□張宏圖 □郝敬偉 □李 敏（河南省陸渾水庫(kù)灌溉工程管理局）

0 前言

陸渾水庫(kù)位于河南省嵩縣伊河中游，控制流域面積3492km2，總庫(kù)容13.20億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水庫(kù)，它承擔(dān)著洛陽(yáng)防洪、黃河下游防洪和水庫(kù)本身保壩三大防洪任務(wù)。自1977年以來，由陸渾水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)會(huì)戰(zhàn)小組所做的“單元匯流單位線預(yù)報(bào)”模型一直是水庫(kù)及時(shí)獲得水情信息，進(jìn)行有效防洪的基礎(chǔ)。2000年6月，該預(yù)報(bào)模型又被武漢大學(xué)移植到為陸渾水庫(kù)洪水調(diào)度系統(tǒng)新研發(fā)的洪水預(yù)報(bào)調(diào)度軟件的相關(guān)模塊中，但預(yù)報(bào)結(jié)果仍不理想，誤差較大，文章從單位線預(yù)報(bào)原理及實(shí)際作業(yè)方面對(duì)產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 單元匯流單位線預(yù)報(bào)方案

“單元匯流單位線”預(yù)報(bào)方法是遼寧大伙房水庫(kù)管理局在華東水院建議的“流域匯流計(jì)算方法”基礎(chǔ)上提出的。所謂單元匯流單位線是指單元面積出流的單位線經(jīng)過河槽匯流的多河段連續(xù)演算至流域出口斷面的單位凈雨的流量過程線，是在各單元互不干擾即線性疊加的假定下，各個(gè)單元的凈雨按時(shí)程分配，通過單元匯流單位線的轉(zhuǎn)換，按時(shí)序相加，即為出口斷面的流量過程線。單元匯流單位線預(yù)報(bào)的具體方法是：將流域劃分為若干塊單元面積，降雨以后，在各單元的出口斷面處，都將產(chǎn)生相應(yīng)的徑流過程，把每個(gè)單元的出流過程分別從單元出口斷面處開始，進(jìn)行河道匯流計(jì)算，演進(jìn)至流域出口斷面處，求得各單元在流域出口斷面處的流量過程線，然后將各單元降雨在流域出口斷面處所產(chǎn)生的流量過程線進(jìn)行線性疊加，得到流域的出流過程線。此方法有兩個(gè)特點(diǎn)：一是由于流域劃分成單元塊，可以自然消除全流域降雨產(chǎn)流不均勻所造成的誤差；二是提供了探討大洪水單位線外延的途徑。如在單元面積出流上可以采用單位線的分級(jí)；在河槽匯流上可以改變傳播河段數(shù)。

2 單位線預(yù)報(bào)在陸渾水庫(kù)的應(yīng)用

圖1 陸渾水庫(kù)單元面積劃分及水文雨量測(cè)站布置示意圖

1976年2月，在學(xué)習(xí)“單元匯流單位線”方法的基礎(chǔ)上，由水電部水利調(diào)度研究所、水電部第十一工程局、河南省水文總站、黃委會(huì)水文處、陸渾水庫(kù)管理處等單位的有關(guān)同志通過流域的實(shí)地察看和資料分析，編制了水庫(kù)當(dāng)年的度汛預(yù)報(bào)方案。1976年11月至1977年1月在北京水調(diào)所組成了洪水預(yù)報(bào)會(huì)戰(zhàn)小組，在第一階段工作的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充論證和修訂了上述方案中有關(guān)單元單位線的部分，編制了《應(yīng)用單元匯流單位線編制陸渾水庫(kù)入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案》，該方案被使用至今。在實(shí)際運(yùn)用中，該方案的實(shí)施有計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)和人工預(yù)報(bào)兩種方式，但預(yù)報(bào)結(jié)果均不太理想。按照國(guó)家防總頒布的《水庫(kù)洪水調(diào)度考評(píng)規(guī)則》進(jìn)行評(píng)定，洪量和峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)精度達(dá)到“好”的比率為80%，但洪峰和洪水過程的預(yù)報(bào)誤差較大，精度為“一般”和“好”的僅占70%。經(jīng)綜合分析，誤差的產(chǎn)生具有以下特征：大、小型洪水的預(yù)報(bào)誤差較大，中型洪水的預(yù)報(bào)誤差較?。蝗饔蚪涤觐A(yù)報(bào)精度較高，降雨中心在流域中上游的預(yù)報(bào)比降雨中心在下游的預(yù)報(bào)精度高。

3 預(yù)報(bào)誤差分析

“單元匯流單位線”的預(yù)報(bào)精度受諸多因素影響。單元面積的劃分，降雨的時(shí)空分布，雨量數(shù)據(jù)的采集，單元的地形、地質(zhì)、植被，產(chǎn)匯流方案及相關(guān)系數(shù)的選用等，都是十分重要的因素，其中，影響最大的主要是以下幾個(gè)方面。

