淮河具有行蓄洪區(qū)河系洪水預(yù)報(bào)水力學(xué)模型研究*

包紅軍，趙琳娜，李致家

(1:中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京100081)

(2:國(guó)家氣象中心，中國(guó)氣象局，北京100081)

(3:河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京210098)

淮河具有行蓄洪區(qū)河系洪水預(yù)報(bào)水力學(xué)模型研究*

包紅軍1，2，趙琳娜1，2，李致家3

(1:中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京100081)

(2:國(guó)家氣象中心，中國(guó)氣象局，北京100081)

(3:河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京210098)

針對(duì)淮河流域河系特點(diǎn)，建立淮河具有行蓄洪區(qū)河系洪水預(yù)報(bào)模型.干流河道洪水演進(jìn)采用一維水動(dòng)力學(xué)模型，釤崗分流量利用分流曲線(xiàn)法推求，利用虛擬線(xiàn)性水庫(kù)法解決大洪水時(shí)支流洪水受干流頂托作用，臨淮崗閘作為水力學(xué)模型的內(nèi)邊界條件進(jìn)行處理，利用分流比法概化行洪過(guò)程，行洪區(qū)內(nèi)只有蓄滿(mǎn)時(shí)，才會(huì)有出流，行洪區(qū)內(nèi)的洪水利用Muskingum法進(jìn)行洪水演進(jìn);由于蓄洪區(qū)進(jìn)洪與出流均有閘門(mén)控制，因而作為水庫(kù)處理，蓄洪區(qū)內(nèi)不考慮洪水演進(jìn)，只進(jìn)行水量平衡以判斷進(jìn)洪或者出流.以淮河干流王家壩至魯臺(tái)子河系為例，建立淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型，并與淮河具有行蓄洪區(qū)河系水文學(xué)模型在淮河2003-2008年洪水進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證檢驗(yàn).結(jié)果表明，所建立的淮河具有行蓄洪區(qū)河系洪水預(yù)報(bào)水力學(xué)模型在淮河洪檢驗(yàn)取得較好的預(yù)報(bào)效果，也證明了所建模型的合理性.

洪水預(yù)報(bào);分流比法;一維水動(dòng)力學(xué)模型;Muskingum法;行蓄洪;淮河

大流域內(nèi)存在水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)、水閘等多種水利工程，流域水文系統(tǒng)的降雨徑流及洪水過(guò)程預(yù)報(bào)是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題［1-5］.大江大河的洪水預(yù)報(bào)一般是以干流河道的匯流為主線(xiàn)，防洪控制站大部分均設(shè)在干流沿程河道.而我國(guó)大江大河中下游一般是丘陵和平原區(qū)，河底比較平緩，不太適合建大型的水庫(kù)，防洪工程主要堤防以及借助于兩岸地理與地形條件修建的行蓄洪區(qū)，其標(biāo)準(zhǔn)往往不高.淮河流域就是這類(lèi)典型具有行蓄洪區(qū)的復(fù)雜大流域.包紅軍等［6］在考慮行蓄洪區(qū)影響的Muskingum流量演算法基礎(chǔ)之上，將Muskingum法與水文水位法、擴(kuò)散波非線(xiàn)性水位法相結(jié)合建立淮河具有行蓄洪區(qū)河系洪水預(yù)報(bào)水文學(xué)模型，在2007年淮河洪水中取得良好的預(yù)報(bào)流量檢驗(yàn)效果，水位預(yù)報(bào)效果相對(duì)一般;對(duì)于復(fù)雜的分叉水系的洪水預(yù)報(bào)，需要計(jì)算和預(yù)報(bào)河道內(nèi)任何斷面任何時(shí)刻的水位、流速、流量等要素，這時(shí)水動(dòng)力學(xué)方法是首選［7］.吳時(shí)強(qiáng)等［8-9］采用淮河干流及各行洪區(qū)采用平面二維水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行洪水演算，在淮河1982年、1991年大洪水預(yù)報(bào)中得到不錯(cuò)的預(yù)報(bào)效果;而在淮河大洪水行洪過(guò)程中，行洪區(qū)口門(mén)往往通過(guò)爆破方式炸開(kāi)，口門(mén)在行洪過(guò)程中不斷擴(kuò)大變深，口門(mén)尺寸的變化難于計(jì)算［3］;行洪區(qū)內(nèi)二維河道資料變化也由于歷史人工影響，較難獲取;因此本文基于一維水動(dòng)力學(xué)模型［7，10-11］，對(duì)行蓄洪區(qū)進(jìn)行概化處理:行洪區(qū)采用分流比概化處理行洪，行洪區(qū)只有蓄滿(mǎn)時(shí)，才會(huì)有出流，行洪區(qū)內(nèi)的洪水考慮洪水演進(jìn);由于蓄洪區(qū)進(jìn)洪出流均有閘門(mén)控制，將蓄洪區(qū)看成水庫(kù)，蓄洪區(qū)內(nèi)不考慮洪水演進(jìn)，只進(jìn)行水量平衡以判別是進(jìn)洪或者出流，建立淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型，合理處理好釤崗分流，大洪水時(shí)支流洪水受干流頂托作用，臨淮崗閘對(duì)洪水演進(jìn)的影響，并與淮河具有行蓄洪區(qū)河系水文學(xué)模型進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)對(duì)比研究.

