趙 芳，華 東，田質(zhì)勝，唐克銀，張 晨

（1.山東省水利勘測設(shè)計院，濟南 250014；2.水利部信息中心，北京 100032；3.國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室，北京 100032）

無資料地區(qū)的洪水預(yù)報，對于區(qū)域防洪和水利工作的開展具有重大意義。目前針對無資料地區(qū)，常用洪水預(yù)報方法主要有：①參數(shù)移植法，采取臨近有資料流域的參數(shù)移植到無資料地區(qū)；②模型法，建立具有物理機制的水文預(yù)報模型推廣至無資料地區(qū)；③3S技術(shù)，獲取無資料地區(qū)空間地理信息，進行三維建模預(yù)測。這3種方法均有各自優(yōu)勢，張漫莉［1］采取模型法構(gòu)建了武江流域新安江洪水預(yù)報模型，并成功應(yīng)用到無資料子流域，預(yù)報精度達乙級以上；宋昭義［2］采取參數(shù)移植法，利用冷水河臨近流域的水文資料構(gòu)建了新安江模型，最終成功運用在冷水河流域，預(yù)報精度為丙級；馮嬌嬌［3］基于DEM數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，利用GIS提取流域特征建立遼寧東部短缺資料地區(qū)的新安江模型。

盡管模型法和3S技術(shù)比參數(shù)移植法精度和準確性更高，但建立具有物理機制的水文預(yù)報模型往往需要長久測算，而3S技術(shù)成本較高且技術(shù)性強，因此，目前較多用的仍是參數(shù)移植法?；诖?，本文以渾河上游清原下水庫流域為研究區(qū)，探究了參數(shù)移植法的可行性和有效性。

1 研究思路

本文以缺少資料的渾河上游清原下水庫流域為研究區(qū)，探索參數(shù)移植法在無資料地區(qū)的適用性和可行性。根據(jù)流域下墊面屬性存在的差異，降雨產(chǎn)流3個隨機性，流域形狀和雨量站點分布狀況，以及現(xiàn)有預(yù)報模型的使用效果與經(jīng)驗確定洪水預(yù)報方案，即在清原下水庫流域的臨近子流域中運用新安江模型進行建模，以SCE-UA算法對新安江模型參數(shù)進行優(yōu)化率定，最終結(jié)合空間臨近法和流域物理特性相似法將率定后的參數(shù)移植到清原下水庫所在子流域上，分別計算產(chǎn)流和匯流，最后得到出流過程。

1.1 研究區(qū)概況

清原下水庫位于遼寧省渾河上游右岸支流樹基溝河內(nèi)，壩址流域面積65.3km2。水庫壩址附近無氣象觀測站，東側(cè)20km處有清原氣象站，1957年設(shè)站觀測至今，資料系列較長，根清原氣象站1981～2013年降水觀測資料分析，多年平均降水量792.9mm。水庫壩址附近有樹基溝雨量站，1964～2012年多年平均降水量862.6mm。

清源下水庫流域無水文站和雨量站，臨近流域有南口前水文站，南口前水文站位于渾河干流左側(cè)的南口前支流，為徑流實驗站，南口前站流域面積186km2，與清源下水庫所在樹基溝河流域面積163.62km2最接近，為本階段徑流、洪水計算的主要依據(jù)站。流域內(nèi)水系如圖1。

圖1 研究區(qū)流域水系

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

通過當?shù)厮木质占艘韵沦Y料：

（1）南口前流域內(nèi)3處雨量站1968～1988年降水量摘錄資料和日降水量資料。

（2）流域內(nèi)南口前水文站1968～1988年的洪水摘錄資料和日均流量資料。

（3）本次未收集到南口前流域內(nèi)蒸發(fā)資料。

（4）南口前流域內(nèi)歷次暴雨洪水調(diào)查資料若干。

（5）對南口前流域各個單元的流域特征值包括河長、河流縱比降、流域面積等在大比尺地形圖上進行了重新量算。

（6）用泰森多邊形法對南口前流域內(nèi)各雨量站面積權(quán)重進行了量算。

1.2.2 子流域劃分

根據(jù)南口前站地理位置，以南口前站作為南口前流域的預(yù)報斷面，清原抽水蓄能電站下水庫入庫斷面為研究子流域的預(yù)報斷面。在ARCGIS中的水文分析工具對流域DEM底圖進行處理。通過填洼——流向分析——匯流——河網(wǎng)提取——河網(wǎng)連接——河網(wǎng)分級——捕捉傾瀉點——劃分子流域流程得到南口前流域文件和研究子流域文件。

