百色水庫洪水預(yù)報(bào)誤差分析與修正方法研究

譚泳康

（華北水利水電大學(xué) 河南鄭州 450045）

1 前言

入庫洪水預(yù)報(bào)對(duì)確保水利工程安全、防洪減災(zāi)及實(shí)現(xiàn)洪水資源化等至關(guān)重要，但由于流域水文系統(tǒng)的復(fù)雜性和人們對(duì)其了解、掌握知識(shí)的有限性，造成洪水預(yù)報(bào)誤差存在的必然性，因此需要在實(shí)際應(yīng)用過程中，對(duì)洪水預(yù)報(bào)過程進(jìn)行修正。目前預(yù)報(bào)誤差修正最主流的方法有自回歸方法、最小二乘法、卡爾曼濾波法等實(shí)時(shí)校正方法，這些方法在實(shí)際案例的應(yīng)用的都取得了較好的效果。但是在實(shí)際洪水預(yù)報(bào)工作中，存在一些特殊的現(xiàn)象，本文即針對(duì)實(shí)際洪水預(yù)報(bào)工作中的這些現(xiàn)象，根據(jù)一些人工經(jīng)驗(yàn)的方法對(duì)洪水預(yù)報(bào)過程進(jìn)行修正，這些方法同樣非常重要。

百色水利樞紐是以防洪為主，兼顧發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、供水等綜合利用效益的大型水利樞紐。根據(jù)百色水庫流域特點(diǎn)和水利工程分布情況，洪水預(yù)報(bào)方案中河道洪水演算采用錯(cuò)時(shí)段法，區(qū)間產(chǎn)流采用降雨徑流方法計(jì)算。

2 誤差修正模型選擇

百色水庫入庫洪水主要由兩部分組成：①為上游河道的洪水演進(jìn)過程；②本區(qū)間產(chǎn)匯流過程，將兩部分疊加組成百色水庫入庫洪水過程，在實(shí)際洪水預(yù)報(bào)過程中，存在以下兩個(gè)現(xiàn)象。

2.1 洪水坦化現(xiàn)象

該水庫洪水主要由三段上游（瓦村、田林、富寧）河段匯流，區(qū)間范圍廣，總河道較長(zhǎng)，而預(yù)報(bào)方案中采用錯(cuò)時(shí)段法，在傳播過程中容易出現(xiàn)的坦化現(xiàn)象則未被考慮，可能會(huì)造成預(yù)報(bào)洪水過程比實(shí)際洪水過程洪峰值偏高。

針對(duì)坦化現(xiàn)象，本文選擇回歸分析方法來修正洪水傳播過程帶來的誤差?；貧w分析模型采用線性回歸模型，按照公式，對(duì)模型進(jìn)行求解。

式中：Qy為因變量，即修正后的流量值；Qx為自變量，即修正前的預(yù)報(bào)流量值；β0為參數(shù)值；β1為參數(shù)值。

模型的求解過程見參考[1]。

式中：Qx為修正前的流量過程平均值；Qy為修正后的流量過程平均值；Qxi（i=1，2，…，n）為修正前的流量過程；Qyi（i=1，2…，n）為修正后的流量過程；n為預(yù)報(bào)流量數(shù)目。

2.2 人造雙峰現(xiàn)象

由于百色水庫洪水過程由河道洪水過程和區(qū)間洪水共同組成，當(dāng)區(qū)間產(chǎn)流過程明顯時(shí)，與河道洪水過程線性疊加后，組成的百色水庫洪水過程有明顯的人造洪峰現(xiàn)象，而實(shí)際洪水過程并不存在。

針對(duì)人造洪峰現(xiàn)象，本文采用拋物線法對(duì)洪水過程進(jìn)行修正。根據(jù)公式：

式中：Qy為修正后的流量值；n為預(yù)報(bào)序列；a為參數(shù)值；b為參數(shù)值；

c為參數(shù)值。

3 誤差修正實(shí)例

參照上述模型，本文以百色水庫作為實(shí)例進(jìn)行分析修正。

3.1 修正洪水坦化帶來誤差

從定性的角度分析，不同量級(jí)的洪水坦化過程是不同的，本文對(duì)場(chǎng)次洪水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立不同量級(jí)的回歸模型。分析百色水庫27場(chǎng)場(chǎng)次洪水，滿足區(qū)間產(chǎn)流過程不影響入庫洪水過程的洪水共7場(chǎng)，選取6場(chǎng)作為樣本，由于滿足條件的場(chǎng)次洪水較少，本文直觀的將這6場(chǎng)洪水按照洪峰大小分為兩類。根據(jù)公式（2.1）（2.2）（2.3），求解結(jié)果為洪水類型1：β0=75.6，β1=0.8；洪水類型 2：β0=384，β1=0.68。將 19890722 號(hào)洪水進(jìn)行修正，本場(chǎng)洪水洪峰為1070m3/s，屬于第一類洪水，將修正前后的洪水過程進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，洪水過程線與實(shí)際過程線擬合效果更好。

3.2 修正人造雙峰現(xiàn)象帶來誤差

根據(jù)公式（2.4），模型的求解方法是選擇3個(gè)修正后需要經(jīng)過的點(diǎn)（一個(gè)起始點(diǎn)、一個(gè)終止點(diǎn)、一個(gè)擬合效果較好點(diǎn)），將3組值代入公式（2.4）中進(jìn)行求解，求出參數(shù)a、b、c的值，將需要修正的預(yù)報(bào)洪水過程序列代入模型中，得到修正后的流量過程。再將修正后的洪水總量和流量過程與修正前的進(jìn)行對(duì)比分析。

下面就以20070908號(hào)洪水為例進(jìn)行求解：選取09/10 T9：00為起始點(diǎn)，流量為 3063m2/s，09/11 T12：00 為擬合點(diǎn)流量為 1761m2/s，09/14 T0：00為終止點(diǎn)流量為610m2/s，序列從起始點(diǎn)開始，將三組數(shù)據(jù)（1，3063）、（10，1761）、（30、610）代入模型中，求得結(jié)果為 a=3，b=-178，c=3238，則式（2.4）為：

Qy=3n2-178n+3238

再從起始點(diǎn)時(shí)間開始代入公式，得到修正后的預(yù)報(bào)流量過程。修正前后洪量總誤差為5.4%，修正序列的誤差為12.8%，效果很好。

4 結(jié)論

本文根據(jù)百色水庫的洪水預(yù)報(bào)方案進(jìn)行誤差分析，找出誤差原因，針對(duì)洪水組成過程采用疊加容易出現(xiàn)人造洪峰現(xiàn)象，采用拋物線法對(duì)洪水過程進(jìn)行修正。從實(shí)例中可以看出，經(jīng)過修正后的預(yù)報(bào)洪水過程與實(shí)際洪水過程擬合效果更好。雖然本文提出的洪水預(yù)報(bào)模型修正方法是在百色水庫洪水預(yù)報(bào)方案的基礎(chǔ)上建立的，但同樣可以應(yīng)用于相似流域的洪水預(yù)報(bào)工作中。

[1]包為民.水文預(yù)報(bào)（第3版）[M].中國水利水電出版社，2006.

[2]王猛，王妍.基于人工經(jīng)驗(yàn)的洪水預(yù)報(bào)修正方法研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2014（3）：22～23.