王　玲，王國(guó)江

(河北省保定水文水資源勘測(cè)局，河北 保定 071000)

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中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)在王快水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案中的應(yīng)用

王玲，王國(guó)江

(河北省保定水文水資源勘測(cè)局，河北 保定 071000)

采用中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用平臺(tái)建立王快水文站降雨徑流模型洪水預(yù)報(bào)方案，更新了王快水庫(kù)的預(yù)報(bào)方案。結(jié)果表明，該方案在精度的評(píng)定中取得較滿意的效果，為中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)在大清河流域的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)；王快水庫(kù)；預(yù)報(bào)方案

中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系[1]統(tǒng)是由水利部水文局開發(fā)的水情預(yù)報(bào)軟件，在全國(guó)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)和客戶/服務(wù)器環(huán)境基礎(chǔ)上，采用軟硬件環(huán)境及模塊化、開放性結(jié)構(gòu)，建立了常用的預(yù)報(bào)模型和方法庫(kù)，通過(guò)人機(jī)界面快速地構(gòu)造多種類的預(yù)報(bào)方案，是通用性強(qiáng)、功能全面、操作簡(jiǎn)便的全國(guó)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。其中，為了更科學(xué)合理地制作方案和作業(yè)預(yù)報(bào)，給預(yù)報(bào)人員提供做大方便，系統(tǒng)還提供多種實(shí)用功能，來(lái)輔助制作方案和預(yù)報(bào)。自動(dòng)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(shí)流域中的地面山川河流等在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字化表達(dá)出來(lái)。降雨量作為洪水預(yù)報(bào)方案的重要輸入之一，直接關(guān)系到預(yù)報(bào)的精度和預(yù)報(bào)的合理性。中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)面雨量計(jì)算方法通常有：算術(shù)平均法、泰森多變形法、等雨量線法等，用戶在構(gòu)造預(yù)報(bào)方案時(shí)可以根據(jù)流域具體情況來(lái)自由選取任意計(jì)算方法。

圖1　王快水庫(kù)流域圖

目前使用《海河流域?qū)嵱盟念A(yù)報(bào)方案》中王快水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案于1996年編制完成的[2]。編制方案時(shí)所使用的均為20世紀(jì)90年代以前的資料。但是，80年代以后王快水庫(kù)流域內(nèi)氣候環(huán)境、下墊面情況的改變導(dǎo)致年降雨量較80年代普遍偏小[3]，降雨產(chǎn)匯流的形成也有所變化。為使降雨徑流相關(guān)圖曲線更契合當(dāng)前的實(shí)際情況以及實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)方案的計(jì)算機(jī)化，應(yīng)用中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)王快流域的降雨徑流相關(guān)圖進(jìn)行修訂非常重要。

1　王快水庫(kù)概況

王快水庫(kù)[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(yáng)縣鄭家莊西，控制流域面積3 770 km2，其中河北省境內(nèi)面積2 543 km2，山西省境內(nèi)面積1 227 km2。水庫(kù)控制面積占沙河流域面積的59%，總庫(kù)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(kù)又成為白洋淀生態(tài)補(bǔ)水和北京、滄州生活用水的供水水源地。因此，王快水庫(kù)的預(yù)報(bào)方案對(duì)于保定市的防洪有重要意義。王快水庫(kù)流域見圖1。

2　王快水庫(kù)預(yù)報(bào)方案

2.1預(yù)報(bào)方案原理

降雨徑流相關(guān)圖法是國(guó)內(nèi)廣大水文工作者在長(zhǎng)期實(shí)踐中總結(jié)建立起來(lái)的一種簡(jiǎn)便實(shí)用并具有較高精度的洪水預(yù)報(bào)方法。以次降雨量P與前期影響雨量Pa的和為縱坐標(biāo)，以相應(yīng)的徑流深R(Rs)為橫坐標(biāo)，可按對(duì)應(yīng)的P+Pa、R(Rs)在圖上繪一個(gè)點(diǎn)，按點(diǎn)群分布的趨勢(shì)，照顧大多數(shù)點(diǎn)子，繪出的一條線既為P+Pa ～R(Rs)相關(guān)圖法。

Pa為前期影響雨量，反映土壤濕度。其計(jì)算公式為：

當(dāng)上時(shí)段有雨量，即Pt-1>0

Pa，t=K(Pa，t-1+Pt-1)

(1)

當(dāng)上時(shí)段無(wú)雨時(shí)，

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(shí)段和上時(shí)段的前期影響雨量；Pt-1為上時(shí)段降雨量。

