降雨產(chǎn)流水情分析模板建立與運(yùn)用

馮 偉

（五凌電力公司近尾洲水電廠 衡陽市 421127）

1 電廠控制流域基本情況概述

圖1 壩址流域水情測報(bào)分布圖

近尾洲水電廠處于衡陽市境內(nèi)湘江干流，上游主要支流有：瀟水河、蘆洪江、祁水、白水。流域年降水量一般在1 500mm左右，主要集中在4~6月，約占流域全年降水量的40%~45%。洪水由暴雨形成，洪水的時(shí)空分布與流域降水相應(yīng)。壩址上游控制流域面積28 600 km2，占湘江全流域面積的30.2%，多年平均流量752m3/s，年徑流量237億m3；正常蓄水位66m，死水位65.1m，正常蓄水庫容1.543億m3，屬日調(diào)節(jié)水庫。

電廠配置一套水情測報(bào)系統(tǒng)，水情測報(bào)系統(tǒng)由1個(gè)中心站、2個(gè)中繼站、6個(gè)雨量站、8個(gè)水位雨量站、2個(gè)水位站組成，全部采用超短波通信。遙測站發(fā)送水文數(shù)據(jù)的方式為自報(bào)式，即遙測站設(shè)備按照設(shè)置規(guī)定的時(shí)間間隔，或在被測的水文參數(shù)發(fā)生一個(gè)規(guī)定的增量時(shí)，自動向中心站發(fā)送水文數(shù)據(jù)，中心站設(shè)備始終處于等待接收工作狀態(tài)，見圖1和圖2。

2 水情測報(bào)系統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)模塊存在的問題

圖2 系統(tǒng)測站通信網(wǎng)絡(luò)示意圖

水情測報(bào)系統(tǒng)具備洪水預(yù)報(bào)功能，但由于近年來上游老埠頭、金洞及歸陽水文站等由于水電設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致水位流量關(guān)系曲線變化，且流域水位雨量站分布點(diǎn)相對較少，洪水預(yù)報(bào)偏差率超過50%以上，所以該模塊在電廠水情預(yù)報(bào)中未使用。

3 建立水情分析模塊基本要素

3.1 降雨分析

每次流域降雨后，統(tǒng)計(jì)每個(gè)站點(diǎn)的降雨量，將其匯成降雨過程曲線，針對流域降雨分布特點(diǎn)和降雨趨勢，給分析區(qū)間產(chǎn)流提供一個(gè)數(shù)據(jù)參考，為計(jì)算流域降雨平均產(chǎn)流值提供數(shù)據(jù)，建立“降雨量數(shù)據(jù)庫及降雨量曲線圖”，見圖3。

圖3 降雨量數(shù)據(jù)庫及降雨量曲線圖

流域平均降雨量的計(jì)算是按照算術(shù)平均法：將流域內(nèi)各雨量站的雨量算術(shù)平均,即得流域平均雨量.此法適用于流域內(nèi)地形變化不大,雨量站分布比較均勻。 P=（P1+P2+P3+……+P n）/n。

3.2 產(chǎn)流分析

分別統(tǒng)計(jì)流域各流量站的數(shù)據(jù)，將其匯成流量過程曲線，查看流域流量變化趨勢，結(jié)合雨量過程曲線分析區(qū)間產(chǎn)流時(shí)間，計(jì)算降雨平均產(chǎn)流值，摸索流域流量漲、退規(guī)律，建立“流量數(shù)據(jù)庫及流量曲線圖”，見圖 4。

圖4 流量數(shù)據(jù)庫及流量曲線圖

流域降雨產(chǎn)流的實(shí)際結(jié)果為降雨后最大入庫流量與降雨前入庫流量之間差值。

3.3 流量傳播時(shí)間分析

河道內(nèi)河水流量的大小不同，其傳播時(shí)間也不同，掌握流量傳播時(shí)間是對預(yù)測未來入庫流量的準(zhǔn)確率起到至關(guān)重要的步驟。

流量傳播時(shí)間是通過確定上游水文站流量值到達(dá)下一個(gè)水文站所耗的時(shí)間即稱為這兩個(gè)水文站之間的流量傳播時(shí)間。根據(jù)近尾洲水電廠流量傳播時(shí)間趨勢分析，當(dāng)流量越小，流量傳播時(shí)間越慢。見表1。

表1 流量傳播時(shí)間參考表 h

4 水情分析標(biāo)準(zhǔn)模板編制過程

水情數(shù)據(jù)收集是一個(gè)長期的過程，每次降雨過程我們可以得到一個(gè)降雨模型，將歷年降雨產(chǎn)流的時(shí)段參數(shù)匯總，建立科學(xué)的水情分析標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，為水情分析人員提供一個(gè)有價(jià)值的降雨后水情分析參考平臺。具體實(shí)施步驟如下：

第一步：將水情測報(bào)系統(tǒng)中的雨量按時(shí)段雨量方式進(jìn)行數(shù)據(jù)下載 （降雨前至產(chǎn)流結(jié)束期間的數(shù)據(jù)），建立壩址在各基流情況下的“降雨量數(shù)據(jù)庫”。見表2。

表2 降雨量數(shù)據(jù)庫

第二步：將“降雨量數(shù)據(jù)庫”，建立壩址在各基流下情況的“降雨量數(shù)據(jù)庫及降雨量曲線圖”。見圖3。

第三步：將水情測報(bào)系統(tǒng)中的流量按時(shí)段流量方式進(jìn)行數(shù)據(jù)下載（洪漲日至洪退日），建立壩址在各基流情況下的“降雨產(chǎn)流傳播數(shù)據(jù)庫”。見表3。

