周秋澍

【摘 要】中期降雨預(yù)報(bào)為發(fā)電調(diào)度模型和中長(zhǎng)期的降雨徑流預(yù)報(bào)提供了有效的信息。在對(duì)水電站、水電群等進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化時(shí)，徑流的不確定性影響很大。在建立優(yōu)化運(yùn)行模型時(shí)，最重要的輸出就是徑流。對(duì)徑流的描述是否和實(shí)際相符，對(duì)求解結(jié)果、優(yōu)化運(yùn)行模型等是否可以用到實(shí)際當(dāng)中去影響十分大。影響徑流過程的因素有很多，包括地理因素和氣象因素，徑流過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，是一個(gè)高度復(fù)雜的過程。如果想要提高徑流過程的預(yù)報(bào)精度，那么必須借助定量降水預(yù)報(bào)。

【關(guān)鍵詞】GFS；預(yù)報(bào)信息；水電站運(yùn)行；代表站點(diǎn)；模型構(gòu)建

0.前言

氣象預(yù)報(bào)如果和水文進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，那么極有可能提高水庫(kù)調(diào)度的水平。氣象預(yù)報(bào)的特點(diǎn)有：傳遞迅速、直觀、信息量大。而且具有成因的基礎(chǔ)，現(xiàn)階段數(shù)值預(yù)報(bào)的精度在不斷提高，數(shù)值預(yù)報(bào)模式也在不斷完善，因此在水庫(kù)調(diào)度過程中，數(shù)值預(yù)報(bào)模式發(fā)揮的作用將越來越大。據(jù)邱瑞田、程春田等人進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析，未來二十四小時(shí)和未來四十八小時(shí)的有雨還是無雨的預(yù)報(bào)，其準(zhǔn)確程度已經(jīng)達(dá)到了可以利用的程度，在水庫(kù)防洪調(diào)度時(shí)也發(fā)揮著指導(dǎo)的作用。但是，水電站的水庫(kù)不僅需要短期調(diào)度，還需要進(jìn)行中長(zhǎng)期的調(diào)度。在中長(zhǎng)期調(diào)度中，二十四小時(shí)和四十八小時(shí)的預(yù)報(bào)都是無法滿足需要的，需要預(yù)報(bào)一旬、一個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間的有無雨以及級(jí)別預(yù)報(bào)。在水電站的水庫(kù)進(jìn)行中長(zhǎng)期的調(diào)度時(shí)，如果能對(duì)徑流進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)并充分利用這些信息，而且補(bǔ)充徑流的描述模型，使模型和實(shí)際能夠更接近，那么發(fā)電效益將會(huì)更大。

然而水庫(kù)汛期到來的規(guī)律性十分不確定，如果只是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)徑流的方法，那么預(yù)報(bào)的效果將會(huì)很不準(zhǔn)。近些年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、氣象預(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展很快，氣象預(yù)報(bào)部門也發(fā)生了一些變化，開始在網(wǎng)頁(yè)上公布十天至十四天的預(yù)報(bào)的降雨數(shù)值，對(duì)這些信息進(jìn)行初步的分析，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有了利用的價(jià)值。梁國(guó)華、王國(guó)利等人將這些預(yù)報(bào)信息用在了某水庫(kù)的調(diào)度中，取得了很好的效果。本文利用GFS發(fā)布的未來十天至十四天的天氣信息，并為其信息建立了統(tǒng)計(jì)方法，以二灘水電站為例，研究了利用徑流預(yù)報(bào)信息改進(jìn)運(yùn)行方面決策的方法。

1.選取代表站點(diǎn)

GFS全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)是美國(guó)的一種預(yù)報(bào)模式，由美國(guó)的國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心研制。GFS預(yù)報(bào)的信息是免費(fèi)供人們使用的，所預(yù)報(bào)的信息由固定的網(wǎng)站定時(shí)進(jìn)行發(fā)布，預(yù)報(bào)的模型是每天預(yù)報(bào)四個(gè)時(shí)間段，分別是三點(diǎn)半、九點(diǎn)半、十五點(diǎn)半、二十一點(diǎn)半等，每次間隔的時(shí)間段是六個(gè)小時(shí)，滾動(dòng)發(fā)布未來十天至十四天的降雨數(shù)值。

在水電站運(yùn)行時(shí)是否可以采用預(yù)報(bào)降雨數(shù)值的產(chǎn)品，取決于其對(duì)降雨累積量預(yù)報(bào)的精度和降雨總量出現(xiàn)的誤差。降雨過程對(duì)水電站的水庫(kù)沒有多大的影響，對(duì)水電站的運(yùn)行也影響不大。

1.1 GFS數(shù)值讀取

GFS給出的預(yù)報(bào)信息中的降雨數(shù)值是等值線的形式，有兩種方法可對(duì)其進(jìn)行讀取，一種是觀察站點(diǎn)和內(nèi)圈等值線、外圈等值線之間的距離，具體計(jì)算時(shí)則是該點(diǎn)預(yù)報(bào)的降雨量等于距離的加權(quán)平均數(shù)。另一種則是站點(diǎn)預(yù)報(bào)的降雨量等于站點(diǎn)所在區(qū)域外圈的等值線的數(shù)值。

