流域有眾多小水電站的錦江水庫降雨徑流預報

譚正強

(廣東仁化縣錦江電力開發(fā)總公司，廣東 仁化 512300)

?

流域有眾多小水電站的錦江水庫降雨徑流預報

譚正強

(廣東仁化縣錦江電力開發(fā)總公司，廣東 仁化 512300)

根據(jù)降雨徑流相關(guān)原理，結(jié)合錦江水庫流域地理環(huán)境、水文、氣象、上游小型水電站眾多特點，將該流域劃分為8個單元區(qū)，并在各單元區(qū)建立一個虛擬水庫，代替眾多小水電站調(diào)節(jié)水量的水庫降雨徑流預報模型，應(yīng)用于錦江水庫水文預報系統(tǒng)。2008年至今共6年的入庫流量短期預報實踐證明，該模型預報精度高 ，在水庫防洪發(fā)電、水庫調(diào)度應(yīng)用中效果優(yōu)良。

入庫流量；預報模型；降雨徑流；虛擬水庫。

仁化縣錦江水庫位于廣東省北部，為大(2)型水庫，總庫容為1.89億m3，壩址上游集雨面積為1 410 km2，有塘村、城口、扶溪支流匯入水庫，多年平均降雨量為1 660 mm，多年平均流量為39.9 m3/s。而流域降雨季節(jié)明顯、降雨徑流入庫時間短，建立一個入庫流量預報精度高、可操作性強的降雨徑流預報模型對水庫防洪發(fā)電調(diào)度意義重大。

其中，計算水庫流域200多座小水電站的調(diào)節(jié)水量是水庫降雨徑流預報模型重要環(huán)節(jié),本文重點論述錦江水庫流域眾多小水電站調(diào)節(jié)水量計算的簡化處理方法。

1 建立入庫流量預報模型

錦江水庫入庫流量預報分為降雨徑流和匯流入庫兩部分建立預報模型。降雨徑流預報模型選擇新安江三水源模型[1]，為了計算流域眾多小水電站的調(diào)節(jié)水量，匯流部分在各單元區(qū)增加一個虛擬水庫代替各單元區(qū)眾多的小水電站。利用歷史水文氣象觀測數(shù)據(jù)等資料率定模型相關(guān)參數(shù)[2-4]，根據(jù)降雨徑流預報模型計算步驟，構(gòu)建計算機處理的降雨徑流預報應(yīng)用軟件。模型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 流域各單元虛擬水庫參數(shù)

錦江水庫上游流域有二百多座小水電站，單元設(shè)虛擬水庫規(guī)則為當單元內(nèi)小水電站多且單站可調(diào)蓄庫容小時設(shè)虛擬水庫；當單元內(nèi)有年調(diào)節(jié)水庫或較大庫容的水庫、庫容集雨面積比特大時不設(shè)虛擬水庫，單元劃分時可考慮增設(shè)單元，或按水庫設(shè)計調(diào)度規(guī)則，

圖1 錦江水庫降雨徑流相關(guān)模型計算步驟示意

把預報入流計算為水庫出流，演算至單元出口；當單元內(nèi)小水電站少或庫容集雨面積比特小時不設(shè)虛擬水庫，忽略水庫調(diào)節(jié)功能。如高坪單元徑流經(jīng)高坪水庫調(diào)蓄后絕大部份通過引水渠引出錦江水庫流域外的高坪灌區(qū)，只有發(fā)生特大洪水或特殊情況才流入錦江水庫，為簡化計算程序，高坪單元出口流量采用高坪水庫的實測出庫流量。

小水電站庫容及發(fā)電流量大小不等，各山塘水庫與河網(wǎng)之間連接形式有串聯(lián)有并聯(lián)，把各單元眾多的山塘水庫虛擬為一個水庫，其參數(shù)率定是計算水庫虛擬調(diào)節(jié)流量精度關(guān)鍵。本模型通過實際調(diào)查統(tǒng)計初步設(shè)定虛擬水庫的各參數(shù)，然后用計算機程序優(yōu)選。流域各單元虛擬水庫參數(shù)見表1。

表1 流域各單元虛擬水庫參數(shù)

3 虛擬水庫出庫流量和單元出口斷面流量計算

虛擬水庫出庫流量

Qv2t=Qvpt+Qvdt

(1)