男人放肆地笑了笑說(shuō)：“好好，不說(shuō)這個(gè)！不說(shuō)這個(gè)了！我就喜歡你這樣懂事的女人，從不和我家里的那個(gè)黃臉婆爭(zhēng)風(fēng)吃醋。寶貝兒，我不會(huì)虧待你的?！?/p>

1 研究流域簡(jiǎn)介與概化

淮河流域發(fā)源于河南省桐柏山，在江蘇省三江營(yíng)注入長(zhǎng)江，干流全長(zhǎng)1000km，淮河流域分上、中、下游.王家壩以上為上游，匯水面積30630km2;王家壩至三河閘為中游，河道坡降平緩，沿干流兩側(cè)多湖泊洼地，淮河上中游洪水在此滯蓄回旋.淮河上游自洪河口至洪澤湖匯水面積158160km2.王家壩至魯臺(tái)子屬中游河段，魯臺(tái)子匯水面積91620km2(圖1).淮河中游支流多、水量大量集中，上游干支來(lái)水以王家壩居多，以下匯史、淠、穎三大支流，至正陽(yáng)關(guān)集中了淮河水量的80%.這段干流有三個(gè)行洪區(qū)，四個(gè)蓄洪區(qū).

圖1 淮河王家壩至魯臺(tái)子河段概化圖Fig.1 Sketch of the river basin from Wangjiaba to Lutaizi station of Huaihe River

2 淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)預(yù)報(bào)模型的構(gòu)建

淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型，考慮了行蓄洪區(qū)的洪水調(diào)度:行洪區(qū)采用分流比和口門(mén)行洪兩種處理方式，行洪區(qū)只有蓄滿(mǎn)時(shí)，才會(huì)有出流，行洪區(qū)內(nèi)的洪水考慮洪水演進(jìn);由于蓄洪區(qū)進(jìn)洪出流均有閘門(mén)控制，將蓄洪區(qū)看成水庫(kù)，蓄洪區(qū)內(nèi)不考慮洪水演進(jìn)，只進(jìn)行水量平衡以判別是進(jìn)洪還是出流.淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型結(jié)構(gòu)，可以劃分為四部分，干流河道基于一維水動(dòng)力學(xué)模型的水位流量預(yù)報(bào);行蓄洪區(qū)的洪水演算預(yù)報(bào);旁側(cè)入流及無(wú)資料地區(qū)產(chǎn)匯流預(yù)報(bào);臨淮崗水利樞紐的考慮.

