田京楠

(黑龍江省大慶水文局，黑龍江 大慶 163316)

新安江模型在呼瑪河洪水預報中的應用

田京楠

(黑龍江省大慶水文局，黑龍江 大慶 163316)

基于呼瑪河流域降雨及洪水特性，采用新安江模型建立洪水預報方案，詳細介紹了流域概況、模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)、精度評定等，并對影響預報方案精度的因素進行了簡要分析。結(jié)果表明，該模型在呼瑪河洪水預報中精度較好，可為類似地區(qū)提供借鑒。

新安江模型；參數(shù)；洪水預報；呼瑪河

1 新安江模型簡介

1.1 模型結(jié)構(gòu)

新安江模型是一個概念性的流域水文模型，由于模型產(chǎn)流計算模塊采用了蓄滿產(chǎn)流的機制，所以該模型主要應用在我國的濕潤與半濕潤地區(qū)。

1.2 模型原理及計算公式

新安江模型主要包括蒸散發(fā)計算、產(chǎn)流計算、分水源計算和匯流計算等4個計算模塊[1]。

圖1 新安江模型結(jié)構(gòu)圖

(1)蒸散發(fā)計算模塊。新安江模型采用三層蒸散發(fā)模式計算流域的蒸散發(fā)量，其參數(shù)有上層張力水容量WUM、下層張力水容量WLM和深層張力水容量WDM、深層蒸散發(fā)系數(shù)C、流域蒸散發(fā)能力折算系數(shù)K[2]。

各層蒸散發(fā)計算公式為：

EU=E0×K

(1)

(2)

ED=C×(E0×K-EU)-EL[3]

(3)

式中：EU、EL、ED分別為上層、下層、深層的土壤張力水的蒸散發(fā)量；E0為實測水面蒸散發(fā)量；WL為下層土壤蓄水量。

(2)產(chǎn)流計算模塊。新安江模型是按蓄滿產(chǎn)流機制計算降雨產(chǎn)生的徑流，當包氣帶蓄水量達到田間持水量時產(chǎn)生徑流。由于下墊面包氣帶分布不均，因此包氣帶張力水蓄水容量的分布情況采用B次拋物線方程。

(4)

(3)分水源計算模塊。新安江模型用一個自由水蓄水庫將總徑流劃分成地表徑流RS、壤中流RI和地下徑流RG,主要參數(shù)為自由水面平均蓄水容量SM、自由水蓄水容量曲線的指數(shù)EX、自由水蓄水庫對地下水及壤中流的出流系數(shù)KG和KI。點最大自由水容量與面平均自由水容量的關(guān)系為:

MS=(1+EX)×SM

(5)

式中：MS為最大點自由水容量。

新安江模型采用了產(chǎn)流面積的概念，自由水蓄水只發(fā)生在產(chǎn)流面積上， 壤中流和地下徑流的計算公式為：

RI=KI×S×(1-IMP)

(6)

RG=KG×S×(1-IMP)

(7)

式中：RI為壤中流；RG為地下徑流；S為面平均自由水蓄量;IMP為不透水面積與全流域面積的比值。

(4)對于匯流計算模塊，坡面匯流、河網(wǎng)匯流分別采用線性水庫法、滯后演算法進行計算。

Q(t)=CS×Q(t-1)+

(1-CS)×QT(t-LAG)

(8)

式中：Q(t)、Q(t-1)為前后時刻出流；QT(t-LAG)為總?cè)肓鳌?/p>

2 預報方案建立

2.1 流域概況

呼瑪河為黑龍江上游右岸較大支流，發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山脈北麓的白卡魯山南坡，全長520.4 km，流域面積3.43萬km2，呼瑪河由南向北流，經(jīng)碧水鎮(zhèn)以后轉(zhuǎn)為向東，在呼瑪縣榮邊鄉(xiāng)注入黑龍江。流域內(nèi)地形多低山丘陵，山勢起伏，河谷狹窄，水位落差較大，水流速度快，屬于山區(qū)性河流。

呼瑪橋水文站洪水為較典型的降雨徑流洪水，年最大洪峰多集中出現(xiàn)在7—9月，尤其以8、9月份最為集中，占全年的75%左右。洪水過程大多為單式洪峰，洪峰持續(xù)時間一般在6～10 h左右，水位-流量關(guān)系較為穩(wěn)定。

