楊春輝，張玥，孟祥國

（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

尼爾基水利樞紐控制流域面積達到6.64萬km2，流域多年平均徑流量104.7億m3，流域內多年平均降水量400～500 mm，屬于半濕潤地區(qū)，因此在水文預報的產流部分適用性很強的API模型較為適用。本方法是在API模型的基礎之上，結合該流域獨特的產、匯流特性，為了提高流域水文預報的精度和API模型的可操作性而進行改進的一種產流預報方法。

1 資料選取

根據《水文情報預報規(guī)范》要求，在資料的選取上應有一定的代表性，即：應包括大、中、小、復式、單峰的洪水。本文中庫莫屯控制流域選取了石灰窯、庫莫屯、松嶺、古里、霍龍門、新天、壯志、罕達氣8個雨量站1976—2005年的降雨資料作為該控制流域面平均雨量計算的原始資料，以庫莫屯水文站1976—2005年的流量資料作為該流域洪水過程的原始資料。柳家屯控制流域選取了吉文、加格達奇、柳家屯3個雨量站1971—2005年的降雨資料作為該控制流域面平均雨量計算的原始雨量，以柳家屯水文站1971—2005年的流量資料作為該流域洪水過程的原始資料?？坪罂刂屏饔蜻x取了科后、新民2個雨量站1980—2005年的降雨資料作為該控制流域面平均雨量計算的原始雨量，以科后水文站1971—2005年的流量資料作為該流域洪水過程的原始資料。選定3個流域的降雨和流量資料之后分別對各個流域內的場次洪水進行洪水分割和選取等基本工作。

2 預報方案

2.1 方案介紹

水文預報模型按照產流機制主要分為物理模型、數學模型、黑箱子模型等。API模型屬于黑箱子模型，它是以流域降雨產流的物理機制為基礎，以主要的影響因素作參變量，建立降雨量P和產流量R之間的定量相關關系。常用的參變數有Pa（前期影響雨量指數，反應前期土濕），k0（Pa折減系數）等。即

在實際的預報操作中，建立P～Pa～R的關系曲線，根據降雨量P以及前期雨量指數Pa查得相應的產流量。尼爾基水利樞紐控制流域面積達6.64萬km2，匯流時間較長，且在歷史的降雨和流量資料中很難找到峰后無雨的洪水過程，因此增加了該方案建立過程中洪水分割的難度和誤差。

為了使該方案在尼爾基水庫洪水預報中的精度更高，結合該流域的雨洪特性，對該方案進行了適當的改進，即直接建立前期雨量指數Pa和綜合產流系數k的函數關系如公式（2）；再通過產流系數計算一個降雨時段內的產流量R，如公式（3）。以上Pa，K，R均通過分割洪水得到。這樣既減小了在方案建立過程中分割場次洪水的難度，又在一定程度上增加了該方案的適用性和精度。

在公式（2）中，Pan為第n個時段的前期雨量指數，其計算方法如公式（4）所示。

在公式（4）中k0為折減系數，通過對該流域蒸散發(fā)特性的分析和對歷史洪水預報的檢驗，在該流域中取0.98；Pn-1為第n-1個時段的降雨；En-1為第n-1個時段的蒸發(fā)。

2.2 方案的構造

尼爾基水利樞紐控制流域內庫莫屯、柳家屯、科后3個水文站總的控制流域面積達到5.92萬km2，占整個樞紐控制流域面積（6.64萬km2）的89%。因此，可以分別預報以上3個斷面的洪水過程，再通過河道匯流演算，演算至尼爾基入庫流量。這樣分區(qū)域可以將整個流域不同地理位置的產流特性細化，進而增加尼爾基入庫洪水預報的精度。

將庫莫屯以上流域、柳家屯以上流域、科后以上流域3個區(qū)域的降雨和流量資料分別進行場次洪水分割，計算每個區(qū)域各個場次洪水的產流系數K和它所對應的前期雨量指數Pa，按照不同的降雨量級繪制相應的產流系數曲線，見圖1-3。

圖1 庫莫屯以上流域降雨產流系數曲線

圖2 柳家屯以上流域降雨產流系數曲線

通過分析圖1—3，各個斷面控制以上流域內產流系數（K）與前期雨量指數（Pa）均成較好的對數分布，因此可以利用對數曲線來代替各個流域的產流系數曲線。

在此利用相關系數r來說明K和R的線性相關程度，相關系數（r）越大說明兩個變量的相關程度越高，當｜r｜＞0.8時認為兩個變量高度相關，通過計算，各個區(qū)域K和R的線性相關系數如表1所示。

