考慮GFS短期降雨預報信息的實時防洪預報調(diào)度研究

白 鵬

(遼寧潤中供水有限責任公司， 遼寧 沈陽 110166)

考慮GFS短期降雨預報信息的實時防洪預報調(diào)度研究

白 鵬

(遼寧潤中供水有限責任公司， 遼寧 沈陽 110166)

本文以英那河水庫防洪調(diào)度為例，對考慮GFS短期降雨預報信息的實時防洪預報調(diào)度進行了研究。針對前3天累積雨量水庫調(diào)度模式的不足之處，分別考慮24h和48h降雨預報信息，運用凈雨控制調(diào)度方式進行調(diào)度，得到相應的調(diào)度方案。最后通過對不同預見期長度和不同預報凈雨比重的調(diào)度方案進行進一步分析對比，得出了最合理的應用方式。

英那河水庫； 降雨預報信息； 預報調(diào)度

1 英那河水庫簡介

英那河水庫位于遼東半島東部的英那河干流上，該水庫大壩為砌石重力壩，壩長196.13m，壩高28m，水庫正常高水位59.00m[1]。英那河水庫的集水面積為692.3km2，控制流域內(nèi)的多年平均徑流量為3.23億m3。

2 英那河水庫的防洪調(diào)度

2.1 汛期分期及汛限水位控制值

每年6月5日—7月9日為水庫的汛前期，7月10日—8月20日為水庫的主汛期，8月21日—9月20日為水庫的后汛期。在主汛期內(nèi)，英那河水庫的汛限水位應控制在58.50～58.80m；在后汛期，汛限水位應控制在58.80m；出汛以后，水庫的水位應逐漸恢復至汛前的59.00m。

2.2 英那河水庫防洪原則

當水庫遭遇P=10%洪水的情況下，最大泄洪量不超過1500m3/s，庫水位不超過59.80m；當水庫遭遇P=5%洪水的情況下，最大泄洪量不超過2500m3/s，庫水位不超過70.20m；當水庫遭遇P=2%洪水的情況下，最大泄流量不超過4500m3/s，調(diào)度過程中庫水位不超過70.50m；當水庫遭遇P=2%以上等級的洪水時，逐步開啟泄洪閘門，加大泄洪流量。

2.3 英那河水庫凈雨控制調(diào)度方式

英那河水庫現(xiàn)采用對徑流深、入庫流量和庫水位三個主要指標進行分級積累預報、綜合控制的方式實施洪水過程中的水庫調(diào)度[3]。其具體調(diào)度規(guī)則如下：

a.前3天累積凈雨深不超過200mm、入庫流量不超過1500m3/s時，按照水庫的入庫流量泄洪，如果入庫流量大于1500m3/s，則以1500m3/s的流量泄洪。

b.前3天累積凈雨深大于200mm且不超過300mm或庫水位大于59.80m且不超過70.20m時，以2500 m3/s的流量泄洪。

c.前3天累積凈雨深大于300mm且不超過380mm或庫水位大于70.20m且不超過70.50m時，以4500m3/s的流量泄洪。

d.前3天累積凈雨深大于380mm或庫水位不超過70.50m時，以最大流量泄洪。

英那河水庫運行經(jīng)驗表明：這種單純基于洪水預報信息的調(diào)度方式，由于預見期較短，往往導致調(diào)度中的下泄量與庫水位十分接近防洪標準上限，安全余地較小。

3 考慮GFS短期降雨預報信息的實時預報調(diào)度

3.1 考慮24h降雨預報信息的凈雨控制調(diào)度

以2012年8月初的洪水過程為例，對考慮降雨預報信息的水庫調(diào)度進行研究。首先依據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料計算出前3天的累積凈雨量，然后加上基于GFS降雨預報信息得到的凈雨量，獲得累積凈雨量[4]。8月初洪水過程期間的累積凈雨量計算結果見下表。