3.1 單元面積劃分和單元雨量代表站分布不合理

單元面積的劃分和單元代表站的分布情況是影響預(yù)報(bào)精度的最主要因素。單元面積的劃分和雨量站分布應(yīng)遵循以下原則，每個(gè)單元相當(dāng)于一個(gè)小流域，最好只有一個(gè)出流斷面；各單元面積的大小應(yīng)盡量相等，更要使單元面積內(nèi)總匯流時(shí)間大致相同；盡量使單元雨量代表站位于單元面積的中心附近。陸渾水庫(kù)以上流域單元?jiǎng)澐旨坝炅看碚痉植记闆r詳見陸渾水庫(kù)單元面積劃分及水文雨量測(cè)站布置圖。在所劃分的十個(gè)單元面積中，第1、10單元的面積較大，分別為426 km2和494 km2，第6、7單元的面積較小分別為248 km2和281 km2，大小相差近一半;全流域共設(shè)雨量站15個(gè)(遙測(cè)雨量站2001年剛投入試運(yùn)行)，第5、7、8單元?jiǎng)t無代表站。這樣的單元面積劃分，就使得當(dāng)降雨中心在1、10單元時(shí)計(jì)算的產(chǎn)流量偏小而在6、7單元時(shí)偏大，也使得單元匯流時(shí)間不盡相同；由于整個(gè)流域降雨的空間分布很不均勻，區(qū)域性較強(qiáng)，雨量代表站的分布也不能很好地反映各單元的實(shí)際降雨情況。這都直接影響到單元面積凈雨數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集以及單元面積的產(chǎn)流計(jì)算，對(duì)預(yù)報(bào)精度的影響最大。

3.2 局部地區(qū)產(chǎn)流方案的全流域應(yīng)用

由于各單元的地形、地質(zhì)、植被、人類工程和水文特性等情況均不相同，僅地形地質(zhì)的差別就比較大：大壩至嵩縣城為土質(zhì)丘陵區(qū)，大部分被開發(fā)為耕地，坡度平緩，自然植被稀少；嵩縣城至舊縣為淺山丘陵區(qū)，河道坡降增大；舊縣以上為石山區(qū)，河床狹窄，流域及河道坡度大，植被較好，有部分森林資源。因此，作為一個(gè)小流域，各單元都有自己的特征。所以，嚴(yán)格說來，各單元應(yīng)建立本單元的產(chǎn)流方案，但在本預(yù)報(bào)的實(shí)施中，各單元面積的產(chǎn)流計(jì)算采用了同一方案：運(yùn)用欒川雨量站的P+Pa～R 關(guān)系圖。即將影響徑流深R的因素，如降雨量P、前期影響Pa等，按照相關(guān)分析方法建立起它們與R的關(guān)系，這樣在具有了P、Pa等因素時(shí)，便直接計(jì)算出流域的產(chǎn)流量，方案中的相關(guān)參數(shù)為:最大初損IM＝90mm，日折減系數(shù)為:晴天Kq＝0.90，雨天Kq＝0.97。明顯地，各單元前期影響Pa 的計(jì)算不能準(zhǔn)確地反映本單元的實(shí)際情況，再通過同一的P+Pa～R 關(guān)系計(jì)算的產(chǎn)流量必將存在較大的誤差，所以各單元采用一樣的方案進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算也是造成預(yù)報(bào)誤差的一個(gè)重要因素，其對(duì)小洪水預(yù)報(bào)精度的影響最大。

3.3 河道匯流計(jì)算中不當(dāng)參數(shù)的引用

單元的河道匯流計(jì)算，應(yīng)用了多河段連續(xù)演算的方法。雖然流域地形復(fù)雜，河谷形態(tài)多變，各傳播河段糙率各不相同，但所有單元均采用東灣站相應(yīng)最大流量的斷面平均流速通過洪峰Qm～相關(guān)關(guān)系到洪量Wm～相關(guān)關(guān)系再到∑R～相關(guān)關(guān)系的轉(zhuǎn)換，以得到傳播河段數(shù)：

式中：L為以米為單位的河段長(zhǎng)；△t為以秒為單位的時(shí)段。同時(shí)各河段又采用了相同的槽蓄系數(shù)x＝0.45，這些都直接影響到峰現(xiàn)時(shí)間和洪水過程的預(yù)報(bào)精度。

4 建議

4.1 合理調(diào)整單元雨量代表站結(jié)構(gòu)

在影響預(yù)報(bào)精度的諸多因素中，雨量站代表性問題起著主導(dǎo)作用，所以，我們首先應(yīng)解決單元代表站的分布、選擇問題。目前，黃委會(huì)、河南省水文局在陸渾水庫(kù)控制流域內(nèi)建設(shè)的雨量站、水文站已達(dá)117處，且其分布較為均勻，可為我們及時(shí)掌握上游雨水情提供有力保障。根據(jù)目前水文站點(diǎn)的分布情況，及時(shí)調(diào)整各單元代表站的結(jié)構(gòu)、組成，以使計(jì)算出的單元雨量數(shù)據(jù)更接近實(shí)際，是提高單位線預(yù)報(bào)精度的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

4.2 調(diào)查分析流域基本資料，確定單元產(chǎn)匯流方案

對(duì)流域基本情況特別是影響蓄泄關(guān)系和匯流速度的基本地形、地質(zhì)、植被、河槽庫(kù)壩、水文特性等進(jìn)行全面的實(shí)地查勘和資料分析，對(duì)流域的變動(dòng)蓄泄關(guān)系和變動(dòng)匯流進(jìn)行深入分析，以取得最適合的相關(guān)參數(shù)，并確定各單元特有的產(chǎn)匯流方案，這是有效提高預(yù)報(bào)精度的關(guān)鍵基礎(chǔ)。雖然這項(xiàng)工作繁瑣量大，但借助現(xiàn)有計(jì)算機(jī)、通訊、測(cè)量等方面的前沿技術(shù)以及現(xiàn)有年鑒、縣志等資料，還是可以順利實(shí)現(xiàn)的。