考慮GFS短期降雨預(yù)報(bào)信息的實(shí)時(shí)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度研究

白 鵬

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110166)

考慮GFS短期降雨預(yù)報(bào)信息的實(shí)時(shí)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度研究

白 鵬

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110166)

本文以英那河水庫(kù)防洪調(diào)度為例，對(duì)考慮GFS短期降雨預(yù)報(bào)信息的實(shí)時(shí)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度進(jìn)行了研究。針對(duì)前3天累積雨量水庫(kù)調(diào)度模式的不足之處，分別考慮24h和48h降雨預(yù)報(bào)信息，運(yùn)用凈雨控制調(diào)度方式進(jìn)行調(diào)度，得到相應(yīng)的調(diào)度方案。最后通過(guò)對(duì)不同預(yù)見(jiàn)期長(zhǎng)度和不同預(yù)報(bào)凈雨比重的調(diào)度方案進(jìn)行進(jìn)一步分析對(duì)比，得出了最合理的應(yīng)用方式。

英那河水庫(kù)； 降雨預(yù)報(bào)信息； 預(yù)報(bào)調(diào)度

1 英那河水庫(kù)簡(jiǎn)介

英那河水庫(kù)位于遼東半島東部的英那河干流上，該水庫(kù)大壩為砌石重力壩，壩長(zhǎng)196.13m，壩高28m，水庫(kù)正常高水位59.00m[1]。英那河水庫(kù)的集水面積為692.3km2，控制流域內(nèi)的多年平均徑流量為3.23億m3。

2 英那河水庫(kù)的防洪調(diào)度

2.1 汛期分期及汛限水位控制值

每年6月5日—7月9日為水庫(kù)的汛前期，7月10日—8月20日為水庫(kù)的主汛期，8月21日—9月20日為水庫(kù)的后汛期。在主汛期內(nèi)，英那河水庫(kù)的汛限水位應(yīng)控制在58.50～58.80m；在后汛期，汛限水位應(yīng)控制在58.80m；出汛以后，水庫(kù)的水位應(yīng)逐漸恢復(fù)至汛前的59.00m。

2.2 英那河水庫(kù)防洪原則

當(dāng)水庫(kù)遭遇P=10%洪水的情況下，最大泄洪量不超過(guò)1500m3/s，庫(kù)水位不超過(guò)59.80m；當(dāng)水庫(kù)遭遇P=5%洪水的情況下，最大泄洪量不超過(guò)2500m3/s，庫(kù)水位不超過(guò)70.20m；當(dāng)水庫(kù)遭遇P=2%洪水的情況下，最大泄流量不超過(guò)4500m3/s，調(diào)度過(guò)程中庫(kù)水位不超過(guò)70.50m；當(dāng)水庫(kù)遭遇P=2%以上等級(jí)的洪水時(shí)，逐步開(kāi)啟泄洪閘門(mén)，加大泄洪流量。

2.3 英那河水庫(kù)凈雨控制調(diào)度方式

英那河水庫(kù)現(xiàn)采用對(duì)徑流深、入庫(kù)流量和庫(kù)水位三個(gè)主要指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)積累預(yù)報(bào)、綜合控制的方式實(shí)施洪水過(guò)程中的水庫(kù)調(diào)度[3]。其具體調(diào)度規(guī)則如下：

a.前3天累積凈雨深不超過(guò)200mm、入庫(kù)流量不超過(guò)1500m3/s時(shí)，按照水庫(kù)的入庫(kù)流量泄洪，如果入庫(kù)流量大于1500m3/s，則以1500m3/s的流量泄洪。

b.前3天累積凈雨深大于200mm且不超過(guò)300mm或庫(kù)水位大于59.80m且不超過(guò)70.20m時(shí)，以2500 m3/s的流量泄洪。

c.前3天累積凈雨深大于300mm且不超過(guò)380mm或庫(kù)水位大于70.20m且不超過(guò)70.50m時(shí)，以4500m3/s的流量泄洪。

d.前3天累積凈雨深大于380mm或庫(kù)水位不超過(guò)70.50m時(shí)，以最大流量泄洪。

英那河水庫(kù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：這種單純基于洪水預(yù)報(bào)信息的調(diào)度方式，由于預(yù)見(jiàn)期較短，往往導(dǎo)致調(diào)度中的下泄量與庫(kù)水位十分接近防洪標(biāo)準(zhǔn)上限，安全余地較小。