用Im表示土壤最大初損量，以mm計(jì)。當(dāng)計(jì)算的Pa，t>Im時(shí)，則以Im作Pa值計(jì)算，即認(rèn)為此后的降雨不再補(bǔ)充初損量，全部形成徑流。

2.2方案修訂流程

利用中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)修訂王快水庫(kù)預(yù)報(bào)方案的流程見圖2。在修訂方案的過(guò)程中，需要注意的問(wèn)題有：

圖2　王快站方案修訂流程

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

(2)計(jì)算Pa、P、R中，前期影響雨量Pa起始日期可設(shè)定久旱之后某個(gè)時(shí)刻，距離本場(chǎng)洪水降水開始時(shí)刻越長(zhǎng)越好，一般可設(shè)置1個(gè)月或者2個(gè)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(jì)算方法即為方案構(gòu)建時(shí)定義的方法，一般為泰森多邊形計(jì)算方法。場(chǎng)次洪水徑流深R根據(jù)計(jì)算公式為

R=W/1 000 F(mm)

(3)

式中：W為預(yù)報(bào)時(shí)間段內(nèi)水庫(kù)入庫(kù)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(kù)預(yù)報(bào)方案成果與分析

3.1產(chǎn)流方案結(jié)果與分析

產(chǎn)流方案中的降雨徑流相關(guān)圖的誤差評(píng)定見表1，繪制的降雨徑流相關(guān)圖見圖3，有30場(chǎng)洪水合格，有6場(chǎng)不合格，其中計(jì)算單位線的二場(chǎng)洪水全部合格。對(duì)于不合格場(chǎng)次洪水分析如下：

圖3　王快水庫(kù)流域降雨徑流相關(guān)圖

(1)19560803號(hào)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(chǎn)流很少，使得此次降雨的計(jì)算徑流R偏大。

(2)19780728，19880730，20040814號(hào)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(chǎng)洪水的降雨歷時(shí)時(shí)間比較長(zhǎng)，導(dǎo)致計(jì)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(hào)洪水雨量最大的下莊，龍泉關(guān)，砂窩位于中下游，都導(dǎo)致計(jì)算徑流r偏大。

(3)19940707號(hào)洪水前期土壤比較干旱，造成計(jì)算徑流偏小

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

3.2匯流方案結(jié)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(shí)段內(nèi)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(guò)程線，稱為單位線。利用中國(guó)洪水系統(tǒng)求出的凈雨及實(shí)測(cè)的流量過(guò)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(chǔ)上增加了2000年單位線，修訂結(jié)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(shí)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(shí)3 h。

圖4　王快水庫(kù)1996年和2000年單位線

4　結(jié)語(yǔ)

(1)人類活動(dòng)引起流域的下墊面變化，對(duì)流域的產(chǎn)匯流特性存在影響，應(yīng)用中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)建立的預(yù)報(bào)方案，具有一定的靈活性，特別是面雨量的計(jì)算，可以根據(jù)需要增減雨量站，變換雨量站的權(quán)重，極大地方便了面雨量的計(jì)算，對(duì)于預(yù)報(bào)工作有一定的積極作用。

(2)從方案評(píng)定的結(jié)果來(lái)看，方案的檢驗(yàn)合格率達(dá)到83%，可用于實(shí)時(shí)的洪水預(yù)報(bào)作業(yè)中，該系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)王快流域提高洪水預(yù)報(bào)的時(shí)效性和加快預(yù)報(bào)手段向現(xiàn)代化發(fā)展有積極的意義。

(3)加強(qiáng)對(duì)歷史洪水的分析、總結(jié)、掌握流域的暴雨洪水特性，加強(qiáng)對(duì)模型的學(xué)習(xí)與研究，運(yùn)用好中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提高洪水的預(yù)報(bào)精度。

表1　王快水庫(kù)降雨徑流相關(guān)因素及預(yù)報(bào)誤差評(píng)定表　mm

備注：(1)全流域產(chǎn)流；(2)資料系1956-2012年的資料。(3)產(chǎn)流深預(yù)報(bào)的允許誤差采用實(shí)測(cè)值的20%，當(dāng)允許誤差>20 mm時(shí)，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(yù)報(bào)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社.2006.

[2]水利部海河水利委員會(huì). 海河流域?qū)嵱盟念A(yù)報(bào)方案[R].天津：水利部海河水利委員會(huì)水文局.1996.

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

[4]趙本龍,張強(qiáng).沙河流域王快水庫(kù)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(yù)報(bào)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社.2007.

2016-03-14

王玲(1983-)，女，山西長(zhǎng)治人，工程師，主要從事水文水資源方面的工作。

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