式中Qvdt為t時段虛擬水庫大壩溢洪流量, 按堰流公式計算；Qvpt為t時段虛擬水庫發(fā)電流量。

式(1)中t時段虛擬水庫發(fā)電流量Qvpt計算分以下兩種情況：

當庫存水量加入庫水量大于發(fā)電水量時：

Qvpt=Qvpm

(2)

式中Qvpm為虛擬水庫額定發(fā)電流量， 當庫存水量加入庫水量小于或等于發(fā)電水量時：

(3)

式中Vvt為t時段虛擬水庫庫容；Qv1t為t時段虛擬水庫入庫流量。

Qv1t=Qit×Kv

(4)

式中Qit為t時段單元總徑流;Kv為虛擬水庫入庫流量系數(shù)。

單元出口斷面流量：

Qist=(Qi×(1-Kv))+Qv2t

(5)

其中Qit×(1-Kv)為單元總徑流直接流入單元出口斷面的流量。

4 預報模型有虛擬水庫和無虛擬水庫的預報精度比較

在預報模型各單元出口加入一個虛擬水庫代替眾多小水電站調(diào)節(jié)水量可以較大地提高預報的精度，其中：錦江水庫汛期日均入庫流量預報過程確定性系數(shù)DC可提高0.018、洪峰流量相對誤差減少2.9%、洪水量相對誤差減少1.08%、洪水預報過程確定性系數(shù)DC可提高0.068。精度對比詳見表2～5。

表2 精度對比匯總

表3 汛期日均入庫流量預報確定性系數(shù)DC比較

表4 洪峰流量預報比較

表5 洪水預報過程確定性系數(shù)DC比較

5 模型預報精度評定

水文預報系統(tǒng)從2006年開始建立至2010年雨量觀測點布局基本定型，預報系統(tǒng)各參數(shù)已率定，用從2006年至2014年實測和預測徑流數(shù)據(jù)和18次洪水資料作為精度檢驗，本降雨徑流預報模型綜合評定為乙等。精度評定見表6所示。

表6 降雨徑流預報模型預報數(shù)據(jù)精度評定

6 結(jié)語

錦江水庫降雨徑流預報模型采用新安江三水源模型為基礎(chǔ)，在各單元區(qū)建立一個虛擬水庫代替眾多小水電站調(diào)節(jié)水量的方法建立模型。用虛擬水庫代替眾多小水電站后，能較大地提高降雨徑流預報精度，特別是洪峰流量和洪水預報過程確定性系數(shù)DC預報精度有顯著提高。該模型應(yīng)用于錦江水庫水文自動測報和調(diào)度系統(tǒng)，經(jīng)過8年實測與預測徑流量和18次洪水的實測與預測數(shù)據(jù)進行精度檢驗，精度評定證明其降雨徑流預報精度較高，在水庫防洪發(fā)電調(diào)度發(fā)揮了重要作用。

[1] 趙人?。饔蛩哪M——新安江模型與陜北模型[M]．北京：水利電力出版社，1984．

[2] 長江水利委員會主編．水文預報方法(第二版)[M]．北京：水利電力出版社，1993．

[3] 漸江水利水電?？茖W校，長春水利電力高等?？茖W校．水力學[M]．北京：水利水電出版社，1991．

[4] 黃鋒華，黃本勝，劉達，等．新安江模型在石馬河降雨徑流模擬計算中的應(yīng)用[J]．廣東水利水電，2014(2)：33-37.

(本文責任編輯 馬克俊)

Rainfall runoff forecasting of Jinjiang reservoir with many small hydropower stations in the basin

Tan Zhangjiang

(Guangdong Renhua county of Jinjiang Electric Power Development Corporation, Guangdong Renhua 512300)

according to the relevant principles of rainfall runoff, combined with Jinjiang reservoir basin geographical environment, hydrology, meteorology, the upper reaches of the small hydropower station many features, the basin is divided into 8 units, and the establishment of a virtual reservoir in every unit area, instead of a number of small hydropower station to adjust the amount of water in the reservoir and the rainfall runoff forecasting model and application in Jinjiang reservoir hydrological forecasting system. The short term forecast of inflow from the year 2008 to the present 6 years has proved that the model has high precision and good effect in the application of flood control and power generation and reservoir operation.

storage flow; forecast model; rainfall runoff; virtual reservoir.

2015-10-30;

2016-04-20

譚正強(1961)，男，助理工程師，從事水庫水文工作。

TV121+.1

B

1008-0112(2016)03-0037-04