2.1 一維水動(dòng)力學(xué)模型

取水位Z和流量Q為水力要素，水力學(xué)模型一維方程形式可寫(xiě)為:

水流連續(xù)方程:

行洪區(qū)一般是利用河道邊的地形，比如洼地、湖泊，形成一個(gè)洪水期間的臨時(shí)蓄水體或者過(guò)水通道.為了與蓄洪區(qū)區(qū)別開(kāi)來(lái)，本文研究的淮河流域行洪區(qū)進(jìn)洪口與出洪口都沒(méi)有閘門(mén)控制.蓄洪區(qū)是分布在河道兩側(cè)，利用河道邊的地形，如洼地、湖泊，形成一個(gè)有閘門(mén)控制進(jìn)出流的臨時(shí)蓄水體.行洪區(qū)和蓄洪區(qū)的區(qū)別在于蓄洪區(qū)的進(jìn)洪與出洪口有控制閘門(mén)而行洪區(qū)則沒(méi)有.由于有閘門(mén)控制，蓄洪區(qū)有一定的庫(kù)容.目前關(guān)于行蓄洪區(qū)的處理方法國(guó)內(nèi)外大致有以下2種:經(jīng)驗(yàn)方法(分流比法)和固定口門(mén)水力學(xué)公式法.文獻(xiàn)［3］已經(jīng)證明了經(jīng)驗(yàn)方法分流比法具有一定的物理意義，簡(jiǎn)單易行，可以用于洪水預(yù)報(bào)中.因此，本文采用分流比法進(jìn)行行洪處理.分流比常用的確定途徑有兩個(gè):由實(shí)測(cè)流量來(lái)確定和由口門(mén)特征來(lái)確定.

2018年11月5日至10日，為期6天的首屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)（下稱(chēng)進(jìn)博會(huì)）在上海國(guó)家會(huì)展中心召開(kāi)。作為東道主，中國(guó)敞開(kāi)國(guó)門(mén)，奏響新時(shí)代的“迎賓曲”。在這場(chǎng)中國(guó)主場(chǎng)外交中，世界是主角，中國(guó)以“共享、共建、共贏”的開(kāi)放之心，匯天下群英，與世界攜手邁出“構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體”的重要一步。

2.2.2 由口門(mén)特征來(lái)確定 由行洪區(qū)口門(mén)的特征與行洪流量建立關(guān)系，行洪口門(mén)的特征主要是口門(mén)的寬度與深度，根據(jù)寬頂堰公式:

2.2 行蓄洪區(qū)洪水演算預(yù)報(bào)

水流運(yùn)動(dòng)方程:

2.4.1 臨淮崗樞紐閘門(mén)全關(guān) 當(dāng)臨淮崗樞紐閘門(mén)全關(guān)時(shí)，則淮河干流被截為兩段.在河道洪水預(yù)報(bào)時(shí)，臨淮崗樞紐以上河段就可以看作為一個(gè)水庫(kù)，進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度;下游河道進(jìn)行上邊界為0的河道洪水預(yù)報(bào).

三是獨(dú)特性。每一個(gè)舞蹈作品都有其特殊性，每一位舞者都有其獨(dú)特性。在拉丁舞表演中，面部表情是根據(jù)不同的主題與角色特點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的，歡快的舞蹈和悲傷的舞蹈，情感表現(xiàn)形式不同面部表情自然是有很大差異，因此不同的表演作品呈現(xiàn)出來(lái)的面部表情各不相同，不同舞者的表現(xiàn)形式也有所不同。舞者通過(guò)面部表情變化表達(dá)舞蹈中的情感變化，在一些特定的場(chǎng)景中舞者做出特定面部表情，一定程度上塑造了人物的形象，如在拉丁舞表演《七十二房客》中，包租婆的形象讓人記憶猶新，她的一顰一笑都讓觀眾深深記住，這體現(xiàn)了作品的獨(dú)特性，也體現(xiàn)了人物的獨(dú)特性。

大豐收營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)周單也表示：“大豐收客戶(hù)定位在終端市場(chǎng)，終端種植大戶(hù)的需求就是大豐收發(fā)展的方向。同時(shí)作為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，掌握流量也是發(fā)展的方向之一。目前大豐收通過(guò)線(xiàn)上的農(nóng)技推廣服務(wù)聚集了百萬(wàn)線(xiàn)上流量、幾十萬(wàn)忠實(shí)粉絲，在大豐收的八大作物新媒體矩陣中，閱讀量均占據(jù)農(nóng)業(yè)種植榜單前列。同時(shí)，大豐收還在線(xiàn)下組建技術(shù)團(tuán)隊(duì)，將服務(wù)深入到田間地頭。致力于為廣大種植戶(hù)提供作物全程解決方案。同時(shí)，大豐收孵化了國(guó)內(nèi)首家農(nóng)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)平臺(tái)——天天學(xué)農(nóng)，給農(nóng)民朋友提供專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)?！?/p>

