一種基于分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)應(yīng)用研究

焦顯松

(安慶水務(wù)局，安徽 安慶 246003)

皖西南安慶、池州區(qū)域在中小河流洪水預(yù)報(bào)模型構(gòu)架中，針對(duì)流域水文預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)以上建設(shè)有水利工程控制的較普遍的現(xiàn)象，由于水利工程的建設(shè)，改變了區(qū)域產(chǎn)匯流特性，針對(duì)這種情況，提出分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型的構(gòu)架思路；并依據(jù)大量的歷史洪水資料，分析率定分區(qū)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)匯流參數(shù)。分區(qū)構(gòu)架后的洪水預(yù)報(bào)模型實(shí)際洪水預(yù)報(bào)作業(yè)應(yīng)用時(shí)取得較好的預(yù)報(bào)效果。

1 構(gòu)架思路

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)流量分配過程。

2 分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型實(shí)例

2.1 資料選用

(1)水利工程資料。收集釣魚臺(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；收集釣魚臺(tái)渠首實(shí)測(cè)流量資料以及灌溉用水情況。

(2)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))，釣魚臺(tái)子單元至宿松水文站區(qū)間(宿松、石嘴頭、釣魚臺(tái))1993年以后的降雨量資料。

2.2 水利工程下泄流量單元演算參數(shù)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試以新安江模型為基礎(chǔ)，以釣魚臺(tái)獨(dú)立單元和區(qū)間降雨形成的徑流疊加合成為宿松水文站斷面的流量的模型構(gòu)架作為調(diào)試的洪水預(yù)報(bào)方案。給定馬斯京根法參數(shù)(以下簡(jiǎn)稱馬法)C0、 C1、 C2分別(1，0，0)，(0，1，0)，(0，0，1)，(0.33，0.33，0.34)4組馬法參數(shù)優(yōu)選調(diào)試值，以090609，080609號(hào)洪峰作為馬法參數(shù)調(diào)試標(biāo)的，2場(chǎng)次洪峰馬法3參數(shù)多種優(yōu)選值調(diào)試統(tǒng)計(jì)分析表如表1所列。

表1顯示僅以場(chǎng)次洪峰統(tǒng)計(jì)為標(biāo)的，090609洪峰流量預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)值誤差最大的-89.4%，080609洪峰流量預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)值誤差最大的為-82.8%，均出現(xiàn)在馬法三參數(shù)(0，0，1)組；090609峰現(xiàn)時(shí)間與預(yù)報(bào)時(shí)間誤差最大的為6t，080609峰現(xiàn)時(shí)間與預(yù)報(bào)時(shí)間誤差最大的為4t，均出現(xiàn)在馬法三參數(shù)(0，0，1)組；090609確定性系數(shù)最大值為0.86，080609確定性系數(shù)最大值為0.62，均出現(xiàn)在馬法三參數(shù)(0.33，0.33，0.34)組。以上統(tǒng)計(jì)分析顯示，馬法三參數(shù)中的C0、C2如果取值過大，均會(huì)增大洪峰流量預(yù)報(bào)值與峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)值與實(shí)際值之間的誤差，C0過大時(shí)預(yù)報(bào)峰現(xiàn)時(shí)間提前，C2過大時(shí)洪峰預(yù)報(bào)洪峰過程將坦化。給定的4組初始調(diào)試值以C0、 C1、 C2(0.33，0.33，0.34)綜合評(píng)定級(jí)別最高(以確定性系數(shù)作為評(píng)定標(biāo)的)。選擇C0、 C1、 C2(0.33，0.33，0.34)作為與實(shí)際模擬的馬法三參數(shù)調(diào)試初始值。

表1 馬法三參數(shù)多種優(yōu)選值調(diào)試統(tǒng)計(jì)分析表

以上系統(tǒng)調(diào)試分析出的結(jié)果含有釣魚臺(tái)子單元與宿松站區(qū)間降雨的影響因素在內(nèi)，為進(jìn)一步分析釣魚臺(tái)子單元的出流過程對(duì)宿松水文站斷面出流過程的影響，剔除釣魚臺(tái)子單元與宿松水文站區(qū)間降雨過程所產(chǎn)生的徑流，選取區(qū)間降雨而宿松站測(cè)流斷面產(chǎn)生洪峰過程的090217號(hào)場(chǎng)次洪峰，以系統(tǒng)調(diào)試初始值C0、 C1、 C2(0.33，0.33，0.34)為方案1作為初選值，進(jìn)一步建立搜索區(qū)間，分別以0.01，0.02為搜索步長(zhǎng)值，經(jīng)過計(jì)算機(jī)云計(jì)算，并與實(shí)際洪峰過程擬合，最終選定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)比表見表2，成果圖如圖1所示。

圖1 馬法三參數(shù)優(yōu)選對(duì)比成果圖

表2顯示，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。

表2 馬法參數(shù)最終優(yōu)選成果對(duì)比分析表

2.3 分區(qū)構(gòu)架洪水預(yù)報(bào)模型擬合

用1993-2015年共23場(chǎng)次洪峰資料驗(yàn)證以釣魚臺(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)表如表3所列。洪峰流量合格率為73.9%，峰現(xiàn)時(shí)間合格率100%。

表3 宿松站次洪模型預(yù)報(bào)合格率及等級(jí)表

2.4 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、2017、20183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0.9h，最小0.2h，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1.5h，最小1h，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)表如表4所列。

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

3 結(jié)束語(yǔ)

分區(qū)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，實(shí)際洪水預(yù)報(bào)作業(yè)中取得了較好的效果，為防汛決策部門作出決策提供了有力的技術(shù)支撐。

分區(qū)構(gòu)架模型中的馬斯京馬法3參數(shù)的調(diào)試是基于2個(gè)假定的基礎(chǔ)上的，認(rèn)為馬法2個(gè)假定及認(rèn)為K(穩(wěn)定流槽蓄曲線的坡度)及x(反映河槽調(diào)蓄能力)為常數(shù)，實(shí)際上這2個(gè)假定是不成立的，同時(shí)由于水庫(kù)資料觀測(cè)項(xiàng)目的精度問題，無疑給馬法三參數(shù)的優(yōu)選結(jié)果的精度都會(huì)帶來影響，所以在以后的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)過程中，應(yīng)及時(shí)掌握上游來水情況，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)值較大時(shí)，應(yīng)對(duì)洪水預(yù)報(bào)方案構(gòu)架中的各項(xiàng)要素及馬法三參數(shù)作出必要的修正。

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。