部分時段累積凈雨量計算結果表 單位：mm

結合表中的計算結果，對2012年8月初的洪水過程進行實時預報調(diào)度，限于篇幅，這里僅對其中幾個關鍵節(jié)點進行分析。其中3日8時的總凈雨量為203.7mm，按照調(diào)度規(guī)則下泄流量應為2500m3/s，但是考慮到其中的164.7mm來自降雨預報信息，而前3天累積雨量僅為39.0mm，因此兩者在調(diào)度規(guī)則上出現(xiàn)跨級。另一方面，當前來水量僅為185m3/s，為了不增加興利蓄水的風險，計算決定采用1800m3/s的流量泄洪，此時的最高水位為59.51m。到4日14時，前3天累積凈雨量與總凈雨量均超過200mm，雖然此時處于退水階段，但入庫流量仍在上漲，并逐步達到3721m3/s。由于提前近一天加大洪水預泄，此時的水位只有69.29m，回旋余地較大，同時此次強降雨過程已經(jīng)結束，因此保持1800m3/s的泄洪量持續(xù)泄水。

與原來的規(guī)則調(diào)度方式相比，此次調(diào)度可以提前21h進行洪水預泄，可以顯著增加洪峰到來時水庫調(diào)度的回旋余地，具有明顯的優(yōu)勢。

雖然GFS對短期強降雨的預報較為準確，但是依據(jù)相關的氣象資料，這種預報往往有偏大傾向[5]。此外，這種調(diào)度方式可能造成個別時段泄量過大，增加英那河水庫的興利蓄水風險[6]。為進一步提高預報調(diào)度的合理性，下面對由預報信息獲得的降雨量進行折減，以進一步優(yōu)化方案。由于GFS預報信息存在誤差但誤差并不大[7]，因此分為預報信息凈雨量的60%和80%兩種情況作進一步研究。

a.預報信息凈雨量的60%方案。以前3天累積凈雨量和24h降雨預報信息凈雨量的60%作為總凈雨量，對水庫2012年8月初的洪水過程進行調(diào)度，其綜合決策過程如圖1所示。

圖1 60%方案綜合決策過程(時間:h)

從圖1可以看出，從8月3日20時開始增大預泄量，最大下泄流量為2200m3/s，而按照原始調(diào)度方案，則為1500m3/s，由于洪水預泄和加大下泄流量，整個調(diào)度過程中的最高水位為59.71m，兩者均優(yōu)于原始調(diào)度方案。調(diào)度過程中的最低水位為59.3m，比原始調(diào)度方案的59.2m略高。此外，此次調(diào)度過程中，8月3日23時的總凈雨量將超過200mm，因此按照調(diào)度規(guī)則將以2500 m3/s的流量泄洪，此次調(diào)度不會增加興利蓄水的風險。

b.預報信息凈雨量的80%方案。以前3天累積凈雨量和24h降雨預報信息凈雨量的80%作為總凈雨量，對水庫2012年8月初的洪水過程進行調(diào)度，其綜合決策過程如圖2所示。

圖2 80%方案綜合決策過程(時間:h)

此次調(diào)度與60%方案相比，從8月3日14時開始加大泄流量，提前了6h。調(diào)度過程中的最高水位為59.60m，最大泄流量為2100m3/s，兩者均低于60%方案，調(diào)度過程中的最低水位仍為59.3m。此外，8月3日14時總凈雨量將超過200mm，未來3天的來水量也足以彌補水庫調(diào)度中的預泄水量，因此以2100m3/s的流量泄洪不會增加興利蓄水的風險。

對上述兩種方案的比較顯示，80%方案留給水庫調(diào)度的回旋余地更大，庫區(qū)下游的洪水狀態(tài)更為平穩(wěn)。因此，建議在實際操作中，選擇GFS降雨預報信息形成凈雨量的80%計算。

