鳳灘水庫(kù)降雨預(yù)報(bào)精度分析及應(yīng)用研究

喬雪苞，周蓉秀

(湖南省鳳灘水力發(fā)電廠，湖南沅陵419621)

1 基本情況

鳳灘水庫(kù)位于位于沅水主要支流酉水的下游，距河口48 km，集水面積17 500 km2，占酉水全流域面積的94.4%。水庫(kù)庫(kù)區(qū)多年平均降雨量為1 414 mm，多年平均徑流量為159億m3。流域內(nèi)洪水均由降雨形成。4－9月為汛期，年最大洪水多出現(xiàn)在6－8月，以6－7月最多。洪水地區(qū)來(lái)源有流域性大洪水，有中下游洪水。由于流域多高山峻嶺，河谷深窄，洪水集流迅速，峰高量大。洪水歷時(shí)一般為3－5天，多峰過(guò)程歷時(shí)可達(dá)10天。一次洪量一般在10億m3，雙峰或多峰過(guò)程洪量可達(dá)30～50億m3。

鳳灘水庫(kù)總庫(kù)容17.33億 m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容10.6億 m3，防洪庫(kù)容為2.77億m3，庫(kù)容系數(shù)0.067，屬季調(diào)節(jié)水庫(kù)。是一個(gè)以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益的水電站。電廠總裝機(jī)容量達(dá)815.0 MW，有發(fā)電機(jī)組6臺(tái)。

鳳灘水庫(kù)庫(kù)區(qū)是沅水流域的主要暴雨區(qū)，暴雨主要為鋒面暴雨，其次為熱雷雨。水庫(kù)調(diào)度對(duì)天氣預(yù)報(bào)成果的依賴性較大，每年都要與自治州氣象臺(tái)、省氣象臺(tái)、中央氣象臺(tái)簽訂氣象技術(shù)服務(wù)協(xié)議。隨著氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品的增多和數(shù)值預(yù)報(bào)質(zhì)量的提高，開(kāi)展水庫(kù)流域降雨預(yù)報(bào)精度分析和應(yīng)用研究顯得很重要。

2 天氣預(yù)報(bào)精度分析

2.1 降雨量預(yù)報(bào)精度分析

經(jīng)對(duì)天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化后，再用傳統(tǒng)的方法，按照無(wú)雨或小雨、中雨、大雨、暴雨四個(gè)等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)流域2003年至2010年(4－10月)降雨預(yù)報(bào)資料按短期、中期來(lái)分別進(jìn)行降雨預(yù)報(bào)精度分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 天氣預(yù)報(bào)降雨量精度統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)上述分析可得出:

(1)小雨、中雨、大雨短期和中期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率都差不多;暴雨預(yù)報(bào)相差較大。

(2)小雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率次之，中雨與大雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率低。

(3)暴雨短期準(zhǔn)確率為70%，高于暴雨中期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率26.7%。

(4)大暴雨及以上量級(jí)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均為零。

2.2 降雨過(guò)程預(yù)報(bào)精度分析

2.2.1 大雨及以上降雨過(guò)程精度

水庫(kù)調(diào)度對(duì)象是流域下墊面時(shí)段總降雨產(chǎn)水量，其關(guān)鍵是過(guò)程降雨預(yù)報(bào)精度的高低。目前中央氣象臺(tái)發(fā)布精度較高的天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要分兩類:過(guò)程降雨預(yù)報(bào)及未來(lái)一周逐日滾動(dòng)預(yù)報(bào)。上述預(yù)報(bào)均配有色斑圖，可直觀了解降雨過(guò)程的信息，并據(jù)此適時(shí)分析未來(lái)流域的降雨趨勢(shì)及可能的降雨量級(jí)，從而指導(dǎo)水庫(kù)運(yùn)用。

本次收集了大雨及以上量級(jí)降雨過(guò)程預(yù)報(bào)共31次，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)如下表2。

表2 天氣預(yù)報(bào)降雨過(guò)程精度統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 過(guò)程預(yù)報(bào)其預(yù)報(bào)時(shí)段精度

從3－7天的中期預(yù)報(bào)資料分析后發(fā)現(xiàn)，在所提供的預(yù)報(bào)時(shí)段上存在著一定的規(guī)律性:降雨預(yù)報(bào)的精度較高的是提前5天預(yù)報(bào)和提前4天預(yù)報(bào)，其精度均在70%以上;提前1天的預(yù)報(bào)和提前6天的預(yù)報(bào)精度較低，精度在20%左右。