式中:B為口門(mén)寬度，K1為流量系數(shù)，其值在0.300-0.385之間，HU為有效水頭，在這里取河道干流水位與口門(mén)高程之差.參數(shù)B、HU均由口門(mén)尺寸和河道水位計(jì)算得出，K1值需要進(jìn)行水力學(xué)實(shí)驗(yàn)中率定，在防洪計(jì)算中一般取0.385［3］，本文取K1為0.385.用口門(mén)特征來(lái)確定分流比，主要是由于沒(méi)有行洪區(qū)的流量資料，這是可根據(jù)口門(mén)尺寸以及干流的記錄的水位來(lái)定出流量的特征值，以及定出分流比.

行洪區(qū)內(nèi)的洪水演進(jìn)，由于缺乏地形資料，本文采用Muskingum法進(jìn)行演算.

式中:Z為水位，Q為流量，A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，Lq為單位河長(zhǎng)的旁側(cè)入流，x為沿水流方向的水平距離，t為時(shí)間，g為重力加速度，α為流速分布不均勻系數(shù)，Sf為水力比降，Sf=(n2Q|Q|)/(A2R4/3).采用Preissmann四點(diǎn)線(xiàn)性隱式差分進(jìn)行離散，應(yīng)用Newton-Raphson迭代求解法進(jìn)行水位流量計(jì)算.

蓄洪區(qū)的處理方式就是把蓄洪區(qū)看成一個(gè)進(jìn)庫(kù)出庫(kù)均有閘門(mén)控制的水庫(kù).蓄洪區(qū)進(jìn)洪與出洪可由水力學(xué)公式計(jì)算.設(shè)干流水位為 Z，蓄洪區(qū)水位為 Zl，閘底板高程為 Z0，令 H0=Z－Z0，Hs=Z1－Z0，當(dāng) H0＞1.33Hs時(shí)為自由進(jìn)洪，進(jìn)洪流量.當(dāng) H0≤1.33Hs，且 Z －Z1＞0 時(shí)，

式中:M1為閘門(mén)進(jìn)洪系數(shù)，通過(guò)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取M1與Hs/H0的關(guān)系，隨水位變化推求參數(shù)M1值，具體參見(jiàn)文獻(xiàn)［11］，B為閘門(mén)開(kāi)啟凈寬度.

對(duì)于蓄洪區(qū)的出洪閘計(jì)算與進(jìn)洪閘相似，不同之處是Z與Z1更換了位置.對(duì)于蓄洪區(qū)內(nèi)部，不考慮洪水演進(jìn)問(wèn)題，只對(duì)蓄洪區(qū)內(nèi)進(jìn)行水量平衡計(jì)算求出蓄洪區(qū)水位變化以判別是否進(jìn)洪或者出洪.

2.3 旁側(cè)入流及無(wú)資料地區(qū)產(chǎn)匯流計(jì)算

王家壩處的分流問(wèn)題:釤崗的分流量由王家壩與釤崗的分流關(guān)系曲線(xiàn)確定.王家壩閘的分流量根據(jù)閘門(mén)運(yùn)行方式和水流的實(shí)際形態(tài)，采用恰當(dāng)?shù)乃W(xué)公式計(jì)算.把釤崗分流后與地理城的流量作為旁側(cè)入流合在一起演算至干流.此外中游支流蔣家集、阜陽(yáng)和橫排頭也分別作為旁側(cè)入流演算至干流.為了解決大洪水時(shí)支流洪水受干流頂托作用，直至退水期才能進(jìn)入干流，故借鑒文獻(xiàn)［3］的方法:在支流末端與干流交匯處設(shè)一虛擬線(xiàn)性水庫(kù)，支流水流必須經(jīng)過(guò)水庫(kù)調(diào)蓄后才能進(jìn)入干流.

