中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)在尼爾基水庫(kù)的應(yīng)用

劉 宇，韓銳恒，于 爽

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)(NFFS)是結(jié)合國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)要求和全國(guó)的水文情報(bào)預(yù)報(bào)實(shí)際情況，以地理信息系統(tǒng)為平臺(tái)，采用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)的軟硬件環(huán)境及模塊化、開放性結(jié)構(gòu)，建立了常用的預(yù)報(bào)模型和方法庫(kù)，通過(guò)人機(jī)界面快速地構(gòu)造多種類的預(yù)報(bào)方案，具有人工和自動(dòng)優(yōu)選相結(jié)合的模型率定系統(tǒng)，是通用性強(qiáng)、功能全面、操作簡(jiǎn)便的全國(guó)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)已陸續(xù)推廣至全國(guó)5個(gè)流域機(jī)構(gòu)、16個(gè)省(市、區(qū))水文部門以及224個(gè)地區(qū)分中心，分別建立了流域級(jí)、省級(jí)、地區(qū)級(jí)范圍內(nèi)的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，大大提高了全國(guó)水文情報(bào)預(yù)報(bào)現(xiàn)代化水平,為當(dāng)?shù)氐姆篮闇p災(zāi)做出了貢獻(xiàn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 尼爾基水庫(kù)控制流域簡(jiǎn)介

尼爾基水利樞紐位于嫩江干流中上游，壩址以上控制流域面積66 382 km2，占嫩江流域面積的22.4%。多年平均降水量400～500 mm，降水量主要集中在6—9月，多年平均徑流量104.7億m3(32年系列統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)),占嫩江流域的45.7%。受日照、風(fēng)、植被、氣溫等因素的影響，流域內(nèi)蒸發(fā)量由南向北遞減，年內(nèi)分配極不均勻。4—6月，由于日照增強(qiáng)，升溫快，風(fēng)速加大，濕度小，蒸發(fā)量大，蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的50%以上。

3 系統(tǒng)在尼爾基水庫(kù)預(yù)報(bào)中應(yīng)用的意義

尼爾基水利樞紐是一座以防洪、城鎮(zhèn)生活和工農(nóng)業(yè)供水為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧改善下游航運(yùn)和水生態(tài)環(huán)境，并為松遼流域水資源的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件的大型控制性工程，水庫(kù)調(diào)度工作主要可分為防洪調(diào)度、供水調(diào)度及發(fā)電調(diào)度。其中供水調(diào)度和發(fā)電調(diào)度以旬為調(diào)度時(shí)段，對(duì)水文預(yù)報(bào)遇見期要求較長(zhǎng)（10 d左右），屬于中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)。防洪調(diào)度以水庫(kù)自身安全及下游河道安全流量為調(diào)度目標(biāo)，對(duì)水文預(yù)報(bào)遇見期要求較短（1～3 d），精度要求較高，屬于短期水文預(yù)報(bào)。

目前尼爾基水庫(kù)主要通過(guò)降水徑流相關(guān)法及綜合單位線法開展水庫(kù)水文預(yù)報(bào)工作，為豐富水文預(yù)報(bào)工作方法，利用“中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)”，編制適用于嫩江上游流域的新安江模型預(yù)報(bào)方案，不失為一項(xiàng)有積極意義的工作。

4 預(yù)報(bào)方案的編制

針對(duì)尼爾基水庫(kù)日常調(diào)度工作的需要，滿足發(fā)電及供水調(diào)度的具體要求，利用“中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)”編制以旬為預(yù)見期的中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)方案。

由于尼爾基水庫(kù)成庫(kù)時(shí)間較短，降雨及流量數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，無(wú)法形成完整的率定、檢驗(yàn)周期。受此影響，方案選取2006年至2013年降雨及流量資料進(jìn)行方案率定，并將預(yù)報(bào)方案實(shí)際應(yīng)用于2014年汛期水庫(kù)水文預(yù)報(bào)，對(duì)方案進(jìn)行精度評(píng)定并提出改進(jìn)意見。

尼爾基水庫(kù)中期水文預(yù)報(bào)方案,將尼爾基水庫(kù)壩址以上流域劃分為4個(gè)子流域，包括庫(kù)漠屯、柳家屯、科后以及庫(kù)漠屯～柳家屯～科后～尼爾基水庫(kù)。其中柳家屯河道水位站是嫩江上游左側(cè)最大支流甘河的流域控制站，屬于中央報(bào)汛站，控制流域面積19 665 km2，流域內(nèi)雨量站共15個(gè)?？坪蠛拥浪徽臼悄劢嫌斡覀?cè)最大支流科洛河的流域控制站，屬于省級(jí)重點(diǎn)報(bào)汛站，控制流域面積7 310 km2，流域內(nèi)雨量站共7個(gè)。庫(kù)漠屯河道水位站是嫩江上游主要流域控制站，屬于中央報(bào)汛站，控制流域面積32 229 km2，流域內(nèi)雨量站共23個(gè)。

4.1 參數(shù)率定

模型參數(shù)率定分為2個(gè)階段，第一階段以水量平衡為目標(biāo)，主要率定蒸發(fā)折減系數(shù)K值，第二階段是確定性系數(shù)為目標(biāo)，模擬實(shí)測(cè)洪水工程。模型參數(shù)率定指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 模型參數(shù)率定指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

4.2 檢驗(yàn)及應(yīng)用情況

為保證預(yù)報(bào)成果的連續(xù)性，汛期預(yù)報(bào)工作，預(yù)熱期均起始于5月1日，截至8月5日，2014年場(chǎng)次洪水預(yù)報(bào)特征值統(tǒng)計(jì)值見表2。