1.2讀取二灘水電站的數(shù)值

二灘水電站的主要功能是發(fā)電，是一座大型的水利樞紐。位于四川省攀枝花市，建在了雅礱江的下游。在水電站建立的地方，常年的徑流量平均為每秒1670立方米，在正常情況下，水庫(kù)蓄水的水位是一千二百米，調(diào)節(jié)的庫(kù)容達(dá)到了33.7*108立方米，本質(zhì)上屬于季節(jié)性調(diào)節(jié)的水庫(kù)，所查資料與實(shí)際調(diào)查相符。選取雅礱江流域的六個(gè)站點(diǎn)作為代表，所選的六個(gè)站點(diǎn)代表不同的區(qū)域段。六個(gè)站點(diǎn)分別是：小得石、溫泉、樹河、打羅、列瓦、滬寧，調(diào)查六個(gè)站點(diǎn)一旬的降雨量，將數(shù)值相加后除以六，作為二灘流域降雨量的代表值。

2.讀取旬預(yù)報(bào)的降雨總量

（1）觀察并計(jì)算預(yù)報(bào)六個(gè)站點(diǎn)未來降雨過程的平均值。

（2）任意選取預(yù)報(bào)的未來一個(gè)旬的降雨過程。

（3）將預(yù)報(bào)這一旬的降雨過程的降雨進(jìn)行累加，計(jì)算出累加值。

需要提出的是，GFS所預(yù)報(bào)的降雨，其預(yù)報(bào)精度的單位是每六小時(shí)的毫米數(shù)，在對(duì)降雨總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，一定要注意是六個(gè)小時(shí)。尋找GFS2002年至2006年的降雨預(yù)報(bào)信息，統(tǒng)計(jì)汛期（在二灘流域是五月上旬至九月下旬）內(nèi)GFS對(duì)降雨的預(yù)報(bào)信息，結(jié)果如下圖：

由此圖可以看出，GFS對(duì)降雨的預(yù)報(bào)，其數(shù)量上是不準(zhǔn)確的，但對(duì)變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)卻基本上與現(xiàn)實(shí)一致。因此，可以結(jié)合徑流、前期降雨等因素，對(duì)GFS的預(yù)報(bào)信息進(jìn)行靈活運(yùn)用，定期預(yù)報(bào)河流每旬流入水庫(kù)的水量，研究預(yù)報(bào)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行決策和實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生的影響。

3.構(gòu)建模型并分析誤差

入庫(kù)流量決定著最終的調(diào)度決策，影響入庫(kù)流量的因素很多。在建立入庫(kù)流量的模型時(shí)，既要考慮預(yù)報(bào)的降雨量，也要考慮上旬的實(shí)際徑流量和實(shí)際降雨量，將這些也作為預(yù)報(bào)入庫(kù)流量的影響因素。在二灘水電站，一般情況下六月下旬至九月下旬是蓄水期，五月上旬至六月中旬是供水期。蓄水期的土壤含水量、下墊面與供水期的是不同的。因此要分別建立預(yù)報(bào)模型。公式如下：

Q=β+βR+βR+βQ

在這個(gè)公式中，Q代表平均凈流量，t代表時(shí)段，Rft代表預(yù)報(bào)的t時(shí)間段的降雨的總量；Rt-1代表的是上一個(gè)時(shí)間段實(shí)際的降雨總量；所有的β都代表回歸系數(shù)。在具體估算模型參數(shù)時(shí)可以參考湯成友的論文著作。由于資料欠缺，本文的Rft只能代表所預(yù)報(bào)降雨的過程，而無法找到所預(yù)報(bào)降雨的總量，在估算模型時(shí)考慮誤差。

查找2002年至2006年的GFS預(yù)報(bào)降雨的資料，輸入2002年至2005年的預(yù)報(bào)降雨的資料，并以此作為樣本然后建立模型，2006年的資料用來對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。供水期的估算結(jié)果如下：

Q=-165.10+1.01R+15.17R+1.16Q

蓄水期的估算結(jié)果如下：

Q=173.10+13.84R+4.87R+0.56Q

實(shí)際徑流量和預(yù)報(bào)徑流量的對(duì)比如下：

從上圖我們看出，所預(yù)報(bào)的徑流量和實(shí)際的徑流量雖然變化趨勢(shì)還是相符的，但數(shù)量上卻有不小的差距，因此無法對(duì)水電站實(shí)際的水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行工作進(jìn)行定量指導(dǎo)。因此可將預(yù)報(bào)的結(jié)果分為三級(jí)來進(jìn)行分析，分別是豐級(jí)、平級(jí)、枯級(jí)，如果精度很高，那么可以制定規(guī)則來對(duì)水庫(kù)運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)。徑流預(yù)報(bào)是否合格的標(biāo)準(zhǔn)是：統(tǒng)計(jì)以前同時(shí)段的預(yù)報(bào)資料，發(fā)生頻率用P來代表，如果P在百分之二十五以下，那么則為豐級(jí)；如果P在百分之二十五至百分之七十五之間，那么則為平級(jí)；如果P在百分之七十五以上，那么則為枯級(jí)。如果實(shí)際徑流的等級(jí)和預(yù)報(bào)的等級(jí)相等，那么就為合格。如果預(yù)報(bào)的結(jié)果和實(shí)際相反，例如實(shí)際是枯級(jí)預(yù)報(bào)為豐級(jí)，實(shí)際是豐級(jí)反而預(yù)報(bào)為枯級(jí)，那么就屬于誤報(bào)。三級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果如下：

從表中可以看出，2000年至2005年的預(yù)報(bào)合格率大約為百分之七十八，2006年的預(yù)報(bào)合格率達(dá)到了百分之百，二者的誤報(bào)率都是零，三級(jí)預(yù)報(bào)的精度已經(jīng)表明，三級(jí)預(yù)報(bào)可以利用。2006年為特枯級(jí)別，預(yù)報(bào)全部合格，這說明預(yù)報(bào)信息可利用的程度十分高，而誤報(bào)率達(dá)到零可以說明預(yù)報(bào)結(jié)果最差也能達(dá)到不導(dǎo)致決策失誤的程度。

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