王家壩水文站中小水洪水預(yù)報(bào)誤差原因分析

李旭東

(安徽省阜陽(yáng)水文水資源局，安徽 阜陽(yáng) 236000)

0 引 言

王家壩水文站是淮河中游的重要洪水預(yù)報(bào)站，隨著大洪水預(yù)報(bào)體系逐漸完善，近年來(lái)對(duì)王家壩站的中小水洪水預(yù)報(bào)的要求逐步提高，中小水洪水預(yù)報(bào)對(duì)枯水年水利工程的合理調(diào)度、農(nóng)業(yè)用水重要水源地的效益，起到至關(guān)重要的左右。

2018年5月下旬淮河流域王家壩以上有較強(qiáng)降雨過(guò)程，根據(jù)短歷時(shí)水文預(yù)報(bào)方案和水文預(yù)報(bào)模型對(duì)兩次降雨過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)結(jié)果較實(shí)際洪水過(guò)程有一定的誤差。

1 基本情況

1.1 王家壩站情況

王家壩站地處豫、皖兩省交界處，是淮河由豫入皖的第一個(gè)重要控制站。王家壩站總控制面積30 630 km2，息縣、潢川、班臺(tái)(大洪河)至王家壩區(qū)間面積為7 110 km2，與此控制面積相對(duì)應(yīng)的王家壩站總流量是由淮河王家壩、官沙湖分洪道王家壩(釤崗)、王家壩進(jìn)水閘、洪河分洪道地理城等4個(gè)斷面流量之和組成。

王家壩站以上右岸有浉河、竹竿河、寨河、潢河和白露河等匯入。它們均為山區(qū)性河流，河道坡降大，匯流速度快，洪水暴漲暴落。左岸有閭河、洪汝河等匯入。由于地勢(shì)較為平坦，洪水過(guò)程平緩，匯流時(shí)間較長(zhǎng)。上游建有南灣、宿鴨湖等大型水庫(kù)，一定程度上阻止了枯水期水量的下泄。

1.2 上游水利工程情況

王家壩水文站以上，共有長(zhǎng)臺(tái)關(guān)、息縣、潢川、班臺(tái)等4個(gè)主要控制站，如圖1所示。各控制站以上主要工程情況如下：

圖1 王家壩水文站以上各河流及預(yù)報(bào)根據(jù)站位置圖

長(zhǎng)臺(tái)關(guān)以上有尖山、老鴨河2座中型水庫(kù)，以及眾多小型水庫(kù)和塘堰。

息縣站是淮河上游的主要控制站，息縣以上建有南灣、石山口2座大型水庫(kù)和6座中型水庫(kù)，南灣和石山口水庫(kù)面積占息縣控制面積的13.7%。

潢川為淮河上游右岸重要支流潢河的控制站，上游有香山水庫(kù)(中型)，支流潑陂河有潑河水庫(kù)(大型)和長(zhǎng)洲河水庫(kù)(中型)，另有龍山攔河樞紐，4個(gè)水利工程流域面積占潢河流域面積54.7%。

班臺(tái)以上流域內(nèi)有宿鴨湖、板橋、薄山、石漫灘4座大型水庫(kù)和楊莊、老王坡、蛟停湖3個(gè)滯洪區(qū)。

綜上所述，王家壩站以上流域復(fù)雜的水利工程現(xiàn)狀，在一定程度上降低了洪水預(yù)報(bào)的精度,同時(shí)也增加了預(yù)報(bào)的難度。

2 預(yù)報(bào)誤差簡(jiǎn)述

2.1 降水

2018年5月16日～26日，淮河王家壩站以上有一次普遍降雨過(guò)程，平均降雨量115.3 mm，降雨中心主要分布息縣至王家壩區(qū)間淮河干流。本次降雨強(qiáng)度較大、面廣，降雨時(shí)間主要集中在5月17日～22日，平均降雨量72.8 mm，占整個(gè)降雨過(guò)程總量的63%。

2.2 水情

以2018年5月22日～31日王家壩站以上洪水過(guò)程為例，各站的洪水實(shí)測(cè)及預(yù)報(bào)情況見(jiàn)表1。

表1 王家壩以上各站洪水預(yù)報(bào)誤差統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，洪峰流量預(yù)報(bào)最大誤差為息縣站，相差近1倍；峰現(xiàn)時(shí)間最大誤差為王家壩站提前出線36 h。

3 影響因素分析

3.1 水利工程因素

淮河流域上游存在大量的水利工程設(shè)施，以及日益頻繁的人類活動(dòng)加劇了自然條件變化的不確定性和復(fù)雜性，上游小型水庫(kù)、塘壩、方塘的興建，在汛期剛開(kāi)始對(duì)水量的攔蓄是汛期第一場(chǎng)洪水預(yù)報(bào)偏小的主要原因。

5月份洪水過(guò)程，洪水開(kāi)始息縣以上大量來(lái)水被水庫(kù)攔蓄，隨著雨量的增大，上游水庫(kù)開(kāi)始泄洪，先攔蓄后泄洪模式使得淮河流域洪水過(guò)程不集中，從而導(dǎo)致各站預(yù)報(bào)結(jié)果總體偏大。