2.2.3 預(yù)報(bào)時(shí)段降雨量級(jí)偏差可能性

在大雨和暴雨預(yù)報(bào)中會(huì)出現(xiàn)量級(jí)預(yù)報(bào)上的偏差:

⑴大雨預(yù)報(bào)中出現(xiàn)暴雨的可能性在25%，出現(xiàn)空?qǐng)?bào)的可能性為31%，預(yù)報(bào)為大雨而出現(xiàn)大暴雨的可能性不大;

⑵在暴雨預(yù)報(bào)中出現(xiàn)大雨的可能性為30%，出現(xiàn)空?qǐng)?bào)的可能性為10%，預(yù)報(bào)暴雨而出現(xiàn)大暴雨的可能性很小;

⑶在大暴雨預(yù)報(bào)中出現(xiàn)暴雨可能性為20%，出現(xiàn)大雨的可能性為40%，出現(xiàn)空?qǐng)?bào)的可能性不大。

3 流域?qū)搅髡{(diào)節(jié)能力分析

鳳灘水電站有發(fā)電機(jī)組6臺(tái)，其總裝機(jī)容量815 MW，機(jī)組滿時(shí)發(fā)電流量最大為1 300 m3/s，日發(fā)電耗水量可達(dá)1.12億m3。過(guò)程降雨水庫(kù)調(diào)節(jié)能力分析如下表3。

表3 不同過(guò)程降雨水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力

風(fēng)灘水庫(kù)對(duì)于中雨降雨過(guò)程，即便水位較高或降雨集中，均可以在3天以內(nèi)把來(lái)水消掉;對(duì)是大雨過(guò)程需要3－4天，暴雨需要4天以上。鳳灘上游有碗米破電站、石堤電站、酉酬電站，在汛期的調(diào)節(jié)庫(kù)容一般在2.2億左右，據(jù)此按照滿發(fā)的要求推斷，3.28～5.25 億 m3的水量在流域全飽和時(shí)需要 2.92 －4.68天耗盡，但至少需要1－3天，這剛好是一個(gè)洪水過(guò)程的周期。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，則起調(diào)水位宜控制在191.3 m是不用棄水的，并且5天之內(nèi)將水量用完。以此類推，在防汛限制水位198.5 m附近，則需要預(yù)騰2.48億m3的庫(kù)容，按基流300m3/s來(lái)算，則需要提前3.2天騰空，所以只要提前3天的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，或者對(duì)連續(xù)的1－7天預(yù)報(bào)結(jié)果分析判斷準(zhǔn)確的話，可實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)調(diào)度。

由以上計(jì)算可知，大雨及大雨以上的降雨過(guò)程才能夠較好的實(shí)現(xiàn)預(yù)泄、騰空庫(kù)容，更好地重復(fù)利用防洪庫(kù)容興利，否則就會(huì)造成較大的棄水，既浪費(fèi)了水資源，也增大了防汛壓力。

4 天氣預(yù)報(bào)精度研究成果的應(yīng)用策略

利用多年積累的資料，通過(guò)預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)降雨的統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)流域自身和水庫(kù)的調(diào)節(jié)徑流能力，探索運(yùn)用降雨預(yù)報(bào)進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度。

4.1 應(yīng)用策略

(1)無(wú)雨或小雨預(yù)報(bào)中掌握實(shí)際降雨開(kāi)始時(shí)間

無(wú)雨或小雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高，為適時(shí)掌握流域主汛期的降雨間歇期，對(duì)水庫(kù)的預(yù)先騰空和雨后的適時(shí)攔蓄及合理控制水位的時(shí)機(jī)選擇有益。

(2)中雨、大雨降雨預(yù)報(bào)中掌握準(zhǔn)確性

中雨、大雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性相對(duì)較低，應(yīng)用卻最為關(guān)鍵。運(yùn)用不當(dāng)或判斷不準(zhǔn)就會(huì)喪失水頭效益，或?qū)е律a(chǎn)的被動(dòng)甚至設(shè)備的無(wú)益消耗。中雨調(diào)度以實(shí)際降雨徑流為依據(jù);大雨調(diào)度需考慮提前4天過(guò)程降雨預(yù)報(bào)，在預(yù)報(bào)期適度調(diào)控。

(3)大到暴雨預(yù)報(bào)中掌握降雨預(yù)報(bào)過(guò)程

大到暴雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用是鳳灘水庫(kù)調(diào)度的關(guān)鍵。鳳灘流域暴雨特點(diǎn)是持續(xù)歷時(shí)一般為2天左右，洪水歷時(shí)一般為3－5天，多峰過(guò)程歷時(shí)最多可達(dá)10天。當(dāng)出現(xiàn)暴雨量級(jí)的降雨時(shí)，要想減少防汛壓力就要適時(shí)控制庫(kù)水位，盡可能的騰空庫(kù)容和調(diào)節(jié)洪水。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