蔣家集至干流匯合處，谷河、潤(rùn)河集以及阜陽(yáng)、橫排頭至干流的區(qū)間面積有8730km2，占魯臺(tái)子的匯水面積的8.7%.為了解決這部分地區(qū)的產(chǎn)匯流計(jì)算，選淮北王市集小流域?yàn)榇硇粤饔?，用新安江模型進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算，然后將參數(shù)移置到區(qū)間上.

但多達(dá)十四卷的《紀(jì)效新書(shū)》只是文科要考的一小部分罷了。易平安扭頭又看看桌上堆得如小山一般高的書(shū)籍，頓時(shí)有一種荒謬的感覺(jué)浮上心頭。

2.4 臨淮崗樞紐工程的考慮

按照臨淮崗控制工程的規(guī)劃條件，當(dāng)正陽(yáng)關(guān)水位達(dá)到26.40m、魯臺(tái)子流量達(dá)到10000m3/s時(shí)，啟用臨淮崗樞紐控泄.本文按臨淮崗閘門(mén)全關(guān)、敞泄、控泄三種方式討論臨淮崗閘在洪水預(yù)報(bào)中的處理方法.

2.2.1 由實(shí)測(cè)流量來(lái)確定 行洪口的行洪流量是很難實(shí)測(cè)到的，一般是洪水過(guò)后，根據(jù)行洪口門(mén)的大小由水力學(xué)公式估算出來(lái)的特征值，如最大流量等.行洪口的行洪流量與干流總量之比是分流比.一般估算出來(lái)的是最大行洪流量與干流總量之比.設(shè)行洪流量為Q行洪，干流分流后流量為Q干流分，分流比為α分，則:

式中，nb為閘門(mén)凈寬(m)，e為閘門(mén)開(kāi)度(m)，μ0為孔流流量系數(shù)，σc為淹沒(méi)系數(shù)，具體取值方法參見(jiàn)文獻(xiàn)［12］，本文進(jìn)行預(yù)報(bào)的洪水均為臨淮崗閘敞泄?fàn)顩r下的.

式中，b為每孔凈寬(m)，n為閘孔孔數(shù)，H0為包括行近水頭，m為自由堰流的流量系數(shù)，σ側(cè)收縮系數(shù).令μ=σm，為包括側(cè)收縮系數(shù)在內(nèi)的流量系數(shù).參數(shù)μ取值，根據(jù)毛昶熙［12］擬合出流量模數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算:

式中，L為閘地板長(zhǎng)度，當(dāng)H0/L＞0.3時(shí)，仍用0.3代入.

2.4.3 臨淮崗樞紐控泄 當(dāng)臨淮崗樞紐實(shí)行控泄時(shí)，仍然將臨淮崗樞紐作為一個(gè)內(nèi)邊界處理.此時(shí)臨淮崗閘為孔流泄流.計(jì)算公式如下:

2.4.2 臨淮崗樞紐敞泄 當(dāng)臨淮崗樞紐敞泄時(shí)，將河道作為一個(gè)整體處理.將臨淮崗深孔閘與淺孔閘均作為寬頂堰或者實(shí)用堰進(jìn)行內(nèi)邊界處理.堰流的基本計(jì)算公式為:

朱以撒[11]認(rèn)為碑學(xué)勃興于清代帖學(xué)之弊：①清代書(shū)法效仿對(duì)象的變化;②帖學(xué)受制于帝王的導(dǎo)向;③“閣體”審美標(biāo)準(zhǔn)的確立致使許多欲仕書(shū)家不能展現(xiàn)自己的創(chuàng)造才華。盡管清代刻帖又有進(jìn)展，但對(duì)清代書(shū)壇的衰落已毫無(wú)補(bǔ)救。書(shū)壇需要另辟蹊徑尋找活力，用新的觀念、方法來(lái)挽救它的衰落，這樣的歷史條件孕育了碑學(xué)的興盛。

