王　玲，王國江

(河北省保定水文水資源勘測局，河北 保定 071000)

?

中國洪水預報系統(tǒng)在王快水庫洪水預報方案中的應用

王玲，王國江

(河北省保定水文水資源勘測局，河北 保定 071000)

采用中國洪水預報系統(tǒng)的應用平臺建立王快水文站降雨徑流模型洪水預報方案，更新了王快水庫的預報方案。結果表明，該方案在精度的評定中取得較滿意的效果，為中國洪水預報系統(tǒng)在大清河流域的應用積累了經驗。

中國洪水預報系統(tǒng)；王快水庫；預報方案

中國洪水預報系[1]統(tǒng)是由水利部水文局開發(fā)的水情預報軟件，在全國統(tǒng)一的實時水情數(shù)據(jù)庫和客戶/服務器環(huán)境基礎上，采用軟硬件環(huán)境及模塊化、開放性結構，建立了常用的預報模型和方法庫，通過人機界面快速地構造多種類的預報方案，是通用性強、功能全面、操作簡便的全國實時洪水預報業(yè)務系統(tǒng)。其中，為了更科學合理地制作方案和作業(yè)預報，給預報人員提供做大方便，系統(tǒng)還提供多種實用功能，來輔助制作方案和預報。自動流域邊界圈畫，系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)字高程模型(DEM)將現(xiàn)實流域中的地面山川河流等在計算機中用數(shù)字化表達出來。降雨量作為洪水預報方案的重要輸入之一，直接關系到預報的精度和預報的合理性。中國洪水預報系統(tǒng)面雨量計算方法通常有：算術平均法、泰森多變形法、等雨量線法等，用戶在構造預報方案時可以根據(jù)流域具體情況來自由選取任意計算方法。

圖1　王快水庫流域圖

目前使用《海河流域實用水文預報方案》中王快水庫洪水預報方案于1996年編制完成的[2]。編制方案時所使用的均為20世紀90年代以前的資料。但是，80年代以后王快水庫流域內氣候環(huán)境、下墊面情況的改變導致年降雨量較80年代普遍偏小[3]，降雨產匯流的形成也有所變化。為使降雨徑流相關圖曲線更契合當前的實際情況以及實現(xiàn)預報方案的計算機化，應用中國洪水預報系統(tǒng)對王快流域的降雨徑流相關圖進行修訂非常重要。

1　王快水庫概況

王快水庫[4]位于海河流域大清河水系南支沙河上游，壩址健在河北省曲陽縣鄭家莊西，控制流域面積3 770 km2，其中河北省境內面積2 543 km2，山西省境內面積1 227 km2。水庫控制面積占沙河流域面積的59%，總庫容13.89億 m3，是一座防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利樞紐工程。近幾年，王快水庫又成為白洋淀生態(tài)補水和北京、滄州生活用水的供水水源地。因此，王快水庫的預報方案對于保定市的防洪有重要意義。王快水庫流域見圖1。

2　王快水庫預報方案

2.1預報方案原理

降雨徑流相關圖法是國內廣大水文工作者在長期實踐中總結建立起來的一種簡便實用并具有較高精度的洪水預報方法。以次降雨量P與前期影響雨量Pa的和為縱坐標，以相應的徑流深R(Rs)為橫坐標，可按對應的P+Pa、R(Rs)在圖上繪一個點，按點群分布的趨勢，照顧大多數(shù)點子，繪出的一條線既為P+Pa ～R(Rs)相關圖法。

Pa為前期影響雨量，反映土壤濕度。其計算公式為：

當上時段有雨量，即Pt-1>0

Pa，t=K(Pa，t-1+Pt-1)

(1)

當上時段無雨時，

Pa，t=K×Pa，t-1

(2)

式中：K為土壤含水量衰減系數(shù)；Pa，t、Pa，t-1為本時段和上時段的前期影響雨量；Pt-1為上時段降雨量。

用Im表示土壤最大初損量，以mm計。當計算的Pa，t>Im時，則以Im作Pa值計算，即認為此后的降雨不再補充初損量，全部形成徑流。

2.2方案修訂流程

利用中國洪水預報系統(tǒng)修訂王快水庫預報方案的流程見圖2。在修訂方案的過程中，需要注意的問題有：

圖2　王快站方案修訂流程

(1)挑選歷史場次洪水資料，主要選擇了建站以來主要的場次洪水，并記錄場次洪水雨洪摘錄資料(包含流量起漲結束時間、洪峰流量等要素、降雨起始時間等要素)。

(2)計算Pa、P、R中，前期影響雨量Pa起始日期可設定久旱之后某個時刻，距離本場洪水降水開始時刻越長越好，一般可設置1個月或者2個月之前，其中K值去0.93(以前方案中為0.90)，而Im取值120(以前方案中為110)。面雨量P計算方法即為方案構建時定義的方法，一般為泰森多邊形計算方法。場次洪水徑流深R根據(jù)計算公式為

