李必元

（南寧市水文水資源局，南寧 530001）

多元回歸分析在鎮(zhèn)龍站洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

李必元

（南寧市水文水資源局，南寧 530001）

利用鎮(zhèn)龍水文站已有的歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)，應(yīng)用多元回歸分析方法，研究出一套適用于鎮(zhèn)龍水文站日常作業(yè)預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)公式，按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》SL250－2000技術(shù)要求評(píng)定，均達(dá)到甲級(jí)方案標(biāo)準(zhǔn)，其成果可作為鎮(zhèn)龍水文站今后洪水預(yù)報(bào)方案，其方法可供同類型河流洪水預(yù)報(bào)參考。

鎮(zhèn)龍水文站；多元回歸；預(yù)報(bào)公式

1 流域概況

鎮(zhèn)龍江為郁江左岸1級(jí)支流，發(fā)源于賓陽縣黎明鄉(xiāng)歐陽村望田屯東北方3km處，橫縣、賓陽、港北區(qū)交界的鎮(zhèn)龍山（高程1 170m）以西400m處，西南流3km后，轉(zhuǎn)向南流進(jìn)入橫縣鎮(zhèn)龍鄉(xiāng)，經(jīng)大站、那州、鳳丹、可村折向東南流，經(jīng)校椅鎮(zhèn)六蘭、臨江村，云表鄉(xiāng)宿龍、福塘村，云表鄉(xiāng)駐地，旺莊、周樸村，于站圩村灘下屯匯入郁江，干流長(zhǎng)83km，其中賓陽縣境內(nèi)5km，橫縣境內(nèi)78km，平均坡降3.04‰，流域平均寬度7.4km，流域面積614km2，其中賓陽縣境內(nèi)12km2，港北區(qū)境內(nèi) 32km2，橫縣境內(nèi) 570km2，有向陽河和云表江2條支流，干、支流總長(zhǎng)137.2km，河網(wǎng)密度0.224km/km2，年降水量1 400mm，年徑流深約700mm。流域內(nèi)有國家水文站——鎮(zhèn)龍水文站。

2 鎮(zhèn)龍水文站基本情況

鎮(zhèn)龍水文站是鎮(zhèn)龍江上游左岸的一個(gè)小河站。站址位于橫縣鎮(zhèn)龍鄉(xiāng)大田村，地理位置東經(jīng)109°13′58.33″，北緯23°0′56.30″，斷面以上流域面積為108km2（見圖1）。

鎮(zhèn)龍水文站建于1979年，1980年1月1日開始觀測(cè)，測(cè)站以上干流長(zhǎng)約25km，比降7.31‰；斷面上游最大一級(jí)支流那歪河位于左岸，河長(zhǎng)19.6km，流域面積46km2，比降8.62‰，那歪河最大支流為古樓河，河長(zhǎng)6km，流域面積46km2，比降17.6‰；斷面上游第二大一級(jí)支流為那州江，河長(zhǎng)8.2km，流域面積11.8km2，比降11.6‰。

流域內(nèi)布設(shè)有5個(gè)雨量站，測(cè)驗(yàn)河段順直河段長(zhǎng)500m，流速儀測(cè)流斷面上游和下游約500m處都有急彎。河床為卵石，細(xì)沙組成，無水草。兩岸為山地，河床局部有小沙灘，沖淤變化不明顯。斷面控制良好，河流終年暢流，無漫灘分流現(xiàn)象。

圖1 鎮(zhèn)龍水文站上游水系、站網(wǎng)分布圖

3 流域氣候特性

流域氣候?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，常年氣溫高，夏長(zhǎng)冬短，少見冰雪，年平均溫度21.5℃，相對(duì)濕度大，年平均相對(duì)濕度79％，日照長(zhǎng)，年平均1 725h，雨量充沛，年平均雨量1 549mm，降水量年內(nèi)分配不均勻，63％的雨量集中在5～8月，降雨特點(diǎn)：大致鋒面雨多出現(xiàn)在5～6月，臺(tái)風(fēng)多出現(xiàn)于7～8月，切變線、低渦雨常出現(xiàn)在7月，局部性熱雷雨多出現(xiàn)在夏季氣溫高濕度大日照強(qiáng)烈之日。鋒面、低渦雨往往造成夏季連續(xù)性大雨或暴雨。