3 淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型的驗(yàn)證

3.1 淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型在淮河洪水中的對(duì)比檢驗(yàn)

釤崗分流量由王家壩與釤崗的分流關(guān)系曲線(xiàn)確定.統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)期(1996-2004年汛期)內(nèi)的資料，得到一個(gè)以王家壩總?cè)肓鳛闄M坐標(biāo)、釤崗分流量為縱坐標(biāo)的帶狀點(diǎn)群.此點(diǎn)群的特點(diǎn)是:在流量較小的時(shí)候，點(diǎn)距非常密集;隨著流量的增加，點(diǎn)距逐漸稀疏，但仍舊保持帶狀分布.綜合實(shí)測(cè)的數(shù)值及點(diǎn)群的特征，結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)，得到釤崗的分流公式.

陸簡(jiǎn)明[8]指出漢語(yǔ)中有明顯標(biāo)記的被動(dòng)句，即“被”字句，主要有兩種形式：長(zhǎng)被動(dòng)句和短被動(dòng)句，格式如下：

對(duì)于淮河具有行蓄洪區(qū)河系水文學(xué)模型，采用Muskingum-Cunge法進(jìn)行干流王家壩至魯臺(tái)子河道洪水演進(jìn)，利用水文水位法進(jìn)行魯臺(tái)子水位預(yù)報(bào)，最后采用擴(kuò)散波非線(xiàn)性水位法推求河道各個(gè)斷面水位預(yù)報(bào)過(guò)程.采用水力學(xué)模型相同的行蓄洪區(qū)處理方式、旁側(cè)入流及無(wú)資料地區(qū)產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)的方法.

采用1996-2004年的6場(chǎng)汛期洪水進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)模型的曼寧糙率參數(shù)進(jìn)行率定，率定得到的糙率系數(shù)在垂直方向分別為0.018、0.020、0.022、0.020 和0.020、0.022、0.025、0.022.率定期的水動(dòng)力學(xué)的上邊界為王家壩干流的入流過(guò)程，下邊界為魯臺(tái)子的水位過(guò)程.采用2005-2008年的汛期洪水進(jìn)行檢驗(yàn)，并與淮河具有行蓄洪區(qū)河系水文學(xué)模型的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(表1)，結(jié)果表明，水力學(xué)模型在淮河2005-2008年的洪水預(yù)報(bào)中取得良好的模擬結(jié)果:潤(rùn)河集、魯臺(tái)子的流量平均洪峰誤差分別為13.5%、16.3%，南照集、正陽(yáng)關(guān)的水位預(yù)報(bào)絕對(duì)誤差分別0.24、0.25m，確定性系數(shù)均大于0.8(表1).水力學(xué)模型的水位流量預(yù)報(bào)效果均好于水文學(xué)模型:其中流量預(yù)報(bào)水力學(xué)模型稍好一些，潤(rùn)河集、魯臺(tái)子站的平均確定性系數(shù)為0.921、0.866，而水文學(xué)模型預(yù)報(bào)的潤(rùn)河集、魯臺(tái)子站的平均確定性系數(shù)為0.889、0.759.水力學(xué)模型水位預(yù)報(bào)精度有較大的提高:南照集、正陽(yáng)關(guān)的水位預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差分別為0.24、0.25m，而水文學(xué)模型的南照集、正陽(yáng)關(guān)水位預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差分別為0.88、1.00m.

表1 淮河具有行蓄洪區(qū)河系水力學(xué)模型和水文學(xué)模型檢驗(yàn)期的預(yù)報(bào)結(jié)果Tab.1 Validation results of hydraulic model and hydrologic model with flood diversion and flood retarding areas of Huaihe River

3.2 分流比行洪方式在淮河2003年與2007年大水中的檢驗(yàn)

2003年與2007年汛期，淮河流域遭遇了1954年以來(lái)的兩次流域性大洪水.由于雨區(qū)和降雨時(shí)段集中，雨量大，導(dǎo)致淮河干流、支流水位普遍上漲，河段水位全面超過(guò)警戒水位.兩場(chǎng)洪水的行洪參數(shù)見(jiàn)表2.假定在行洪穩(wěn)定時(shí)，口門(mén)處的流速接近河道主槽流速.采用控制站實(shí)測(cè)的點(diǎn)最大流速作為行洪口門(mén)平均流速，過(guò)水面積采用行洪區(qū)上、下口門(mén)中較小的數(shù)值.代入公式(3)即可得到分流比值.

