劉建軍，黃建輝，王成雄，張永勝

（1.吉林省吉能電力有限公司兩江分公司，吉林安圖133600；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 基本概況

降雨徑流預(yù)報是根據(jù)流域內(nèi)一次降雨過程，通過降雨徑流關(guān)系計算產(chǎn)流量，然后采用經(jīng)驗單位線計算匯流，從而得到流域出口斷面流量過程的預(yù)報方法。降雨徑流預(yù)報考慮了流域產(chǎn)、匯流的物理成因，更側(cè)重于響應(yīng)系統(tǒng)的黑箱子綜合因素，方法簡便實用，精度較高，在實際預(yù)報中得到廣泛的應(yīng)用。

兩江水電站地處吉林省安圖縣兩江鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址位于二道松花江與富爾河匯合口以上18 km處，壩址以上控制流域面積2970 km2。壩址多年平均徑流量12.08億m3，水庫總庫容2.105億m3，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫。

兩江水電站水情自動測報系統(tǒng)于2000年建成并投入運行，系統(tǒng)現(xiàn)配置有新安江洪水預(yù)報模型。2010年、2013年本流域特大洪水發(fā)生后，在運行中發(fā)現(xiàn)新安江模型洪水預(yù)報精度不高，缺少與其它預(yù)報方案的相互檢驗印證，難以為水庫防洪調(diào)度提供可靠依據(jù)。因此，分析制定兩江水電站降雨徑流預(yù)報方案進行水庫洪水預(yù)報是十分迫切的。降雨徑流預(yù)報是采用降雨、前期影響雨量和產(chǎn)流量三變數(shù)的經(jīng)驗相關(guān)圖法進行產(chǎn)流量預(yù)報，并在產(chǎn)流量預(yù)報基礎(chǔ)上由經(jīng)驗單位線法預(yù)報流量過程。預(yù)報計算流程見圖1。

圖1 預(yù)報計算流程圖

2 產(chǎn)流方案

2.1 產(chǎn)流方式分析

二道松花江流域地處我國北方濕潤和半濕潤地區(qū)，雨量充沛，流域多年平均降雨量682.4 mm，且主要集中在汛期；流域內(nèi)植被良好，覆蓋率高，表土的下滲能力強，壤中流和地下徑流豐富，且一次洪水過程多呈現(xiàn)漲洪陡、落洪緩的形式；一次降雨過程的總產(chǎn)流量主要決定于前期土濕和降雨量的多少。經(jīng)綜合分析，兩江水電站以上流域以蓄滿產(chǎn)流為主。

根據(jù)兩江水電站所在流域內(nèi)的河流分布及水文站網(wǎng)分布情況，選定兩江水電站入庫斷面作為洪水預(yù)報控制斷面，有效預(yù)見期為6 h。

2.2 產(chǎn)流參數(shù)計算

1）流域平均降雨量。流域平均降雨量采用泰森多邊形法計算，其計算公式為：

P=ΣKiPi

式中：P——流域平均降雨量，mm；Ki——面積權(quán)重系數(shù)，Ki=fi/F；Pi——單站降雨量，mm。

泰森多邊形法面積權(quán)重系數(shù)成果見表1。

表1 泰森多邊形法面積權(quán)重系數(shù)成果表

2）流域最大蓄水量。流域最大蓄水量（Im）是指在降雨前，土壤含水量很小或接近于零，發(fā)生較大降雨后的損失量。在進行流域最大蓄水量計算時，選擇歷年實測雨洪資料中久旱無雨之后降雨較大且又產(chǎn)生徑流的資料，經(jīng)綜合分析，兩江水電站以上流域的最大蓄水量（Im）為120 mm。

3）土壤含水量折減系數(shù)。土壤含水量折減系數(shù)是計算前期影響雨量（Pa）的主要參數(shù)，它直接影響降雨徑流關(guān)系，一般先根據(jù)實測雨洪資料和地區(qū)綜合經(jīng)驗初定一組數(shù)據(jù)，然后通過反復(fù)調(diào)試計算以與實測資料擬合最佳為目標進行優(yōu)選。土壤含水量折減系數(shù)的計算公式為：

K=1－Em/Im

式中：Em——流域日蒸發(fā)能力，mm；Im——流域最大損失量，mm。

兩江水電站以上流域松江站，自建站以來積累了多年蒸發(fā)資料，是這次計算流域各月日蒸發(fā)能力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。土壤含水量折減系數(shù)見表2。

