洪水預(yù)報方案用于水庫汛限水位動態(tài)控制的可行性分析

高曉光

(五大連池市水務(wù)局，黑龍江五大連池164100)

1 洪水預(yù)報方案分類預(yù)報誤差分析方法

1.1 分類預(yù)報誤差分析的實踐基礎(chǔ)

就研究物理預(yù)報模型本身的科學(xué)性而言，一個真正能反映流域產(chǎn)、匯流規(guī)律性的預(yù)報模型，當(dāng)測流誤差可忽略時，其流域以其斷面輸出的洪水過程，應(yīng)該能準確地響應(yīng)所輸入的各種類型、影響蒸發(fā)的氣象因子等。由于流域暴雨徑流形成機制復(fù)雜且至今未能科學(xué)描述、影響因子類型沒全部顯現(xiàn)且未能充分驗證徑流形成機制的科學(xué)性，所以現(xiàn)在符合規(guī)范要求的實用洪水預(yù)報模型和預(yù)報方案反映的只是有限資料的預(yù)報水平，預(yù)報有誤差是必然的，在調(diào)度實踐中研究可承受誤差能力是必要的。另一客觀事實也是公認的，即調(diào)試預(yù)報方案參數(shù)時，往注重視期望誤差與合格率的評價標準，而忽略了模擬預(yù)報誤差的分類特征。如次降雨＞100 mm的大洪水預(yù)報誤差較小，中小洪水預(yù)報誤差較大;流域下方向基本飽和時的預(yù)報誤差較小，久旱后的洪水預(yù)報誤差較大。以往的預(yù)報調(diào)度中，各種情況所采用的預(yù)報成果僅考慮一個;允許預(yù)報誤差修正，實際上調(diào)度決策人員更關(guān)心發(fā)生大洪水時的洪水預(yù)報誤差，它的誤差修正是否科學(xué)合理，對水庫及其防護對象的防洪安全有較大影響，至于中小量級洪水的預(yù)報誤差大小，對防洪安全的影響度，應(yīng)視水庫調(diào)節(jié)性能，面臨時實際運行水位高、低及其承載能力而定。

總之，上述事實與調(diào)度實踐中關(guān)心的問題為分類預(yù)報分析奠定了實踐基礎(chǔ)。

1.2 產(chǎn)流預(yù)報方案分類預(yù)報誤差分析

目前洪水預(yù)報的主要項目指產(chǎn)流的總量、匯流的峰與峰現(xiàn)時間、過程。

2 產(chǎn)流預(yù)報誤差對汛限水位動態(tài)控制的影響分析

2.1 洪水總量預(yù)報誤差對汛限水位動態(tài)控制的影響分析

2.1.1 分析的目的與論證的主要問題

這項分析的目的是在已達標的洪水總量預(yù)報方案誤差特征值或誤差分布律認定基礎(chǔ)上，進一步論證洪水總量預(yù)報方案可利用性。

2.1.2 分析方法步驟

1)基于洪水開始消退或最高水位出現(xiàn)時間ts，統(tǒng)計分析該時段前、后洪量占洪水總量之平均比例，并按照此比例計算后段洪量誤差的分配比?；蛘咧苯佑嬎鉻s。以后的退水預(yù)報方案的誤差;2)當(dāng)次洪水ts前段量除正常供水量外，庫水位超出汛限水位動態(tài)控制域上限值或防洪高水位，則前段洪水按照防洪調(diào)度規(guī)則調(diào)度，可以將庫水位抑制在汛限水位動態(tài)控制域內(nèi)。當(dāng)最高水位出現(xiàn)時，實際上前段洪水預(yù)報的量及其誤數(shù)已體現(xiàn)出來，為了控制洪水后段水位不超過動態(tài)控制上限值，一方面需要根據(jù)后期退水后預(yù)報決策下泄流量(其中最大下泄流量是對應(yīng)動態(tài)控制域上限值的出流能力)，另一方面需計算預(yù)報偏小的誤差對水庫防洪安全的影響度。3)可利用評價準則。只要庫水位控制在汛限水位動態(tài)控制域上限以下，且加大泄流量后的水庫總泄流滿足下游設(shè)計防洪安全要求，則產(chǎn)流預(yù)報方案可利用。