R=W/1 000 F(mm)

(3)

式中：W為預報時間段內水庫入庫水量除去河道基流量，F(xiàn)為區(qū)間面積(本方案指王快流域的區(qū)間面積)km2。

3　王快水庫預報方案成果與分析

3.1產流方案結果與分析

產流方案中的降雨徑流相關圖的誤差評定見表1，繪制的降雨徑流相關圖見圖3，有30場洪水合格，有6場不合格，其中計算單位線的二場洪水全部合格。對于不合格場次洪水分析如下：

圖3　王快水庫流域降雨徑流相關圖

(1)19560803號洪水前還有一次降雨，造成前期雨量較大，但是前一次降雨產流很少，使得此次降雨的計算徑流R偏大。

(2)19780728，19880730，20040814號洪水造成不合格的因素差不多相同，都是降雨為局部暴雨形成，前期比較干旱，三場洪水的降雨歷時時間比較長，導致計算R偏大。特別是19880730雨量最大的阜平，新房距離王快有比較近，20040814號洪水雨量最大的下莊，龍泉關，砂窩位于中下游，都導致計算徑流r偏大。

(3)19940707號洪水前期土壤比較干旱，造成計算徑流偏小

(4)19950718號洪水前有一次較大降雨，產流不多，是得此次降雨的Pa偏大，同時，起漲點比較低，考慮前期土壤還是比較干旱。

3.2匯流方案結果與分析

本次方案匯流部分仍沿用單位線，單位線是指[5]，在給定的流域上,單位時段內均勻降落單位深度的地面凈雨，在流域出口斷面形成的地面徑流過程線，稱為單位線。利用中國洪水系統(tǒng)求出的凈雨及實測的流量過程，求出王快流域的1996年和2000年兩條單位線。在原方案的基礎上增加了2000年單位線，修訂結果見圖4。第一條是根據(jù)1996年8月上旬洪水推得的3 h單位線，暴雨中心在下莊，洪峰滯時9 h。第二條是根據(jù)2000年8月洪水推得的3h單位線，暴雨中心在橋南溝，洪峰滯時3 h。

圖4　王快水庫1996年和2000年單位線

4　結語

(1)人類活動引起流域的下墊面變化，對流域的產匯流特性存在影響，應用中國洪水預報系統(tǒng)建立的預報方案，具有一定的靈活性，特別是面雨量的計算，可以根據(jù)需要增減雨量站，變換雨量站的權重，極大地方便了面雨量的計算，對于預報工作有一定的積極作用。

(2)從方案評定的結果來看，方案的檢驗合格率達到83%，可用于實時的洪水預報作業(yè)中，該系統(tǒng)的應用對王快流域提高洪水預報的時效性和加快預報手段向現(xiàn)代化發(fā)展有積極的意義。

(3)加強對歷史洪水的分析、總結、掌握流域的暴雨洪水特性，加強對模型的學習與研究，運用好中國洪水預報系統(tǒng)，提高洪水的預報精度。

表1　王快水庫降雨徑流相關因素及預報誤差評定表　mm

備注：(1)全流域產流；(2)資料系1956-2012年的資料。(3)產流深預報的允許誤差采用實測值的20%，當允許誤差>20 mm時，以20 mm為上限，允許誤差<3 mm，以3 mm為下限。

[1]章四龍. 洪水預報系統(tǒng)關鍵技術研究與實踐[M].北京：中國水利水電出版社.2006.

[2]水利部海河水利委員會. 海河流域實用水文預報方案[R].天津：水利部海河水利委員會水文局.1996.

[3]水利部海河水利委員會.海河流域下墊面變化對洪水影響研究[R].天津：水利部海河水利委員會水文局.2009.

[4]趙本龍,張強.沙河流域王快水庫上游水文要素特征分析[J].海河水利.2009(3):34-36.

[5]包為民.水文預報[M].北京：中國水利水電出版社.2007.

2016-03-14

王玲(1983-)，女，山西長治人，工程師，主要從事水文水資源方面的工作。

TV122+.1

B

1004-1184(2016)04-0189-03