圖3 科后以上流域產流系數曲線

表1 各區(qū)域相關系數統(tǒng)計表

通過分析表1，各流域的綜合產流系數K和Pa均成較好的對數相關。

2.3 方案精度評定

利用上述各個流域的綜合產流系數曲線預報其歷史來水過程中部分場次洪水的產流量，并與實際產流量進行對比，對其進行誤差計算，其對比及計算結果見表2-4。

《根據水文情報預報規(guī)范》對預報許可誤差的要求，以實測值的20%作為徑流量預報許可誤差。按照此標準對庫莫屯、柳家屯、科后3個斷面控制流域的預報徑流量精度進行計算，其計算結果：庫莫屯控制流域為100%，柳家屯控制流域為84.3%，科后控制流域為100%。根據《根據水文情報預報規(guī)范》對預報項目合格率評定等級（合格率QR≥85%為甲級，85%＞QR≥70%為乙級，70%＞QR≥60%為丙級）的要求，除柳家屯斷面控制流域的徑流量預報合格率（84.3%）為乙等預報水平外，其余兩個斷面控制流域的預報合格率均為甲等預報水平。分析柳家屯斷面控制流域的預報合格率相對較低的原因：在資料選取時該流域只選取3個雨量站（吉文、加格達奇、柳家屯）的雨量數據作為面平均雨量計算的原始數據，而該流域面積達到1.97萬km2，遠遠超出了《水文站網規(guī)范的要求》，因此其預報精度相對較低。

2.4 方案檢驗

利用上述方法進行產流量計算，單位線匯流的方法進行匯流計算，對3個流域控制斷面的洪水過程進行預報，再利用現有的短期洪水預報方案的計算方法將其演算至尼爾基入庫流量。為了更能體現該產流方案在流域所發(fā)生的不同量級洪水適用性，在此對特大洪水年1998年，水庫建成之后2006—2012年的入庫洪水過程進行了預報，其中2007年為特別枯水年，全年來水量較少，沒有對其來水過程進行預報。預報結果見圖4。

3 結論與建議

改進的API模型用于尼爾基水利樞紐控制以上流域，滿足《水文情報預報規(guī)范》中對產流量預報精度的要求，其中庫莫屯和科后為甲等預報水平，柳家屯為乙等預報水平；在1998年6月的歷史特大洪水的洪水過程預報中，峰現時間和洪量均與實測值形成了良好的一致性，1998年8月的洪水過程擬合程度不高可能是由于在匯流部分出現問題（如單位線選擇不夠合理等），在今后的工作中還需要進一步的改進和完善；在水庫建成之后（2006—2012年）的預報洪水過程和實測洪水過程擬合程度較好。因此，改進的API模型可以考慮應用于尼爾基水利水利樞紐洪水預報中。

表2 庫莫屯以上流域徑流量預報成果表

表3 柳家屯以上流域徑流量預報成果表

續(xù)表3 柳家屯以上流域徑流量預報成果表

表4 科后以上區(qū)域徑流預報成果表

合適的水文預報方法可以提高流域內的水文預報精度，必要的水文基礎設施在提高水文預報的精度上也起到了決定性的作用。在本文中，柳家屯斷面控制以上流域由于雨量站的不足導致其預報方案的精度相對較低，因此建議適當的增加雨量站的密度以提高尼爾基水庫水文預報精度，滿足水庫調度要求。

圖4 各年預報入庫洪水過程線

尼爾基水利樞紐控制流域有其獨特的自然地理特性，因此以需要在今后的工作中不斷研究和探索，尋找適合它的產匯流方法?？梢詫鴥韧庖呀洺尚蔚乃念A報方法拿來試用，也可以根據流域的特性將其進行適當地改進，以達到提高洪水預報的精度，延長預見期的目的，使尼爾基水利樞紐更好地發(fā)揮其社會效益和經濟效益。

［1］包為民.水文預報［M］.北京：中國水利水電出版社.

［2］水利部水利信息中心.SL250-2000，水文情報預報規(guī)范［S］.

［3］尼爾基水庫調度處.水庫調度手冊［R］.

［4］水利部水文局，長江水利委員會水文局.水文情報預報技術手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.