2.2 應(yīng)用舉例

選擇五大連池紅升水庫次洪總量預(yù)報誤差，分析其對汛限水位動態(tài)控制的影響。

五大連池市紅升水庫距五大連池市25 km?？値烊?16×104 m3，屬山谷型水庫。紅升水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小(Ⅰ)型水庫，按100 a一遇洪水校核。

1)該水庫產(chǎn)流預(yù)報方案模擬預(yù)報合格率為91.7%，達到甲級水平。此用建庫后發(fā)生棄水量級的12次洪水，模擬預(yù)報的絕對誤差期望值為6.5 mm最大正、負誤差值為+9.5～－15 mm，最小正、負誤差值為+0.9～1.4 mm。即表1第②列數(shù)值。產(chǎn)流預(yù)報誤差乘以流域面積得第③列洪水總量誤差值。

2)分析歷次洪水調(diào)度規(guī)律發(fā)現(xiàn)，水庫調(diào)洪最高洪水位最早小現(xiàn)時間是洪峰后的第2時段，所以通過洪水峰后第2時段的退水余量所占次洪比例，求其平均值，即2～14第④列表頭的B=0.579值，作為退水余量預(yù)報誤差占總預(yù)報誤差的比值。以B值乘以第③列的總量預(yù)報誤差得退水余量預(yù)報誤差值，即第④列。

3)根據(jù)本水庫水位——庫容關(guān)系特性，將退水余量預(yù)報誤差值換算為動態(tài)控制域值(68.1～69.0 m)內(nèi)的水位誤差值，1 cm=0.551×106m3，見第⑤列數(shù)值，稱預(yù)報誤差對水庫防洪安全的影響度。

4)分析本流域洪水特點:退水歷時平均為3 d，暴雨間隔最短為1 d，因此計算下次洪水起漲前消除上述影響的1～3 d平均增加的泄流量(指預(yù)報偏小狀況，表⑦～⑨列中的正值)，或計算1～3 d平均減少的泄流量(指預(yù)報偏大狀況，表⑦～⑨列中的負值)。

表1 次洪產(chǎn)流誤差對汛限水位動態(tài)控制的影響分析表

3 洪水退水總量預(yù)報誤差對汛限水位動態(tài)控制的影響分析

3.1 分析的目的與論證的主要問題

鑒于實施汛限水位動態(tài)控制的最適宜時間是在最高水位進入控制域內(nèi)且開始消退至下次暴雨洪水起漲之期間，而此期間正處于洪水的退水期，所以分析洪水退水總量預(yù)報方案的誤差對實施汛限水位動態(tài)控制的影響程度更重要，通常其預(yù)報誤差比次洪總量預(yù)報誤差小，可利用性更高，為此需重點論證洪水退水總量預(yù)報方案對汛限水位動態(tài)控制的影響度，評價方案的可利用性。

3.2 分析分法步驟

1)根據(jù)已認定達到甲級水平的洪水退水預(yù)報方案，統(tǒng)計其誤差特征值，主要包括誤差期望值，最大正、負誤差值，最小正、負誤差值;2)為了控制下次暴雨洪水起漲之前不會超“汛限水位動態(tài)控制域”上限值，一方面需要根據(jù)退水預(yù)報方案使計算決策下泄流量，另一方面需附加計算預(yù)報偏小的誤差對水庫防洪安全的影響度，也可用超汛動態(tài)控制域上限的水位值描述;3)為防洪安全，要求下次洪水起漲前消除上述影響，為此首先需要統(tǒng)計最高水位至下次暴雨洪水起漲的間隔時間，并計算間隔期消除影響(即將超高水位降至控制域上限)所需加大的泄量值。若發(fā)生預(yù)報偏大，則可計算所減少的泄流量值，維持庫水位值在控制域內(nèi);4)可利用評價準則。只要在下次暴雨洪水起漲前庫水位降至汛限水位動態(tài)控制域上限以下，且加大泄流量后的水庫總泄流滿足下游設(shè)計防洪安全要求，則退水預(yù)報方案可利用。

總之，對水庫汛限水位實行動態(tài)控制是從水庫充分發(fā)揮蓄水興利效益出發(fā)，以提高洪水資源化利用程度，提高城市居民、工農(nóng)業(yè)用水保證率的控制方法。但由于水庫汛限水位動態(tài)控制還處在探索階段，其中有許多問題有待于人們?nèi)ブ匦抡J識和研究。

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