紫坪鋪水庫中期徑流預(yù)報(bào)誤差成因分析

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，成都，610091)

紫坪鋪水庫中期徑流預(yù)報(bào)誤差成因分析

薛晨

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，成都，610091)

紫坪鋪水庫作為都江堰灌區(qū)和成都市的水源工程，近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展，對水庫供水的質(zhì)和量都提出了新的要求，而岷江流域來水年內(nèi)存在嚴(yán)重的豐枯不均，加上上游人類活動(dòng)頻繁的影響，已逐漸影響到水庫效益的發(fā)揮。為協(xié)調(diào)好來水與供水之間的矛盾，在進(jìn)行水庫調(diào)度的時(shí)候，對中期水文預(yù)報(bào)的精度要求也隨之提高。本文結(jié)合紫坪鋪2016年旬徑流預(yù)報(bào)情況，統(tǒng)計(jì)并分析了出現(xiàn)誤差較大的時(shí)間以及誤差產(chǎn)生的原因，結(jié)合流域?qū)嶋H情況，分析了影響預(yù)報(bào)精度的原因，提出了相應(yīng)的建議和對策，以便正確對待預(yù)報(bào)工作、提高預(yù)報(bào)精度并合理應(yīng)用預(yù)報(bào)成果。

紫坪鋪水庫 中期徑流預(yù)報(bào) 誤差成因

1 工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60余km的岷江上游，是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪和環(huán)境保護(hù)等綜合效益的水利工程，是都江堰灌區(qū)的調(diào)節(jié)水源工程。樞紐工程位置距都江堰市9km，其下游6km則是聞名于世的都江堰渠首工程。工程壩址以上控制流域面積22662km2，占岷江上游面積的98%；多年平均流量469m3/s，年徑流總量148億m3，占岷江上游總量的97%；控制岷江上游暴雨區(qū)洪水的90%，上游泥沙來量的98%，能有效調(diào)節(jié)上游水量、控制洪水和泥沙。

岷江紫坪鋪以上流域內(nèi)的徑流主要由降雨形成，年內(nèi)存在嚴(yán)重的豐枯不均，豐水期5～10月水量占年水量的78%，枯水期11月～次年4月水量僅占22%，使得都江堰灌區(qū)在枯水期引水量不足，年年缺水，必須依靠紫坪鋪水庫調(diào)豐補(bǔ)枯才能滿足用水需求。由于下游反調(diào)節(jié)水庫未建，這給水庫的調(diào)度運(yùn)行帶來了很大的困難，同時(shí)也提高了對水文預(yù)報(bào)的精度要求。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市生產(chǎn)、生活的用水量急劇加大，在保障下游用水的質(zhì)和量上都提出了新的要求，而岷江流域的來水量又呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。2016年8月中旬開始，水庫因上游持續(xù)來水影響，開啟泄洪設(shè)施棄水，棄水結(jié)束后，控制流域及下游灌區(qū)持續(xù)受高溫少雨天氣影響，來水銳減，為滿足下游用水需求，從8月16日開始水庫持續(xù)向下游供水，至月底，水庫水位接近死水位，嚴(yán)重影響了水庫后期的運(yùn)行，如能及時(shí)預(yù)測來水趨勢，及時(shí)調(diào)整調(diào)度措施，則可為水庫增加很多的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在協(xié)調(diào)來水與供水之間的矛盾時(shí)，為合理制定水庫調(diào)度運(yùn)行方式，研究水庫中期徑流預(yù)報(bào)誤差及成因，提高預(yù)報(bào)精度，對水庫發(fā)揮綜合效益就變得極具意義。

2 中期預(yù)報(bào)現(xiàn)狀

做好中期水文預(yù)報(bào)可為進(jìn)一步優(yōu)化水庫調(diào)度方案提供可靠的基礎(chǔ)。以2016年旬徑流預(yù)報(bào)為例，在實(shí)際操作中，選用1984～2015年共30年的徑流序列資料，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、最近鄰抽樣模型以及門限回歸模型分別滾動(dòng)預(yù)測出逐旬的徑流量，再根據(jù)短期天氣趨勢和上一旬實(shí)際來水情況對軟件所預(yù)測出的值進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，得出下旬的旬徑流量，2016年旬徑流預(yù)報(bào)結(jié)果見圖1。

圖1 2016年旬預(yù)測流量與實(shí)際旬流量對比

由圖中數(shù)據(jù)可以看出，預(yù)測出現(xiàn)較大偏差的時(shí)間在4～10月，在枯水期兩條曲線走勢較為吻合，這與水庫控制流域在枯水期降雨較少，對來水的補(bǔ)充主要受上游電站運(yùn)行影響有關(guān)，對預(yù)報(bào)精度的主要影響因子較為單一。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，在4月上旬、5月上旬、6月下旬、10月中旬預(yù)報(bào)誤差均超過了20%，其中6月下旬達(dá)到30.82%，偏差較大，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 2016年旬徑流預(yù)報(bào)不合格情況統(tǒng)計(jì)