3.2 資料代表性因素

首先，我們現(xiàn)有預(yù)報(bào)方案大都是根據(jù)有限資料分析所得的水文規(guī)律，不能完全代表不同條件下的水文規(guī)律。王家壩站的預(yù)報(bào)方案大都是對(duì)大洪水期間的連續(xù)洪水水文資料進(jìn)行分析計(jì)算，在編制預(yù)報(bào)方案中選取的洪水流量大部分場(chǎng)次在2 000 m3/s以上，在利用這樣的方案對(duì)汛期第一場(chǎng)洪水或中小水作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)，盡管對(duì)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行打折預(yù)報(bào)，具體峰量、時(shí)間預(yù)報(bào)誤差仍較大。

其次，在整個(gè)流域整個(gè)河段水文所需的河道流量、土壤含水量等數(shù)據(jù)無(wú)法直接獲取，只能通過(guò)以點(diǎn)代面或者其他參數(shù)間接得到，其代表的區(qū)域非常有限，無(wú)法真實(shí)地反映空間分布，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，就會(huì)影響預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 預(yù)報(bào)方法因素

根據(jù)淮河流域王家壩以上區(qū)域的特點(diǎn)將流域分成4個(gè)子流域計(jì)算，目前王家壩站采用經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方案和模型預(yù)報(bào)方案兩種方法：

經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方案：根據(jù)API原理計(jì)算凈雨，多年來(lái)，由于全球環(huán)境的變化，北方氣溫的升高，以及地下水的過(guò)量開(kāi)采等原因，引起地下水位下降，這樣就導(dǎo)致前期雨量損耗值的變化，損耗值的多少直接影響前期影響雨量的大小，從而間接影響了整個(gè)流域凈雨的大?。灰陨细鱾€(gè)環(huán)節(jié)誤差的傳遞最終也會(huì)使利用單位線進(jìn)行河道產(chǎn)匯流計(jì)算，預(yù)報(bào)得出的最終洪水過(guò)程與實(shí)際存在誤差。

模型預(yù)報(bào)：主要采用新安江模型進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)著名水文模型TOPMODEL的創(chuàng)建者Keith J．Beven教授認(rèn)為所有水文模型率定及預(yù)報(bào)都會(huì)出現(xiàn)不確定性的理論。由于沒(méi)有任何降雨-徑流模型可以反映真實(shí)徑流過(guò)程，非常精確地定義模型所需的初始及邊界條件是不可能的，水文預(yù)報(bào)模型率定只是基于歷史數(shù)據(jù)的分析，因各種自然因素和參數(shù)的選用原因，對(duì)洪水預(yù)報(bào)方案產(chǎn)生了一定的影響，從而引起誤差。

從經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方案和模型預(yù)報(bào)來(lái)看，現(xiàn)行的水文預(yù)報(bào)方法多是在一定的物理成因基礎(chǔ)上作某些假定與簡(jiǎn)化，選用的僅為主要的因素，按平均情況建立方案，往往忽視眾多因素，被忽略的因素也是造成方案點(diǎn)據(jù)成線偏離的主要原因，利用主要水文影響因素形成的預(yù)報(bào)關(guān)系線僅能代表大洪水趨勢(shì)，對(duì)特殊的洪水尤其是小洪水的預(yù)報(bào)精度較差。

4 建議及對(duì)策

綜合以上王家壩站洪水預(yù)報(bào)誤差分析的原因，提出以下建議：

(1)及時(shí)了解上游新建水利工程情況，在洪水預(yù)報(bào)期間，時(shí)刻關(guān)注上下游工程調(diào)度情況，針對(duì)上下游水利工程的調(diào)度實(shí)時(shí)調(diào)整相應(yīng)的預(yù)報(bào)結(jié)果。

(2)由于中小水洪水之前來(lái)水量較小，根據(jù)前期來(lái)水量的多少確定前期影響水量的初始值，可以在一定程度上減少預(yù)報(bào)誤差的初始來(lái)源。使用以大洪水為前提總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系線和單位線欠妥，隨著測(cè)驗(yàn)技術(shù)與計(jì)算方法的改進(jìn)與現(xiàn)代化的逐步實(shí)現(xiàn)，及時(shí)對(duì)水文資料系列的積累延伸，類似等級(jí)的降雨和小流量單獨(dú)分析，得出更適合的關(guān)系線。

(3)當(dāng)預(yù)報(bào)和實(shí)際誤差較大時(shí)，可以根據(jù)人為的經(jīng)驗(yàn)減少預(yù)報(bào)的水量，以使期望預(yù)報(bào)與實(shí)際擬合的更好，此時(shí)，個(gè)人經(jīng)驗(yàn)起到很大的作用，應(yīng)提高預(yù)報(bào)人員的預(yù)報(bào)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不斷豐富和完善。

(4)應(yīng)建立合理的預(yù)報(bào)精度評(píng)價(jià)體系。隨著水文現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水利工程的科學(xué)調(diào)度，預(yù)報(bào)誤差會(huì)逐漸減少，但變化莫測(cè)的自然條件及人類活動(dòng)決定了預(yù)報(bào)精度無(wú)法維持不變，更不可能無(wú)限提高，而是隨當(dāng)時(shí)的復(fù)雜程度波動(dòng)的。