表2 兩江水電站以上流域土壤含水量折減系數(shù)表

4）前期影響雨量Pa。前期影響雨量（Pa）反映了洪水前期流域內(nèi)土壤的蓄水情況，可作為土壤含水量的指標。計算公式如下：

Pa（t+1）=K（Pat+Pt）

式中：Pt——t日降雨量，mm；Pat——t日前期影響雨量，mm；Pa（t+1）——t+1日前期影響雨量，mm；K——土壤含水量消退系數(shù)。

考慮到Pa計算中未扣除產(chǎn)流量影響，故以流域最大損失量Im做限制（即Pa≤Im）。

2.3 徑流深計算

根據(jù)歷年實測資料中選取50場洪水過程計算徑流深。對所選定的每場洪水，參照對應(yīng)的降雨過程，首先用退水曲線割去前次洪水的退水和后次降雨所形成的徑流，再割去基流，即得到這次降雨所形成的流量過程，然后利用列表法分別摘取各時段的流量Qi計算徑流深。計算公式如下：

R=3.6×△t×ΣQi/A

式中：R——一次降雨的總徑流深，mm；ΣQi——各時段流量的總和，m3/s；△t——時段長（取3 h）；A——集水面積，km2。

2.4 降雨徑流相關(guān)圖建立

通過選取雨洪對應(yīng)關(guān)系明顯、次洪流量易于分割的大、中、小水不同量級雨洪過程，分別計算出各場次洪水的P，Pa和R值，繪制（P+Pa）～R相關(guān)圖，即得兩江水電站降雨徑流相關(guān)圖（見圖2）。

圖2 兩江水電站降雨徑流相關(guān)關(guān)系圖

3 匯流方案

流域匯流計算（即洪水過程預(yù)報）采用單位線法。在產(chǎn)流計算的基礎(chǔ)上，對實測資料進行優(yōu)選，分析推求可選用的一組經(jīng)驗單位線。分析單位線的雨洪資料按以下原則選用：

1）盡量選用降雨集中，歷時較短的單峰洪水過程。

2）降雨過程與洪水過程相對應(yīng)。

3）洪水漲落過程明顯，如系復(fù)峰洪水，則前后場次洪水易于分割。

4）盡量選擇大、中洪水，且暴雨高值區(qū)各異、具有代表性的洪水。

兩江水電站自水庫建成后對上游的匯流及峰現(xiàn)時間等均有一定的影響，所以匯流方案以入庫流量過程及對應(yīng)的各站降雨資料為基礎(chǔ)進行單位線分析計算。經(jīng)過篩選，分析確定了具有一定代表性的5條單位線作為匯流計算的依據(jù)。各單位線凈雨深為10 mm、時段長為1 h。

4 洪水預(yù)報方法和步驟

兩江水電站入庫洪水預(yù)報通過以下方法和步驟來實現(xiàn)：

1）結(jié)合水情自動測報系統(tǒng)遙測雨量站網(wǎng)發(fā)布的單站降雨量計算出流域面平均降雨量（P）。

2）以6月1日作為計算Pa的起始日期，并連續(xù)計算每日的Pa值，且保持Pa最大值不超過Im。由一次洪水的Pa值，與各時段累積降雨量相加，即可確定各時刻的P+Pa值。

3）通過P+Pa值在降雨徑流相關(guān)線上查得凈雨量累積值，并據(jù)此計算出從降雨開始時刻到降雨結(jié)束時每一時刻的累積凈雨量，相鄰時段的累積凈雨量之差即為時段凈雨量。

4）根據(jù)雨型、雨量大小、降雨中心位置、前期影響雨量等因素，選定相應(yīng)的單位線。

5）根據(jù)時段凈雨量和選定的單位線進行匯流計算，得到本次降雨對應(yīng)的洪水過程。

6）由計算出的本次降雨洪水過程加上起漲點的前次退水過程（退到基流時，采用基流值），即得預(yù)報的入庫洪水過程。

5 結(jié)論及建議

1）該流域地處濕潤和半濕潤地區(qū)，雨量較充沛，降雨總產(chǎn)流量主要決定于前期土濕和降雨量的多少，屬蓄滿產(chǎn)流區(qū)，應(yīng)用降雨徑流預(yù)報方法是合適的。

2）通過對流域降雨及洪水過程的統(tǒng)計分析，確定該降雨徑流預(yù)報方案的預(yù)見期為6 h。

3）經(jīng)預(yù)報檢驗計算，產(chǎn)流預(yù)報合格率為82%；洪峰流量預(yù)報合格率為80%；峰現(xiàn)時間預(yù)報合格率為80%。預(yù)報等級為乙級，達到預(yù)報發(fā)布要求。

4）由于受資料條件的限制，該預(yù)報方案的精度為乙級，精度相對較低，建議隨著水庫雨情、水情資料的逐步積累，對計算參數(shù)進行補充率定和修正。

5）在單位線的選擇上，應(yīng)詳細分析降雨的分布、雨型、強度等因素合理選取。

6）作業(yè)預(yù)報時，應(yīng)在掌握本流域暴雨洪水特點的基礎(chǔ)上，積累預(yù)報經(jīng)驗，以提高對實際洪水預(yù)報的操控能力。