分析各月誤差產(chǎn)生的原因，4月上旬，在3月下旬天氣預(yù)測降雨量正常略偏少，實(shí)際降雨較多年偏多了1.1倍，造成預(yù)測值偏少較多；5月上旬，進(jìn)入汛期，控制流域持續(xù)降雨和上游具有調(diào)節(jié)性的電站騰空庫容造成來水偏多；6月下旬，氣象臺預(yù)測的強(qiáng)降雨未在控制流域內(nèi)發(fā)生，強(qiáng)降雨轉(zhuǎn)移到了下游，致使預(yù)報(bào)偏大30.82%；10月中旬，因黑水河流域降雨偏多，受上游電站加大下泄影響，致使預(yù)報(bào)精度偏低。

3 預(yù)報(bào)誤差成因分析

3.1 氣象預(yù)報(bào)存在較大誤差

紫坪鋪水庫控制流域匯流時(shí)間較短，為1d左右，中期的水文預(yù)報(bào)主要依靠氣象預(yù)報(bào)來延長遇見期，岷江上游跨越川西高原氣候和川東盆地亞熱帶氣候區(qū)，不僅具有大分區(qū)氣候特征，也具有地方性氣候的特征，復(fù)雜多樣的氣候變化要求預(yù)報(bào)員必須具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)具特色的地方性方法，才能做出較為準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)。水庫控制流域22662km2，在大尺度的氣象預(yù)測下，流域偏小，氣象特征變化極快，預(yù)報(bào)精度較差。2016年6月下旬預(yù)報(bào)偏差30%就是這種情況，預(yù)報(bào)的暴雨天氣，發(fā)生在了流域下游。

3.2 上游電站運(yùn)行的影響

岷江上游地區(qū)由于其豐富的水能資源和有利的地形條件以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，水電已成為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。紫坪鋪投運(yùn)以來，控制流域內(nèi)陸續(xù)投產(chǎn)了諸多電站，除了徑流式電站，其中還有幾座具有季調(diào)節(jié)的電站，這些電站的運(yùn)行雖然對全年的總水量沒有大的影響，但4～5月水庫騰庫以及9月后的水庫回蓄時(shí)，對水庫上游的來水有很大影響，給水庫的預(yù)報(bào)工作帶來很大困難。

3.3 預(yù)報(bào)模型本身的不足

水文模型預(yù)報(bào)本身具有很大的不確定性，這種不確定性的產(chǎn)生源于沒有任何降雨——徑流模型可以反映真實(shí)的徑流過程。2008年汶川大地震，上游來水區(qū)的地形地貌發(fā)生很大變化，地震后，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，流域的產(chǎn)匯流特性也有了較大變化，這在很大程度上破壞了原有模型的率定條件，加劇了其不確定性。原有的預(yù)報(bào)模型不能有效地反映控制流域的實(shí)際產(chǎn)匯流情況，給水文預(yù)報(bào)的精度帶來很大影響。

3.4 預(yù)報(bào)人員的主觀判斷帶來的誤差

每一個(gè)人的認(rèn)知和判斷具有主觀性，由于預(yù)報(bào)模型不能很好地反映流域的實(shí)際情況，在做預(yù)報(bào)的時(shí)候，均需要預(yù)報(bào)人員結(jié)合天氣以及上游電站運(yùn)行情況進(jìn)行人工修正，預(yù)報(bào)人員的主觀認(rèn)識有時(shí)也會給預(yù)報(bào)的精度帶來影響。

4 建議與對策

(1)對于水文氣象預(yù)報(bào)精度無法滿足生產(chǎn)要求，需加大科研力量及設(shè)備投入和支持，基礎(chǔ)研究的投入較大、見效慢，需依靠國家甚至全球的協(xié)助才能取得進(jìn)展。作為生產(chǎn)需要的企業(yè)，需加強(qiáng)與氣象部門的合作，引進(jìn)氣象中心的預(yù)測成果為水庫的預(yù)報(bào)服務(wù)；

(2)2008年汶川大地震以后，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，控制流域的下墊面變化較大，原有的預(yù)報(bào)模型已經(jīng)不能有效地反映流域的實(shí)際情況。今后預(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)可以向研究地震后的下墊面變化情況方向傾斜，根據(jù)當(dāng)前的產(chǎn)匯流情況制作符合流域特性的預(yù)報(bào)模型，為水庫的短期以及中長期預(yù)報(bào)服務(wù)；

(3)上游電站的運(yùn)行，在4～5月的水庫騰庫和9月以后的水庫蓄水時(shí)有很大的影響，需進(jìn)一步加強(qiáng)與上游電站的信息共享，同時(shí)積極配合相關(guān)部門共同推動(dòng)流域的梯級優(yōu)化調(diào)度相關(guān)工作，努力將水庫的來水變化掌握在可控的范圍內(nèi)。

〔1〕劉志武.水文氣象預(yù)報(bào)誤差原因分析[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2012，(10):71-73.

〔2〕胡明亮.四川岷江紫坪鋪水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告(上冊)[M].成都：四川水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2000.

TV697.1∶P338.2

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2095-1809(2017)05-0004-03

薛 晨(1991-)，男，江蘇南通人，助理工程師，碩士，從事水庫調(diào)度工作。

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