2013年9月下旬，鳳灘流域由于受到臺(tái)風(fēng)“天兔”的影響，根據(jù)中央氣象臺(tái)22日發(fā)布的預(yù)報(bào)信息，利用以上研究的成果分析判斷流域可能降雨過(guò)程如下表4。

表4 綜合分析預(yù)報(bào)降雨和實(shí)際對(duì)照表

本次預(yù)報(bào)從22日開(kāi)始，一日(22日)預(yù)報(bào)無(wú)雨，實(shí)際無(wú)雨;二日(23日)預(yù)報(bào)大雨，實(shí)際大雨;三日(24日)預(yù)報(bào)大雨，實(shí)際暴雨;四日(25日)預(yù)報(bào)小雨，實(shí)際小雨;五日(26日)預(yù)報(bào)小雨，實(shí)際無(wú)雨。從過(guò)程預(yù)報(bào)上看，數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。預(yù)報(bào)降雨量比流域?qū)崪y(cè)降雨量偏小15.22 mm，預(yù)報(bào)精度達(dá)87.2%。過(guò)程預(yù)報(bào)提前天數(shù)和上邊研究的結(jié)果相吻合。

“20130926”洪水，為鳳灘流域本年度最后一次洪水過(guò)程，總降雨量 118.6 mm，總徑流量 5.176 億 m3，徑流系數(shù)0.25。洪水過(guò)程起調(diào)水位195.55m，較正常蓄水位低5.47 m，騰空庫(kù)容2.38億m3。洪峰流量為3 664 m3/s，削峰率42.3%，遲滯洪峰時(shí)間21小時(shí)，減少了下游洪災(zāi)損失，創(chuàng)造了一定的社會(huì)效益。洪末最高蓄水位204.93 m，較正常高水位低0.07 m(正常高水位205.0 m)，由于洪水入庫(kù)前騰空及時(shí)，水量利用率達(dá)99.1%，折合發(fā)電量0.995億kWh，其中運(yùn)用該研究成果增發(fā)的電量為0.457 8億kWh，僅此一項(xiàng)相當(dāng)于少消耗1.602 3萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤及減少向大氣排放二氧化硫、氮氧化合物25.43萬(wàn)多kg。

5 結(jié)語(yǔ)

目前利用價(jià)值較大的預(yù)報(bào)產(chǎn)品有:暴雨和大暴雨提前5天預(yù)報(bào)，大雨提前4天預(yù)報(bào)，小雨(含無(wú)雨)的10天以內(nèi)的任何周期預(yù)報(bào)三種，其中大暴雨、暴雨預(yù)報(bào)的精度較高，大雨預(yù)報(bào)的精度一般，中雨預(yù)報(bào)的精度較差。

5.1 降雨過(guò)程預(yù)報(bào)的應(yīng)用對(duì)策

(1)暴雨、大暴雨以提前5天的預(yù)報(bào)降雨過(guò)程為調(diào)度決策依據(jù)。

(2)大雨以提前4天的預(yù)報(bào)降雨過(guò)程為調(diào)度決策依據(jù)。

(3)中雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度不高，對(duì)水庫(kù)調(diào)度影響不大，調(diào)度中以實(shí)際降雨為調(diào)度依據(jù)。

(4)遇到空?qǐng)?bào)、漏報(bào)或前后擺動(dòng)時(shí)，以小雨(無(wú)雨)進(jìn)行調(diào)度修正。

5.2 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的應(yīng)用策略

(1)洪前預(yù)泄，利用準(zhǔn)確的降雨過(guò)程預(yù)報(bào)成果，加大出力，消落水位，騰空庫(kù)容。

(2)洪中調(diào)蓄，重復(fù)利用防洪庫(kù)容，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰和滯洪。

(3)洪尾超蓄，洪峰過(guò)后，適時(shí)攔蓄洪尾，有效利用防洪庫(kù)容多發(fā)電。

［1］曹希堯，李俠，彭才德，等.湖南省大型水庫(kù)防洪調(diào)度研究.中國(guó)電力出版社，2002.7.

［2］劉建平，潘志祥，等.湖南省大型水電廠專業(yè)天氣方法研究.北京.氣象出版社，200.11.

［3］葉澤綱.利用氣象衛(wèi)星云圖進(jìn)行洪水預(yù)警探討.中南水力發(fā)電，1999.1.