表2 2014年場(chǎng)次洪水預(yù)報(bào)特征值統(tǒng)計(jì)值

2014年5月1 日至8月5日流域各站具體預(yù)報(bào)成果，見圖1。

圖1 流域各站具體預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)成果

4.3 誤差分析

由于嫩江流域緯度較高，全年有近一半的時(shí)間是冬季，氣候嚴(yán)寒，年平均氣溫由上游向下游、自山區(qū)向平原遞增。流域終霜期在5月中旬到6月下旬，流域凍土開始融化在3月下旬到4月上旬，完全融化在7月下旬至8月上旬，以上現(xiàn)象各地發(fā)生時(shí)間不一致，上游晚于下游，山區(qū)晚于平原。

受霜凍及凍土影響，流域春季降雨產(chǎn)流呈現(xiàn)產(chǎn)流系數(shù)大，匯流時(shí)間短，洪峰流量大的特點(diǎn)。尤其是庫(kù)漠屯控制區(qū)域，地處嫩江流域最北端，此現(xiàn)象更為明顯。受此影響，庫(kù)漠屯流域預(yù)報(bào)成果誤差評(píng)定時(shí)段，選取6月下旬至預(yù)報(bào)結(jié)束。

5 分析評(píng)價(jià)

分析圖1和表1，2及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論。

5.1 庫(kù)漠屯流域

1）非凍土期間，洪水總量預(yù)報(bào)精度高。6月20日至8月5日，預(yù)報(bào)洪水總量7.4億m3，實(shí)測(cè)洪水總量7.27億m3，預(yù)報(bào)相對(duì)誤差1.8%，方案產(chǎn)流結(jié)果符合流域?qū)嶋H情況。

2）洪峰流量預(yù)報(bào)精度合格。模型檢驗(yàn)評(píng)定期間，流域內(nèi)共出現(xiàn)2次較大洪峰，平均洪峰流量預(yù)報(bào)誤差為9.75%，最大預(yù)報(bào)誤差11.26%，最小預(yù)報(bào)誤差8.23%，預(yù)報(bào)結(jié)果均合格。

3）峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)精度較高，2次峰現(xiàn)時(shí)間平均預(yù)報(bào)誤差為0.5 d，預(yù)報(bào)結(jié)果均合格。

5.2 柳家屯流域

1）洪水總量預(yù)報(bào)精度高。5月5日至8月5日，預(yù)報(bào)洪水總量15.18億m3，實(shí)測(cè)洪水總量15.27億m3，預(yù)報(bào)相對(duì)誤差0.6%，方案產(chǎn)流結(jié)果符合流域?qū)嶋H情況。

2）洪峰流量預(yù)報(bào)精度高。預(yù)報(bào)過(guò)程中共出現(xiàn)4次較大洪峰，平均洪峰流量預(yù)報(bào)誤差為2.9%，最大預(yù)報(bào)誤差5.49%，最小預(yù)報(bào)誤差0.65%，預(yù)報(bào)結(jié)果均合格。

3）峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)精度較高，4次峰現(xiàn)時(shí)間平均預(yù)報(bào)誤差為0.75 d，預(yù)報(bào)結(jié)果均合格。

5.3 科后流域

1）洪水總量預(yù)報(bào)精度高。5月1日至8月5日，預(yù)報(bào)洪水總量5.71億m3，實(shí)測(cè)洪水總量5.84億m3，預(yù)報(bào)相對(duì)誤差2.2%。

2）洪峰流量預(yù)報(bào)精度高。預(yù)報(bào)過(guò)程中共出現(xiàn)4次較大洪峰，平均洪峰流量預(yù)報(bào)誤差為2.3%。

3）峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)精度一般，后期出現(xiàn)預(yù)報(bào)不合格現(xiàn)象。

針對(duì)峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)精度不高的現(xiàn)象，對(duì)場(chǎng)次洪水相應(yīng)降水情況進(jìn)行了細(xì)致分析。其中0531次、0710次洪水相應(yīng)降水分布均勻，屬于全流域型降水過(guò)程。0727次、0804次洪水相應(yīng)降雨分布靠近流域上游，導(dǎo)致洪水匯流時(shí)間長(zhǎng)，峰現(xiàn)時(shí)間晚。針對(duì)7月20日之后，場(chǎng)次降水分布主要分布在流域上游的特點(diǎn)，改進(jìn)預(yù)報(bào)作業(yè)方式。由于預(yù)報(bào)軟件整個(gè)時(shí)段使用一套參數(shù)，無(wú)法針對(duì)不同場(chǎng)次降雨進(jìn)行人工修正，因此計(jì)劃利用excel電子表格編寫新安江模型（調(diào)試中）。

6 結(jié) 語(yǔ)

在尼爾基水庫(kù)水文資料有限的條件下，編制合理、有效的新安江模型應(yīng)用方案，充實(shí)了尼爾基水庫(kù)水文預(yù)報(bào)方法，達(dá)到了預(yù)期目的。通過(guò)對(duì)“中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)”的應(yīng)用與實(shí)踐，進(jìn)一步證實(shí)新安江模型在濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū)的有效性。應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問題，均可作為后續(xù)研究的課題。

［1］水利部水文局.中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)報(bào)告和操作手冊(cè)［M］.

［2］周紹飛，胡寶軍，裴敬霞.黑龍江省凍土的時(shí)空分布.黑龍江水利科技［J］.2009，37：16—17.