于警戒水位的研究大多仍具有一定的局限性，研究方法多局限于某类工程的具体工程实践，缺乏通用性。

发明内容

本发明提供一种河流警戒水位的计算方法，以定量计算的方式确定了河流警戒水位，克服了以往经验性方法中缺乏科学论证的缺陷，有利于防汛资源的节约以及高效利用，也有利于实现防汛工作的科学决策。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种河流警戒水位的计算方法，包括以下步骤：

A、通过对拟设置或复核警戒水位的河道目标断面所在河段范围内易受淹没的农村、城镇这些防洪敏感对象实地调查得出各敏感对象受淹最低高程，即敏感对象的控制淹没水位，简称控淹水位，并通过敏感对象所在断面的水位流量关系曲线确定控淹水位对应流量，同时通过对敏感对象所在地区防汛部门调研确定各敏感对象在洪水期疏散群众、组织撤离所需的最小时间，即警戒时长；

B、将防洪敏感对象的水位流量信息通过洪水演进分析、水面线推导与目标断面的水位流量建立相关关系，确定敏感对象达到控淹水位时目标断面对应的水位及流量，当有多个敏感对象时，以各敏感对象对应的控淹水位最小值作为目标断面的控淹水位，称之为出险水位，对应流量称为出险流量；

C、分析目标断面水情站点实测长系列历史洪水资料，缺乏资料时将其他站点资料比拟至目标断面或对资料系列进行延长以提高系列的代表性，选择长系列历史洪水资料中洪峰流量达到或超过出险流量的历史洪水组成出险洪水集；

D、根据防洪敏感对象防护能力、重要程度分两种情况在出险洪水集中选取典型洪水，第一种情况当防洪敏感对象防护能力差或者重要程度高时，在出险洪水集中选择最不利的洪水过程作为典型洪水，第二种情况当防洪敏感对象具备一定的防护能力或者重要程度不高时在出险洪水集中按照重现期与防洪敏感对象防洪标准相近的原则进一步选择出一个出险洪水的小集合，在该小集合内选取最不利的洪水过程作为典型洪水，最不利的洪水过程具体是指在洪水过程线中出险流量对应时刻之前步长等于警戒时长的时段范围内流量涨幅最大的洪水过程；

E、在选定典型洪水的洪水过程线中，找出出险水位对应时刻，以该时刻为时间起推点，向前推步长为警戒时长的时间，得到警戒时刻，在典型洪水的洪水过程线上读取警戒时刻对应的水位即为警戒水位。

本发明与现有警戒水位拟定方法相比，具有以下有益效果：

提出了一种河流警戒水位的量化计算方法，克服了以往经验性方法中缺乏合理计算以及科学论证的缺陷，充分利用了历史洪水信息以及防洪体系防护情况，在确保防洪安全的同时也避免了传统经验性方法中人为干预下对防洪安全因素过度考虑带来的警戒水位普遍偏保守的问题，有利于防汛资源的节约以及高效利用，也有利于实现防汛工作的科学决策。

附图说明

图1是本发明警戒水位拟定示意图。

具体实施方式

下面将结合图1对本发明作进一步的说明，本发明具体步骤如下：

A、通过对拟设置或复核警戒水位的河道目标断面所在河段范围内易受淹没的农村、城镇这些防洪敏感对象实地调查得出各敏感对象受淹最低高程，即敏感对象的控制淹没水位，简称控淹水位，并通过敏感对象所在断面的水位流量关系曲线确定控淹水位对应流量，同时通过对敏感对象所在地区防汛部门调研确定各敏感对象在洪水期疏散群众、组织撤离所需的最小时间，即警戒时长。

警戒时长的确定应以防汛部门历年防洪抢险工作经验以及防汛应急预案等资料收集分析为基础，从偏安全的角度出发，分析在防洪预警发布最不利的条件下也可以保障的下游群众安全有序疏散撤离所需的时间，也即不考虑预报的因素，洪水达到警戒水位时才发布预警，自发布预警起至可能受影响地区的居民全部疏散完毕所需的最小时间即为警戒时长△T_警。

B、将防洪敏感对象的水位流量信息通过洪水演进分析、水面线推导与目标断面的水位流量建立相关关系，确定敏感对象达到控淹水位时目标断面对应的水位及流量，当有多个敏感对象时，以各敏感对象对应的控淹水位最小值作为目标断面的控淹水位，称之为出险水位，对应流量称为出险流量。

目标断面出险水位分析：通过现场调查等手段确定目标断面防洪敏感对象的位置、重要程度以及防护能力，并确定敏感对象受淹的最低高程Z_淹，称之为控制淹没水位，简称控淹水位。可采用水面线推导的方法确定洪水上涨至敏感对象淹没水位Z_淹时水情站的同步水位Z_淹’，以多个敏感对象同步到目标断面的水位最低值作为目标断面的出险水位Z_险，对应流量称为出险流量Q_险，出险水位代表下游出现险情时的水位，当洪水上涨至该水位时表明下游已有敏感对象受到洪水淹没。

C、分析目标断面水情站点实测长系列历史洪水资料，缺乏资料时将其他站点资料比拟至目标断面或对资料系列进行延长以提高系列的代表性，选择长系列历史洪水资料中洪峰流量达到或超过出险流量的历史洪水组成出险洪水集。

历史洪水分析应首先收集并整理目标断面历史洪水资料，为保证资料的代表性，应选取长系列的场次洪水资料，当资料缺乏或代表性不足时，应将邻近流域水情站点历史资料比拟至目标断面或延长系列得到符合代表性要求的洪水系列，据此得到目标断面历史场次洪水集合A，在集合A中筛选最高水位达到或超过Z_险的洪水场次，形成集合B，称为出险洪水集。

D、根据防洪敏感对象防护能力、重要程度分两种情况在出险洪水集中选取典型洪水，第一种情况当防洪敏感对象防护能力差或者重要程度高时，在出险洪水集中选择最不利的洪水过程作为典型洪水，第二种情况当防洪敏感对象具备一定的防护能力或者重要程度不高时在出险洪水集中按照重现期与防洪敏感对象防洪标准相近的原则进一步选择出一个出险洪水的小集合，在该小集合内选取最不利的洪水过程作为典型洪水，最不利的洪水过程具体是指在洪水过程线中出险流量对应时刻之前步长等于警戒时长的时段范围内流量涨幅最大的洪水过程。

第一种情况时，B集合所有场次洪水中洪水过程线Z_险水位对应时刻t_险前△T_警时段内变幅最大的洪水即为典型洪水；第二种情况时，在集合B中选择重现期与防洪敏感对象防洪标准相近的场次洪水组成集合C，在集合C中选择最不利的情况推求警戒水位，即对集合B中洪水进一步筛选，取重现期与防洪敏感对象防洪标准相近的场次洪水集合C中Z_险水位对应时刻t_险前△T_警时段内变幅最大的洪水为典型洪水。

E、在选定典型洪水的洪水过程线中，找出出险水位对应时刻，以该时刻为时间起推点，向前推步长为警戒时长的时间，得到警戒时刻，在典型洪水的洪水过程线上读取警戒时刻对应的水位即为警戒水位。

在选定的典型洪水的洪水过程线中寻找Z_险所在时间点t_险，根据t_险时刻前推△T_警时长至时刻t’，即为警戒时刻，在典型洪水过程线上读取t’时刻对应水位即为拟定的警戒水位Z_警，拟定过程见图1。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。