2.2 資料分析

雨量站選用：經(jīng)雨量資料分析，共選取呼瑪橋以上區(qū)間固其故、呼瑪橋、塔河、韓家園子林業(yè)局、瓦拉干林場、秀峰鎮(zhèn)、十八站林場、白銀納鄉(xiāng)、興華鄉(xiāng)、富林林場、興隆鄉(xiāng)、椅子圈煤礦等12處雨量站的雨量資料進行模型計算。

水文站的選用：呼瑪橋、固其故水文站和塔河水文站資料經(jīng)過整編，能滿足編制洪水預報方案要求。呼瑪橋水文站1983年建站，建站以來最大流量為4900 m3/s；固其故水文站1960年建站，建站以來最大流量為4730 m3/s；塔河水文站1962年建站，建站以來最大流量為2240 m3/s，根據(jù)雨量資料系列，流量資料選用1991年、1998年、2006—2009年資料進行率定，2010年、2011年進行檢驗。

2.3 預報方案建立

本預報方案共設(shè)置3個方案輸入：分別為固其故水文站、塔河水文站和區(qū)間流域集水輸入。固其故水文站、塔河水文站的輸入采用馬斯京根方法演算至出口斷面，區(qū)間輸入采用新安江模型即蓄滿產(chǎn)流模型(SMS_3)和滯后演算模型(LAG_3)進行計算；雨量站控制權(quán)重計算采用泰森多邊形法。方案計算時段選取為1 h，方案輸出類型為流量。其預報結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 呼瑪橋站預報結(jié)構(gòu)圖

3 參數(shù)率定及檢驗

新安江模型參數(shù)率定方法可分為人工試錯法和自動優(yōu)選兩種方法，本方案采用自動優(yōu)選方法進行率定[5]，用確定性系數(shù)判定優(yōu)選結(jié)果的優(yōu)劣，選取了1991年、1998年、2006—2009年6 a資料參與率定，計算時段長為1 h，確定性系數(shù)達到0.921，主要參數(shù)取值如下所示：

WM=120；K=0.92；B=0.42；C=0.180；IMP=0.052；SM=30；EX=1.56；KG=0.372；KI=0.484;CI=0.623；CG=0.967;CS=0.986。

采用2010年、2011年資料進行檢驗，按照《水文情報預報規(guī)范》(GB/T 22482—2008),對率定及檢驗期的12場洪水進行精度評定，將實測洪峰流量的20%作為許可誤差，誤差小于20%的為合格，詳見表1。

表1 模擬結(jié)果評定統(tǒng)計表

4 結(jié) 論

經(jīng)兩年12場洪水的檢驗，除一場精度不合格外，其余均合格，說明所建模型精度較好，可用于呼瑪河的洪水預報。

[1] 趙人俊. 流域水文模擬新安江模型與陜北模型[M].北京：水利電力出版社，1984.

[2] 包為民. 水文預報[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[3] 王光生，寧方貴，肖飛,等.實用洪水預報方法[M]. 北京：中國水利水電出版社，2008.

[4] 葛守西. 現(xiàn)代洪水預報技術(shù)[M]. 北京：中國水利水電出版社，1999.

[5] 章四龍. 洪水預報系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實踐[M]. 北京：中國水利水電出版社，2006.

Application of Xin’anjiang Model flood forecasting in Huma River

TIAN Jingnan

(DaqingHydrologyBureauofHeilongjiangProvince,Daqing163316,China)

A flood forecasting scheme is established by using Xin’anjiang Model based on the rainfall and flood characteristics of Huma River basin. The basin general situation, model structure, parameters and accuracy evaluation are introduced in detail. The factors that affect the accuracy of the forecasting scheme are briefly analyzed. The result shows that the accuracy of the model is good in Huma River flood forecast, it can provide a reference for similar area.

Xin’anjiang Model; parameter; flood forecast; Huma River

田京楠(1984-)，男，吉林東豐人，工程師，主要從事水文測量方面的工作。E-mail：53886896@qq.com。

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A

2096-0506(2017)05-0031-03