3.2 考慮48h降雨預報信息的凈雨控制調(diào)度方式

為進一步延長預見期，優(yōu)化水庫洪水期的調(diào)度過程，考慮將基于GFS的48h降雨預報信息應用于防洪預報調(diào)度[8]?；谏瞎?jié)研究結果，本節(jié)僅對48h降雨預報信息形成凈雨量按照80%進行折減，獲得總凈雨量應用于實時調(diào)度，并與上節(jié)的調(diào)度結果進行對比，其綜合決策過程如圖3所示。

圖3 48h方案的綜合決策過程(時間:h)

此次調(diào)度過程中，加大預泄洪水時間比24h方案提前了3h。庫水位的最高值為59.68m，最大泄流量為1900m3/s，均有明顯降低。

調(diào)度過程中的最低水位為58.07m，不僅低于24h方案，也低于原始調(diào)度方案的58.20m，據(jù)測算，未來3天水庫的入庫水量約為0.38億m3，即使發(fā)生漏報，水庫在未來3天之內(nèi)也能將水位蓄至汛限水位控制范圍，因此此次調(diào)度不會增加水庫的興利蓄水風險。

24h方案和48h方案的對比顯示，48h降雨預報信息用于水庫洪水預報調(diào)度，可以顯著增加水庫的防洪效益，同時也不會增加興利蓄水風險。

4 結 語

a.基于洪水預報信息的調(diào)度方式預見期較短，調(diào)度中的下泄量與庫水位十分接近防洪標準上限，缺乏足夠的回旋余地。

b.考慮24h降雨預報信息的水庫調(diào)度可以提前21h進行洪水預泄，有效增加洪峰到來時水庫調(diào)度的回旋余地，具有明顯優(yōu)勢。

c.為降低水庫興利蓄水風險，選擇降雨預報信息形成凈雨量的80%用于水庫調(diào)度更為合理。

d.48h方案，在不增加水庫興利蓄水風險的前提下，可以進一步提高水庫的防洪效益。

[1] 李智慧,張茹,王金偉.碧流河水庫與英那河水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究[J].水利建設與管理,2012(S1):83-86.

[2] 徐華新,王金偉,門遠.英那河水庫興利調(diào)度研究[J].東北水利水電,2012(1):58-59.

[3] 高清震,王俊海.英那河水庫的動態(tài)調(diào)控方案[J].東北水利水電,2012(6):47-48.

[4] 任明磊,何曉燕,黃金池,等.基于短期降雨預報信息的水庫汛限水位實時動態(tài)控制方法研究及風險分析[J].水利學報,2013(S1):66-72.

[5] 王長海.降雨預報信息在水庫調(diào)度中應用的可行性研究[J].水利技術監(jiān)督,2007(2):36-38.

[6] 郭榮軍.短期降雨預報在桓仁水庫汛限水位動態(tài)控制中的應用[J].水電與新能源,2013(4):63-65.

[7] 余豪,袁晶瑄,盧迪,等.GFS降雨預報圖數(shù)值化處理算法在洪水預報中的應用[J].水電能源科學,2013(9):58-60,35.

[8] 王玉才,熊安武,鄒霞,等.降雨預報信息下高關水庫汛限水位動態(tài)控制風險分析[J].水電與新能源,2015(10):10-14.

Research on real-time flood forecast scheduling based on GFS short-term rainfall forecast information

BAI Peng

(Liaoning Runzhong Water Supply Co., Ltd., Shenyang 110166, China)

In the paper, Yingnahe Reservoir flood control scheduling is adopted as an example for studying real-time flood forecast scheduling based on GFS short-term rainfall forecast information. 24h and 48h rainfall forecast information is respectively considered aiming at defects of rainfall reservoir scheduling mode accumulated in former three days. Net rain control scheduling approach is applied for scheduling to obtain corresponding scheduling scheme. Finally, the most reasonable application mode is obtained through further analyzing and comparing scheduling schemes with different forecast term length and different forecast net rain proportion.

Yingnahe Reservoir; rainfall forecast information; forecast scheduling

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.014

TV877

A

2096- 0131(2016)06- 0044- 04