4 洪水特性

鎮(zhèn)龍江是一條典型的山溪性河流，一般每年的10月至次年的4月份，徑流量極小，日平均流量多在1m3/s以下，甚至近似干涸。主汛期洪水主要受鋒面、西南低渦、臺(tái)風(fēng)、切變線及低壓槽等天氣系統(tǒng)綜合影響或迭加影響造成，尤其是局部暴雨，往往會(huì)造成突發(fā)性山洪。同時(shí)，由于主河床坡降大，流域內(nèi)一些小型水利工程在大洪水時(shí)沒有起到調(diào)節(jié)作用。因此，洪水暴漲暴落，渲泄極快，最高水位與最大流量同時(shí)出現(xiàn)，洪峰持續(xù)時(shí)間大多只有20min左右。

根據(jù)該站1980～2013年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，年最大流量在各月發(fā)生的頻率見表1。

表1 鎮(zhèn)龍水文站1980～2013年實(shí)測(cè)年最大流量在各月發(fā)生頻率表

從表1可以看出，該站年最大流量最早發(fā)生在2月，但只出現(xiàn)一次，其頻率甚小，主要出現(xiàn)在5～9月，頻率達(dá)91.2％，明顯5～9月是主汛期。

5 多元回歸預(yù)報(bào)公式的分析與編制

5.1 方案編制資料情況

為了使所編制的洪峰預(yù)報(bào)方案具有較好的實(shí)用性，所選用的參數(shù)在今后的實(shí)際作業(yè)分析預(yù)報(bào)時(shí)要能夠容易收集到。故此次預(yù)報(bào)方案編制所用資料均選取具有36年以上的資料整編站點(diǎn)，即鎮(zhèn)龍水文站以及干江、那六、那歪、古樓4個(gè)雨量站。資料選取1980～2013年鎮(zhèn)龍水文站洪峰水位在127.30m以上的洪水過程，且次洪變幅1m以上所有洪水，但由于1988～1996年部分降雨資料一時(shí)無法收集全，因此本方案僅選擇1980～1987年及1997～2013年的洪水資料用于編制預(yù)報(bào)方案，共31場(chǎng)洪水，另2014～2015年，共38場(chǎng)洪水資料用于校核預(yù)報(bào)方案。

5.2 預(yù)報(bào)方法選用

由于鎮(zhèn)龍站流域面積小，匯流時(shí)間短，一般降雨結(jié)束后1～2h即出現(xiàn)洪峰，而且流域內(nèi)沒有其他水文觀測(cè)站。因此，鎮(zhèn)龍站的洪峰只能利用鎮(zhèn)龍站本身水位變化情況及上游的降雨情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。本次鎮(zhèn)龍站預(yù)報(bào)方案就是應(yīng)用多元回歸分析方法，設(shè)法找出最能代表鎮(zhèn)龍站洪峰水位與自身起漲水位及流域內(nèi)4個(gè)雨量站降雨量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

5.3 技術(shù)線路

多元回歸分析的基本思路是：雖然自變量和因變量之間沒有嚴(yán)格的、確定性的函數(shù)關(guān)系，但可以設(shè)法找出最能代表它們之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。技術(shù)線路為：

（1）確定幾個(gè)特定的變量之間是否存在相關(guān)關(guān)系，如果存在的話，找出它們之間合適的數(shù)學(xué)表達(dá)式；

（2）根據(jù)一個(gè)或幾個(gè)變量的值，預(yù)測(cè)或控制另一個(gè)變量的取值，并且可以知道這種預(yù)測(cè)或控制能達(dá)到什么樣的精確度；

（3）進(jìn)行因素分析。例如在對(duì)于共同影響一個(gè)變量的許多變量（因素）之間，找出哪些是重要因素，哪些是次要因素，這些因素之間又有什么關(guān)系等等。

5.4 預(yù)報(bào)方案的建立

根據(jù)鎮(zhèn)龍站洪水成因分析，以鎮(zhèn)龍站開始起漲時(shí)間為計(jì)算時(shí)刻，選取鎮(zhèn)龍站起漲水位（Z鎮(zhèn)龍起漲）；干江、那歪、鎮(zhèn)龍3個(gè)站在鎮(zhèn)龍起漲前3h至降雨基本結(jié)束時(shí)段內(nèi)的降雨：包括P干江、P那歪、P古樓、P鎮(zhèn)龍；降雨歷時(shí)T歷時(shí)，T歷時(shí)為鎮(zhèn)龍站起漲前3h至降雨基本結(jié)束時(shí)段內(nèi)每小時(shí)降雨量超過5mm的時(shí)段數(shù)。通過多元回歸分析，得到以下鎮(zhèn)龍站洪峰水位預(yù)報(bào)公式：