表3 降雨流產(chǎn)傳播數(shù)據(jù)庫

第四步：將“降雨產(chǎn)流傳播數(shù)據(jù)庫”，建立壩址在各基流情況下的“流量數(shù)據(jù)庫及流量曲線圖”。見圖4。

第五步：通過上述的“降雨量數(shù)據(jù)庫及降雨量曲線圖”及“流量數(shù)據(jù)庫及流量曲線圖”開展數(shù)據(jù)比照分析，建立壩址在當(dāng)時(shí)基流情況下的“降雨流域基本情況”模板。見表4。

表4 降雨流域基本情況

5 水情分析經(jīng)驗(yàn)公式在模型中的運(yùn)用

根據(jù)近尾洲多年降雨產(chǎn)流數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出吸收系數(shù)、疊加系數(shù)及產(chǎn)流系數(shù)值，該系數(shù)在不同土壤含水及入庫流量下發(fā)生變化。

我們知道，流域降雨后的最大入庫流量應(yīng)為降雨前基流與降雨產(chǎn)流之和，即：

在基流數(shù)值相對穩(wěn)定的情況下，我們主要分析降雨后產(chǎn)流量的大小，經(jīng)多年研究表明，流域產(chǎn)流與吸收系數(shù)、疊加系數(shù)及產(chǎn)流系數(shù)值密切相關(guān)，得出經(jīng)驗(yàn)公式為：

式（1）與式（2）組合即得到水情模型計(jì)算式（3）：

各系數(shù)在實(shí)際土壤含水情況下運(yùn)用見表5。

表5 各系數(shù)的實(shí)際運(yùn)用

近尾洲水電廠經(jīng)對降雨產(chǎn)流后流量變化分析與計(jì)算，得出表6。

表6 水情測報(bào)產(chǎn)流應(yīng)用表

6 水情分析模板建立存在的主要問題

（1）影響“水情分析模板”中的重點(diǎn)在于流域降雨產(chǎn)流后的疊加系數(shù)參考問題，雖然在“水情分析經(jīng)驗(yàn)公式”中已經(jīng)分析得出一個(gè)初步結(jié)論，對負(fù)荷預(yù)報(bào)有一定的幫助，但是由于流域地質(zhì)與降雨的規(guī)律性不強(qiáng)，可能造成經(jīng)驗(yàn)結(jié)論值的偏差。

（2）流量預(yù)報(bào)仍然受到上游電站的調(diào)峰攔截和水情測報(bào)系統(tǒng)中水文站站點(diǎn)的限制及其臺風(fēng)的影響，造成提煉的部分?jǐn)?shù)據(jù)采集失真。從而造成雨量數(shù)據(jù)采集失真偏小，各站雨量產(chǎn)流值、區(qū)域雨量產(chǎn)流值的數(shù)據(jù)分析偏大。

（3）“流量傳播時(shí)間參考表”在各流量情況下，傳播時(shí)間需要不斷修改及其完善。

7 水情分析模板的實(shí)際運(yùn)用

（1）水情分析模板的運(yùn)用應(yīng)結(jié)合水情分析人員流量預(yù)測競賽與水情研討的方式，提高水情分析能力。

（2）組織水庫水情分析研討會，加強(qiáng)對歷史水情資料的收集和分析，參考?xì)v史相似水情數(shù)據(jù)，與實(shí)際情況進(jìn)行分析比較。對每次洪峰過境進(jìn)行全面分析和總結(jié)，吸取在水情分析和預(yù)測工作的不足，分析原因，提出改進(jìn)措施，提高水情分析和負(fù)荷預(yù)報(bào)能力。

（3）當(dāng)12 h降雨量大于20mm或24 h降雨量大于30mm時(shí)，則可啟動《水情分析模板》進(jìn)行產(chǎn)流預(yù)測競賽。

（4）預(yù)測方法：水情預(yù)測人員在每次降雨滿足競賽條件后統(tǒng)一集中對產(chǎn)流情況進(jìn)行一次48 h流量預(yù)測，預(yù)測項(xiàng)目主要包括：預(yù)測最大流量、預(yù)測洪峰時(shí)間，洪水過后根據(jù)分析準(zhǔn)確率情況進(jìn)行評比。

（5）流量準(zhǔn)確率計(jì)算方式：（1-預(yù)測偏差絕對值/實(shí)際最大流量）×100

（6）洪峰時(shí)間準(zhǔn)確率計(jì)算方式：（1-預(yù)測偏差絕對值小時(shí)數(shù)/實(shí)際小時(shí)數(shù)）×100

（7）平均準(zhǔn)確率：流量與時(shí)間準(zhǔn)確率之和/2。

8 結(jié) 語

水情數(shù)據(jù)收集是一個(gè)長期的過程，每次降雨過程我們可以得到一個(gè)降雨模型。近尾洲水電廠經(jīng)過5年的收集與完善，建立了59個(gè)水情分析模型，為水情分析人員提供了一個(gè)有價(jià)值的降雨后水情分析參考平臺。據(jù)統(tǒng)計(jì)電廠年度負(fù)荷預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率呈逐年提高的趨勢，2010年為93.73%，2011年為93.91%，2012年為94.79%。總之，通過降雨產(chǎn)流經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為水情分析人員提供依據(jù)，最終提高負(fù)荷預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。