受水庫(kù)下泄流量影響的洪水預(yù)報(bào)方案應(yīng)用研究

焦顯松

（安徽省安慶水文水資源局，安徽 安慶 246003）

0 引言

安徽省中小河流洪水預(yù)報(bào)方案構(gòu)架自2009 年開(kāi)始，宿松水文站洪水預(yù)報(bào)構(gòu)架是該項(xiàng)工作重要的組成部分，本文以宿松水文節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，分析受釣魚(yú)臺(tái)水庫(kù)控制的該流域產(chǎn)匯流特性，提出將水庫(kù)控制單元分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型的構(gòu)架思路并予以推廣應(yīng)用。研究主要內(nèi)容包括水庫(kù)下泄流量馬斯京根法演算，新安江模型構(gòu)架（含區(qū)間）。

1 區(qū)域概況

洪水預(yù)報(bào)方案構(gòu)架目的區(qū)域位于安徽省宿松縣二郎河上，二郎河（縣大河）干流發(fā)源于三面尖，河道長(zhǎng)57 km。流域平均高程96.1 m，流域坡度10.5 dm/km2。流域內(nèi)植被覆蓋率59.8%。二郎河上的宿松水文站為其流域控制站，宿松水文站位于安徽省宿松縣孚玉鎮(zhèn)王屋村，集水面積443 km2。

測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)度約1.5 km，主槽寬約60 m，高程達(dá)18.5 m，河之左岸有約30 m 寬的人工戧臺(tái)，最大河寬117 m。左岸圩堤，右岸山崗，斷面下游340 m 處有一座三孔石拱公路橋，下游550 m 處為彎道，對(duì)中高水起良好控制作用。斷面上游1 km 處有一座四孔高速公路橋。

釣魚(yú)臺(tái)水庫(kù)位于宿松水文站上游，離宿松水文站距離約7 km，水庫(kù)具體參數(shù)值為；設(shè)計(jì)總庫(kù)容：9177 萬(wàn)m3；最大壩高100.2 m；正常運(yùn)用洪水百年一遇；非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)千年一遇；正常蓄水位92.00 m；死水位62.34 m。

2 研究理論分析

構(gòu)架思路將水利工程控制區(qū)域以上的流域作為獨(dú)立單元，利用工程現(xiàn)有資料，考慮水利工程調(diào)度方式，將水利工程下泄流量過(guò)程作為系統(tǒng)流量輸入單元，利用計(jì)算機(jī)連續(xù)演算至預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)斷面，合成疊加區(qū)間降雨所形成的徑流則為預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)流量分配過(guò)程。

2.1 馬斯京根法

在簡(jiǎn)便的槽蓄關(guān)系曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立水量平衡式聯(lián)立求解，見(jiàn)式（1）：

馬斯京根法[1]是采用一定時(shí)間段進(jìn)行差分計(jì)算的，將上述方程用時(shí)段始末值（用下標(biāo)1，2）來(lái)表示，式（1）可表示為式（2）：

整理可得：

式中：

式（1）-（4）中：I 為入流；O 為穩(wěn)定流流量；K 槽蓄曲線(xiàn)坡度；x 為河道調(diào)蓄能力；C0、C1、C2馬斯京根法參數(shù)。

由式（3）可知C0+C1+C2=1，對(duì)于具體的河段，只要求出其K，x 值，選定△t 后，就可以求出C0、C1、C2，在經(jīng)式（3）演算后即可得到出流過(guò)程。

2.2 新安江模型

新安江模型[1]是一個(gè)分散參數(shù)的概念性模型，為了考慮降雨分布不均的影響和下墊面條件的不同及其變化，將流域劃分為若干（N 個(gè)）單元面積。單元面積出口與流域出口用河網(wǎng)連接，形成單元面積～河網(wǎng)匯流系統(tǒng)；對(duì)每個(gè)單元面積分別進(jìn)行產(chǎn)、匯流計(jì)算，計(jì)算出各單元面積的出流過(guò)程；將N 個(gè)單元面積的出流過(guò)程線(xiàn)性疊加，即可求得流域總出流過(guò)程。

水庫(kù)控制區(qū)間至預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)區(qū)間采用新安江模型構(gòu)架，模型參數(shù)[3]（次模型和日模型為實(shí)例中宿松站的資料率定成果）見(jiàn)表1。

表1 新安江模型參數(shù)表

3 實(shí)例分析

3.1 資料選用情況

水庫(kù)資料：收集釣魚(yú)臺(tái)水庫(kù)1993 年以后的大壩實(shí)測(cè)水位、雨量以及水庫(kù)實(shí)際工程調(diào)度情況；收集高低涵、發(fā)電、溢洪道泄洪情況；收集釣魚(yú)臺(tái)渠首實(shí)測(cè)流量資料以及灌溉用水情況。

水文資料收集情況：采用宿松水文站1993 年以后的資料（水位、流量、蒸發(fā)），釣魚(yú)臺(tái)子單元至宿松水文站區(qū)間（宿松、石嘴頭、釣魚(yú)臺(tái)）1993 年以后的降雨量資料。