6 預(yù)報(bào)方案評(píng)定

按照水利部頒發(fā)的《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》SL250 2000）進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果見表2。

表2 預(yù)報(bào)方案評(píng)定表

7 成果分析及合理性檢查

本次所編制的鎮(zhèn)龍水文站洪峰水位預(yù)報(bào)方案，使用的參數(shù)分別為：Z鎮(zhèn)龍起漲、T歷時(shí)、P干江、P那歪、P鎮(zhèn)龍。各參數(shù)的物理意義為：

Z鎮(zhèn)龍起漲反映鎮(zhèn)龍站斷面底水的大小，一般情況下，其它要素一確定，Z鎮(zhèn)龍起漲越大，造成的鎮(zhèn)龍站洪峰越高。T歷時(shí)反映輸入流域內(nèi)的雨量強(qiáng)度，其它要素一確定，T歷時(shí)越大，說明降雨強(qiáng)度越小，形成的鎮(zhèn)龍站洪峰水位也越低，反之，T歷時(shí)越小，說明降雨強(qiáng)度越大，形成的鎮(zhèn)龍站洪峰水位也越高。各參數(shù)均有明確的物理意義，與鎮(zhèn)龍站的洪峰水位密切相關(guān)，由這些參數(shù)推求得的預(yù)報(bào)方案是合理的。經(jīng)用31場(chǎng)實(shí)測(cè)洪峰資料作檢驗(yàn)預(yù)報(bào)計(jì)算和4場(chǎng)實(shí)測(cè)洪峰資料作校核預(yù)報(bào)計(jì)算，按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》SL250－2000技術(shù)要求評(píng)定，均達(dá)到甲級(jí)方案標(biāo)準(zhǔn)，故這套方案可用作作業(yè)預(yù)報(bào)方案。

8 注意事項(xiàng)

（1）方案中，如何判斷降雨結(jié)束是個(gè)難題。因此，作業(yè)預(yù)報(bào)中一定要牢牢關(guān)注實(shí)時(shí)天氣情況和降雨云系的走勢(shì)，以便正確做出雨停判斷；

（2）由于山區(qū)小河站都是陡漲陡落的洪水過程，從起漲到洪峰往往也就4～6h，長(zhǎng)一點(diǎn)也就6～10h，預(yù)見期極短。因此，評(píng)差中允許誤差直接采用次洪漲幅的0.3倍；

（3）降雨歷時(shí)統(tǒng)計(jì)時(shí)，每小時(shí)降雨量超5mm即算1個(gè)歷時(shí)，連續(xù)2h合計(jì)5～10mm也算一個(gè)歷時(shí)，5mm以下不算歷時(shí)數(shù)；

（4）鎮(zhèn)龍水文站集水面積小，匯流快，水位陡漲陡落，預(yù)見期僅有2h左右。因此，實(shí)際作業(yè)預(yù)報(bào)中，以發(fā)布預(yù)警為宜。

9 結(jié)語

鎮(zhèn)龍水文站是典型的山區(qū)性小河站，該站最初設(shè)站的主要目的是通過搜集暴雨洪水資料，分析本分類區(qū)的產(chǎn)匯流系數(shù)，為中小型水利工程和其他國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供水文借鑒資料。由于鎮(zhèn)龍站建站已有36年，收集的各類洪水要素資料也比較齊全，應(yīng)用這些資料，通過研究鎮(zhèn)龍水文站的洪水預(yù)方案，可以為區(qū)內(nèi)同類型的河流預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供很好的借鑒作用。

（責(zé)任編輯：周 群）

Application of multivariate regression analysis in flood forecasting of Zhenlong Hydrological Station

LI Bi-yuan
（Hydrology and Water Resources Bureau of Nanning City，Nanning 530001，China）

For Zhenlong Hydrological Station，the author studied the forecasting formulas suitable for daily predic?tion based on its historical flood data and with the multivariate regression analysis method，which all conform to the specifications for Grade A scheme in accordance with the Standard for hydrological information and hydrological forecasting（Standard No.:SL250-2000）.The achievements of study can be used as the flood forecasting scheme of Zhenlong Hydrological Station and be reference for other similar rivers.

Zhenlong Hydrological Station；multivariate regression analysis；forecasting formula

P338

B

1003-1510（2016）05-0010-03

2016-01-09

李必元（1971-），男，廣西桂林人，廣西南寧市水文水資源局高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事水文情報(bào)預(yù)報(bào)及水文分析工作。