表2 2003與2007年行洪區(qū)使用情況Tab.2 Applied cases of flood diversion areas of 2003 and 2007

2003年與2007年的洪水模擬結(jié)果見(jiàn)圖2(圖中不行蓄洪預(yù)報(bào)指的是在預(yù)報(bào)過(guò)程中不考慮行蓄洪區(qū)的使用情況，默認(rèn)行蓄洪區(qū)均無(wú)進(jìn)出洪;行蓄洪預(yù)報(bào)指的是在預(yù)報(bào)過(guò)程中考慮行蓄洪區(qū)的使用，進(jìn)行行蓄洪區(qū)的進(jìn)出洪計(jì)算)和表3，可以看出經(jīng)過(guò)行洪處理兩場(chǎng)洪水的精度均比沒(méi)有處理有所提高.對(duì)于2003年洪水模擬預(yù)報(bào)，南照集的預(yù)報(bào)最高水位誤差由0.45m降至0.37m，潤(rùn)河集的最高水位誤差由0.40m降至0.31m，汪集的水位誤差由0.36m降至了0.24m，正陽(yáng)關(guān)與魯臺(tái)子預(yù)報(bào)誤差分別降至0.34m和0.31m.對(duì)于2007洪水，在進(jìn)行行洪處理時(shí)，南照集、潤(rùn)河集的水位已經(jīng)達(dá)到峰值，故最大水位誤差沒(méi)有變化，汪集預(yù)報(bào)誤差由0.42m降至0.37m，正陽(yáng)關(guān)由0.30m降至0.19m，魯臺(tái)子預(yù)報(bào)誤差降至0.16m.從兩場(chǎng)洪水的流量來(lái)看，魯臺(tái)子站的洪峰相對(duì)誤差分別由－10.7%提高到－1.6%和由－6.5%提高到－1.5%.確定性系數(shù)也有所提高.

△型樣架：（1）用鋼管沿預(yù)裂面方向?qū)膳佩^樁分別連接成整體，并利用水平尺檢測(cè)，以確保臨近預(yù)裂孔側(cè)水平連接桿的水平度，鉆孔時(shí)鉆機(jī)的地腳就固定在此水平連接桿上；（2）將△型固定架按80cm間距安裝在錨樁兩排連接桿上，使用特制量角器粗調(diào)樣架工作面豎桿傾角，使傾角盡量接近預(yù)裂孔設(shè)計(jì)傾角，用一根水平連接桿將每個(gè)△型固定架上部固定，同樣要保證這根水平連接桿的水平度，造孔時(shí)鉆機(jī)上臂就固定在此水平連接桿上，這樣整個(gè)樣架就形成了一個(gè)整體；（3）測(cè)量員使用全站儀校核樣架工作面豎向傾角和水平連接桿的水平度，微調(diào)處理后加固連接扣件，在上下兩排水平連接桿上測(cè)量放出鉆機(jī)固定點(diǎn)位。

圖2 魯臺(tái)子站(a，b)和正陽(yáng)關(guān)站(c，d)2003年與2007年汛期洪水流量預(yù)報(bào)過(guò)程Fig.2 Flood forecast results of Lutaizi station(a，b)and Zhengyangguan station(c，d)in 2003 and 2007

表3 分流比行洪魯臺(tái)子站預(yù)報(bào)結(jié)果Tab.3 Flood forecast results of Lutaizi station with using Split ratio method

4 結(jié)語(yǔ)