3.2 釣魚(yú)臺(tái)水庫(kù)下泄流量單元演算參數(shù)優(yōu)選

為分析釣魚(yú)臺(tái)子單元的出流過(guò)程對(duì)宿松水文站斷面出流過(guò)程的影響，剔除釣魚(yú)臺(tái)子單元與宿松水文站區(qū)間降雨過(guò)程所產(chǎn)生的徑流，選取區(qū)間降雨而宿松站測(cè)流斷面產(chǎn)生洪峰過(guò)程的090217 號(hào)場(chǎng)次洪峰，以調(diào)試初始值C0、C1、C2（0.33，0.33，0.34）為方案1 作為初選值，建立搜索區(qū)間，分別以0.01，0.02 為搜索步長(zhǎng)值，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)云計(jì)算，并與實(shí)際洪峰過(guò)程擬合，選定C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）方案2 為最終優(yōu)選結(jié)果，馬法參數(shù)最終優(yōu)選對(duì)比表見(jiàn)表2，成果圖見(jiàn)圖1。

由表2 及圖1 可知，方案2 的洪峰的起漲及峰頂預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值較好，方案1 則在洪峰退水時(shí)間段尾部預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值擬合較好。綜合考慮選擇方案2 即C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）作為最終優(yōu)化結(jié)果。

圖1 釣魚(yú)臺(tái)下泄單元馬斯京根法演算擬合對(duì)比圖

3.3 分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型擬合

宿松站新安江模型參數(shù)率定成果見(jiàn)表1。

用1993 年～2015 年共23 場(chǎng)次洪峰資料驗(yàn)證以釣魚(yú)臺(tái)子單元及區(qū)間降雨形成的徑流的疊加即為宿松水文站斷面預(yù)報(bào)流量的洪水預(yù)報(bào)構(gòu)架方案的合格情況。洪模型預(yù)報(bào)合格率及等級(jí)表見(jiàn)表3，洪峰流量合格率為73.9%，峰現(xiàn)時(shí)間合格率100%。

表2 馬法參數(shù)最終優(yōu)選成果對(duì)比分析表

表3 宿松站次洪模型預(yù)報(bào)合格率及等級(jí)表

3.4 模型推廣與實(shí)際預(yù)報(bào)作業(yè)成果統(tǒng)計(jì)

將這種分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型思路推廣到池州青通河青陽(yáng)站節(jié)點(diǎn)上，也取得較好的預(yù)報(bào)效果。宿松、青陽(yáng)節(jié)點(diǎn)2016 年、2017 年、2018 年三年實(shí)際作業(yè)預(yù)報(bào)中，青陽(yáng)站洪峰預(yù)報(bào)流程最大誤差14 m3/s，相對(duì)誤差11.8%，最小預(yù)報(bào)流量誤差9 m3/s，相對(duì)誤差11.8%。峰現(xiàn)因子最大誤差0.9 h，最小0.2 h，2 預(yù)報(bào)因子合格率均為100%。宿松站洪峰預(yù)報(bào)流程最大誤差95 m3/s，相對(duì)誤差9.9%，最小預(yù)報(bào)流量誤差7 m3/s，相對(duì)誤差4.8%。峰現(xiàn)因子最大誤差1.5 h，最小1 h，2 預(yù)報(bào)因子合格率均為100%

從2 站水文因子預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型取得了較好的預(yù)報(bào)效果。分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型推廣應(yīng)用水文要素預(yù)報(bào)合格率統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表4。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 結(jié)論

（1）釣魚(yú)臺(tái)水庫(kù)下泄流量馬斯京根法最終優(yōu)化結(jié)果C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）。

（2）基于水庫(kù)下泄流量影響洪水預(yù)報(bào)模型構(gòu)架方式為考慮水庫(kù)總下泄流量利用馬斯京根法演算至預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)斷面，合成疊加新安江模型模擬區(qū)間暴雨洪水過(guò)程即為預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)流量過(guò)程。

（3）模型構(gòu)架思路充分考慮了水利工程對(duì)流域下墊面水文要素的影響，在2016 年～2018 年實(shí)際洪水預(yù)報(bào)作業(yè)中取得了較好的效果，預(yù)報(bào)結(jié)果水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范2 技術(shù)要求，為防汛決策部門(mén)作出決策提供了有力的技術(shù)支撐。

（4）方案構(gòu)架對(duì)其他同類(lèi)型區(qū)域洪水預(yù)報(bào)方案構(gòu)架具有重要的參考意義。

4.2 建議

由于管理體制等方面的原因，尤其大洪水期間，水利工程調(diào)度方式不能迅速及時(shí)的到達(dá)洪水預(yù)報(bào)作業(yè)者手上，一定程度上影響到預(yù)報(bào)精度，所以這就要求分區(qū)構(gòu)架預(yù)報(bào)模型作業(yè)者實(shí)際預(yù)報(bào)作業(yè)中需要采取一切可利用的手段及時(shí)有效的了解水利工程的調(diào)度方式，盡可能的提高洪水預(yù)報(bào)精度。

表4 分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型推廣應(yīng)用水文要素預(yù)報(bào)合格率統(tǒng)計(jì)表