基于新安江模型的英那河水庫洪水預(yù)報方案研究

王金偉　王丕國　張玉君　姜政同　喬貴毅　許煒　趙明哲　李毅　董文全

摘 要：英那河水庫承擔(dān)著重要的供水與防洪任務(wù)，目前缺乏可以利用的洪水預(yù)報方案。本文結(jié)合流域氣候及下墊面特點，利用新安江三水源模型研究該區(qū)域的洪水預(yù)報方案，利用遺傳算法率定模型參數(shù)。結(jié)果表明：新安江模型整體預(yù)報結(jié)果較理想，尤其對于前期土壤濕潤的場次。不分類預(yù)報的產(chǎn)流預(yù)報結(jié)果達到甲級水平；以土壤含水量為界進行的分類匯流預(yù)報結(jié)果整體達到乙級預(yù)報水平，精度與確定性系數(shù)均有顯著的提高，對該水庫的防洪調(diào)度具有重要意義。

關(guān)鍵詞：洪水預(yù)報；英那河水庫；新安江三水源模型

中圖分類號：TV87 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）09-0071-03

1 引言

英那河位于遼寧省莊河市，屬于典型的北方中小型流域。該流域?qū)儆诒狈礁珊蛋敫珊档貐^(qū)，植被覆蓋較好，降雨量較大且集中在7月下旬到8月上旬，易發(fā)生蓄滿產(chǎn)流，且由于暴雨急，洪水匯流時間短，往往形成峰高、量大的洪水，雙峰型、多峰型洪水也有出現(xiàn)。英那河水庫位于英那河中游塔嶺鎮(zhèn)境內(nèi)，如圖1所示。它是一座以供水為主，兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的水利樞紐。水庫工程于1972年開工，并于2003年11月20日完成擴建，總庫容為2.87×108m3。

水庫擴建后，下墊面情況發(fā)生了變化，實測洪水資料較少，給水庫的洪水預(yù)報方案工作造成了困難，為了提高預(yù)報精度，提高水庫的調(diào)度決策水平。本文選用基于蓄滿產(chǎn)流機制的新安江模型來模擬產(chǎn)匯流，并根據(jù)遺傳算法并結(jié)合手動優(yōu)選，確定較為理想的預(yù)報方案，應(yīng)用于英那河水庫流域的洪水預(yù)報。

2 新安江三水源模型

新安江模型是由趙人俊教授提出的以蓄滿產(chǎn)流為基礎(chǔ)的適用于濕潤半濕潤地區(qū)的分散性模型。模型主要包括三層蒸散發(fā)計算、產(chǎn)流量計算、三水源劃分、坡地匯流、河網(wǎng)匯流等5個部分。模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。所涉及的主要參數(shù)及其意義如表1所示。

3 模型應(yīng)用結(jié)果

3.1 不分類預(yù)報結(jié)果

英那河水庫的洪水預(yù)報時段長為1h，本文首先對水庫擴建后的22場實測洪水進行產(chǎn)流模擬，然后剔除不合格以及沒有原始資料進行校核的場次再進行匯流模擬，由于實際洪水資料系列較短，所有場次洪水只參與率定，不再進行驗證工作。模擬結(jié)果如表2、表3。

由表2可以看出，不分類預(yù)報產(chǎn)流模擬合格率為90.4%，整體精度較高，屬于甲級預(yù)報方案，可以用來模擬未來場次降雨的產(chǎn)流量，不需要再進行分類。20050517場次洪水存在降雨誤測的情況，導(dǎo)致在計算W0時與實際偏差較大，產(chǎn)流量嚴重偏??；20070807場次洪水預(yù)報產(chǎn)流較小，造成誤差的原因可能是實測蒸發(fā)值并不能真實反映流域蒸發(fā)，也可能由于該年有兩個雨量站故障，且所占權(quán)重較大，影響降雨總量的真實性。

由表3可知，匯流模擬合格率僅為71%，滿足乙級標準，可以應(yīng)用于實際調(diào)度中，但考慮到調(diào)度的安全性，降低使用時的風(fēng)險，現(xiàn)將洪水進行分類匯流預(yù)報，以尋求更高的合格率。

3.2 分類匯流預(yù)報結(jié)果

由表3可知不分類預(yù)報方案對W0偏小的場次洪峰模擬普遍偏小，而對W0較大的場次洪水模擬洪峰值較好。因此，文中選取W0為指標，將W0<90mm的洪水作為第一類，W0≥90mm的洪水作為第二類進行分類匯流預(yù)報，結(jié)果如表4，最終確定的模型參數(shù)如表5。

由表4可以看出，第一類洪水匯流合格率為75.0%，屬于乙級預(yù)報方案。20060826場次不合格，可能在于2006年實測流量過程不穩(wěn)定，且無降雨權(quán)重資料，降雨中心不確定；第二類洪水匯流合格率為83.3%，屬于乙級預(yù)報方案，20100808和20100820場次不合格，均為多峰型洪水，峰現(xiàn)時間和峰值都會出現(xiàn)較大偏差，確定性系數(shù)也較低，較難進行模擬。將兩類匯流結(jié)果匯總，場次洪水共17場，其中3場不合格，合格率為82.4%，屬于乙級水平。

4 結(jié)論

利用新安江模型編制洪水預(yù)報方案，產(chǎn)流不分類預(yù)報模擬合格率90.4%，為甲級精度，不再進行分類；匯流不分類預(yù)報模擬合格率71%，分類預(yù)報模擬合格率82.4%，兩者都是乙級精度，但分類后匯流模擬合格率顯著增加，確定性系數(shù)顯著提高，所以更有實際應(yīng)用價值。

綜上所述，使用新安江模型編制洪水預(yù)報方案合理可行，產(chǎn)匯流預(yù)報結(jié)果都可以用于發(fā)布正式預(yù)報，模擬結(jié)果也進一步證實了新安江模型適用于北方半干旱地區(qū)的濕潤季節(jié)。

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