南口前流域劃分、研究子流域劃分和兩個子流域的位置關(guān)系如圖2。

圖2 研究區(qū)流域與南口前流域位置

1.2.3 基于GIS處理的泰森多邊形

鑒于南口前流域中有阿爾當站、海陽站和暖泉南溝站3 個雨量站，故創(chuàng)建雨量站SHP 圖層，在ARCGIS中通過分析工具——領(lǐng)域分析——創(chuàng)建泰森多邊形流程打開創(chuàng)建泰森多邊形工具，設(shè)置參數(shù)，輸入要素選擇構(gòu)造的雨量站，并設(shè)置環(huán)境后泰森多邊形圖層，如圖3。

圖3 裁剪后泰森多邊形圖層

2 參數(shù)率定與結(jié)果分析

2.1 參數(shù)率定

本次模型率定，充分利用流域內(nèi)暴雨洪水調(diào)查資料和南口前站實測洪水資料，為各單元的參數(shù)率定提供了保證，使率定的參數(shù)更加合理。率定時，首先選用近期雨量和流量資料控制較好、觀測精度較高洪水進行參數(shù)率定，為早期洪水參數(shù)率定積累經(jīng)驗、奠定基礎(chǔ)。最終本次選用11場洪水進行預(yù)報模型參數(shù)率定，用SCE-UA算法進行新安江模型參數(shù)優(yōu)化率定，率定結(jié)果如表1。

表1 南口前流域新安江模型率定結(jié)果

從表1看出率定期，1#，5#洪水的洪峰預(yù)報值偏差較大，均達到35%以上，2#洪水的峰現(xiàn)時間異常，誤差高達50h。驗證期內(nèi)1#洪水的洪峰擬合效果相對較好，整體的峰現(xiàn)時間都擬合的較為準確。模型最終確定模型系數(shù)如表2。

表2 新安江模型洪水參數(shù)

2.2 成果分析

選用研究區(qū)4場實測洪水來驗證利用參數(shù)移植法建立的新安江模型，驗證結(jié)果如表3，洪水過程線如圖4。

表3 洪水預(yù)報驗證結(jié)果

圖4 驗證期洪水過程線

從表3可看出，驗證期所選場次洪水，洪峰流量合格率75%，峰現(xiàn)時間合格率100%，確定性系數(shù)為乙等，驗證期洪水場次的模擬效果相對較好，從圖4可看出，模型對于單峰型洪水擬合效果相對較好。

盡管本次預(yù)報方案已有初步成果，但限于資料條件，還不能完全滿足規(guī)范要求，方案存在如下問題：①根據(jù)規(guī)范規(guī)定，一個方案編制分析的洪水場次不低于20次，由于資料有限，新安江模型參數(shù)率定，勉強選用了11場洪水，不滿足規(guī)范要求。②方案編制過程中，由于雨洪配套資料太少（有些年份雨量站和水文站數(shù)據(jù)不完整，有缺失），給資料分析帶來了很大困難，直接影響了參數(shù)率定。

3 結(jié)語

（1）利用參數(shù)移植法，構(gòu)建了渾河上游南口前流域新安江模型，并將模型參數(shù)移植到清原下水庫流域，最終結(jié)果驗證該方法可行，由于資料有限，本次預(yù)報精度不高，還需后續(xù)收集更多的暴雨洪水資料，進一步改進模型參數(shù)。

（2）無資料地區(qū)洪水預(yù)報是水文預(yù)報工作中的難點，后續(xù)還需投入更多精力，結(jié)合新方法去深入探究。