多元回歸分析在鎮(zhèn)龍站洪水預(yù)報中的應(yīng)用

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)報的預(yù)報公式，按《水文情報預(yù)報規(guī)范》SL250－2000技術(shù)要求評定，均達(dá)到甲級方案標(biāo)準(zhǔn)，其成果可作為鎮(zhèn)龍水文站今后洪水預(yù)報方案，其方法可供同類型河流洪水預(yù)報參考。

鎮(zhèn)龍水文站；多元回歸；預(yù)報公式

1 流域概況

鎮(zhèn)龍江為郁江左岸1級支流，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，測站以上干流長約25km，比降7.31‰；斷面上游最大一級支流那歪河位于左岸，河長19.6km，流域面積46km2，比降8.62‰，那歪河最大支流為古樓河，河長6km，流域面積46km2，比降17.6‰；斷面上游第二大一級支流為那州江，河長8.2km，流域面積11.8km2，比降11.6‰。

流域內(nèi)布設(shè)有5個雨量站，測驗河段順直河段長500m，流速儀測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，夏長冬短，少見冰雪，年平均溫度21.5℃，相對濕度大，年平均相對濕度79％，日照長，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：大致鋒面雨多出現(xiàn)在5～6月，臺風(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，往往會造成突發(fā)性山洪。同時，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出現(xiàn)，洪峰持續(xù)時間大多只有20min左右。

根據(jù)該站1980～2013年實測資料統(tǒng)計，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年實測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)報方案具有較好的實用性，所選用的參數(shù)在今后的實際作業(yè)分析預(yù)報時要能夠容易收集到。故此次預(yù)報方案編制所用資料均選取具有36年以上的資料整編站點，即鎮(zhèn)龍水文站以及干江、那六、那歪、古樓4個雨量站。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)報方案，共31場洪水，另2014～2015年，共38場洪水資料用于校核預(yù)報方案。

5.2 預(yù)報方法選用

由于鎮(zhèn)龍站流域面積小，匯流時間短，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。本次鎮(zhèn)龍站預(yù)報方案就是應(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)一個或幾個變量的值，預(yù)測或控制另一個變量的取值，并且可以知道這種預(yù)測或控制能達(dá)到什么樣的精確度；

（3）進(jìn)行因素分析。例如在對于共同影響一個變量的許多變量（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)龍站開始起漲時間為計算時刻，選取鎮(zhèn)龍站起漲水位（Z鎮(zhèn)龍起漲）；干江、那歪、鎮(zhèn)龍3個站在鎮(zhèn)龍起漲前3h至降雨基本結(jié)束時段內(nèi)的降雨：包括P干江、P那歪、P古樓、P鎮(zhèn)龍；降雨歷時T歷時，T歷時為鎮(zhèn)龍站起漲前3h至降雨基本結(jié)束時段內(nèi)每小時降雨量超過5mm的時段數(shù)。通過多元回歸分析，得到以下鎮(zhèn)龍站洪峰水位預(yù)報公式：

6 預(yù)報方案評定

按照水利部頒發(fā)的《水文情報預(yù)報規(guī)范》SL250 2000）進(jìn)行評定，評定結(jié)果見表2。

表2 預(yù)報方案評定表

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)報方案，使用的參數(shù)分別為：Z鎮(zhèn)龍起漲、T歷時、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歷時反映輸入流域內(nèi)的雨量強(qiáng)度，其它要素一確定，T歷時越大，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)報方案是合理的。經(jīng)用31場實測洪峰資料作檢驗預(yù)報計算和4場實測洪峰資料作校核預(yù)報計算，按《水文情報預(yù)報規(guī)范》SL250－2000技術(shù)要求評定，均達(dá)到甲級方案標(biāo)準(zhǔn)，故這套方案可用作作業(yè)預(yù)報方案。

8 注意事項

（1）方案中，如何判斷降雨結(jié)束是個難題。因此，作業(yè)預(yù)報中一定要牢牢關(guān)注實時天氣情況和降雨云系的走勢，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，長一點也就6～10h，預(yù)見期極短。因此，評差中允許誤差直接采用次洪漲幅的0.3倍；

（3）降雨歷時統(tǒng)計時，每小時降雨量超5mm即算1個歷時，連續(xù)2h合計5～10mm也算一個歷時，5mm以下不算歷時數(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，實際作業(yè)預(yù)報中，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)測預(yù)報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工程師，學(xué)士，主要從事水文情報預(yù)報及水文分析工作。