淮河流域存在行蓄洪區(qū)等多種水利工程，本文基于一維水動(dòng)力學(xué)模型，合理處理好釤崗分流、大洪水時(shí)支流洪水受干流頂托作用，概化行蓄洪處理方式，并考慮了臨淮崗樞紐工程對(duì)淮河干流洪水波的影響，建立了淮河具有行蓄洪區(qū)河系洪水預(yù)報(bào)水力學(xué)模型.通過(guò)在淮河洪水預(yù)報(bào)中的檢驗(yàn)，與水文學(xué)預(yù)報(bào)模型相比，大大提高了水位預(yù)報(bào)精度，證明了模型的合理性與適用性，為相對(duì)復(fù)雜的河系洪水預(yù)報(bào)問(wèn)題研究提供了一定的借鑒.但鑒于大流域洪水預(yù)報(bào)的復(fù)雜性，仍需要進(jìn)一步研究:

(1)行洪區(qū)的處理本文使用的是一些基于經(jīng)驗(yàn)性的方式.行洪區(qū)內(nèi)洪水演算屬于二維水力學(xué)范疇，本文只是用Muskingum法概化處理.研究更適合行洪區(qū)處理和洪水演進(jìn)的方法也是接下來(lái)的工作之一.

在電氣自動(dòng)化設(shè)備的選擇當(dāng)中，企業(yè)要組織安排專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人才，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備選擇的整體把控。在進(jìn)行零部件以及相關(guān)產(chǎn)品的選擇時(shí)，技術(shù)人員要對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，通過(guò)多方面的對(duì)比分析，選擇信譽(yù)度較好，企業(yè)口碑較高的產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)選擇的產(chǎn)品要進(jìn)行質(zhì)量方面加強(qiáng)把關(guān)。例如，產(chǎn)品的規(guī)格、質(zhì)量、型號(hào)、生產(chǎn)日期、出廠(chǎng)日期、生產(chǎn)合格證書(shū)等，避免由于選購(gòu)人員一時(shí)疏忽，選購(gòu)到質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的設(shè)備。此外，電氣企業(yè)在保障選購(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，要在產(chǎn)品價(jià)格方面進(jìn)行綜合考慮，盡量選擇性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品。在保證提升電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的前提下，降低電氣企業(yè)的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

(2)無(wú)資料地區(qū)的產(chǎn)匯流參數(shù)是移用淮北王市集小流域產(chǎn)匯流參數(shù).近20年，數(shù)字高程模型(DEM)和遙感技術(shù)在水文學(xué)中得到了迅猛的發(fā)展.如何直接從流域的土壤資料、DEM技術(shù)等［6，13-15］直接提取大流域水文模型的產(chǎn)匯流參數(shù)是下一步需要解決的問(wèn)題.

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Hydraulic model for flood forecast of river basin with flood diversion and flood retarding areas of Huaihe River

BAO Hongjun1，2，ZHAO Linna1，2＆ LI Zhijia3
(1:Public Meteorological Service Center，China Meteorological Administration，Beijing 100081，P.R.China)
(2:National Meteorological Center，China Meteorological Administration，Beijing 100081，P.R.China)
(3:College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjing 210098，P.R.China)

Hydraulic model of Huaihe River with flood diversion and flood retarding areas was developed for flood forecast.The input flood discharge hydrograph from the main channel to the flood diversion area is estimated with the fixed split ratio of the main channel discharge.The Muskingum discharge routing method is applied in the flood diversion area，and outflow can generate only after it reaches full storage.The flood flow inside the flood retarding area is calculated as a reservoir and inflow and outflow are calculated based on the water balance equation.Taking complex river basin between Wangjiaba and Lutaizi stations with flood diversion and flood retarding areas of Huaihe River as an example，with taking the Linhuaigang Project as inside boundary in flood routing，Hydraulic model of Huaihe River based on one-dimension hydraulic model was developed.In order to testify the performance and rationality of the developed model，the representative flood events from 2003 to 2008 were forecasted with the developed hydraulic model.Results show that the developed model performs well and is reasonable.

Flood forecast;split ratio;one-dimension hydraulic model;Muskingum;flood diversion and flood retarding;Huaihe River

* 公益性行業(yè)(氣象)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(GYHY200906007，GYHY201006037)資助.2010-05-20收稿;2010-09-19收修改稿.包紅軍，男，1980 年生，博士，工程師;E-mail:baohongjun@cma.gov.cn.