3 考慮GFS短期降雨預(yù)報(bào)信息的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度

3.1 考慮24h降雨預(yù)報(bào)信息的凈雨控制調(diào)度

以2012年8月初的洪水過(guò)程為例，對(duì)考慮降雨預(yù)報(bào)信息的水庫(kù)調(diào)度進(jìn)行研究。首先依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料計(jì)算出前3天的累積凈雨量，然后加上基于GFS降雨預(yù)報(bào)信息得到的凈雨量，獲得累積凈雨量[4]。8月初洪水過(guò)程期間的累積凈雨量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。

部分時(shí)段累積凈雨量計(jì)算結(jié)果表 單位：mm

結(jié)合表中的計(jì)算結(jié)果，對(duì)2012年8月初的洪水過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度，限于篇幅，這里僅對(duì)其中幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。其中3日8時(shí)的總凈雨量為203.7mm，按照調(diào)度規(guī)則下泄流量應(yīng)為2500m3/s，但是考慮到其中的164.7mm來(lái)自降雨預(yù)報(bào)信息，而前3天累積雨量?jī)H為39.0mm，因此兩者在調(diào)度規(guī)則上出現(xiàn)跨級(jí)。另一方面，當(dāng)前來(lái)水量?jī)H為185m3/s，為了不增加興利蓄水的風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算決定采用1800m3/s的流量泄洪，此時(shí)的最高水位為59.51m。到4日14時(shí)，前3天累積凈雨量與總凈雨量均超過(guò)200mm，雖然此時(shí)處于退水階段，但入庫(kù)流量仍在上漲，并逐步達(dá)到3721m3/s。由于提前近一天加大洪水預(yù)泄，此時(shí)的水位只有69.29m，回旋余地較大，同時(shí)此次強(qiáng)降雨過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，因此保持1800m3/s的泄洪量持續(xù)泄水。

與原來(lái)的規(guī)則調(diào)度方式相比，此次調(diào)度可以提前21h進(jìn)行洪水預(yù)泄，可以顯著增加洪峰到來(lái)時(shí)水庫(kù)調(diào)度的回旋余地，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

雖然GFS對(duì)短期強(qiáng)降雨的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，但是依據(jù)相關(guān)的氣象資料，這種預(yù)報(bào)往往有偏大傾向[5]。此外，這種調(diào)度方式可能造成個(gè)別時(shí)段泄量過(guò)大，增加英那河水庫(kù)的興利蓄水風(fēng)險(xiǎn)[6]。為進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)調(diào)度的合理性，下面對(duì)由預(yù)報(bào)信息獲得的降雨量進(jìn)行折減，以進(jìn)一步優(yōu)化方案。由于GFS預(yù)報(bào)信息存在誤差但誤差并不大[7]，因此分為預(yù)報(bào)信息凈雨量的60%和80%兩種情況作進(jìn)一步研究。

a.預(yù)報(bào)信息凈雨量的60%方案。以前3天累積凈雨量和24h降雨預(yù)報(bào)信息凈雨量的60%作為總凈雨量，對(duì)水庫(kù)2012年8月初的洪水過(guò)程進(jìn)行調(diào)度，其綜合決策過(guò)程如圖1所示。

圖1 60%方案綜合決策過(guò)程(時(shí)間:h)

從圖1可以看出，從8月3日20時(shí)開(kāi)始增大預(yù)泄量，最大下泄流量為2200m3/s，而按照原始調(diào)度方案，則為1500m3/s，由于洪水預(yù)泄和加大下泄流量，整個(gè)調(diào)度過(guò)程中的最高水位為59.71m，兩者均優(yōu)于原始調(diào)度方案。調(diào)度過(guò)程中的最低水位為59.3m，比原始調(diào)度方案的59.2m略高。此外，此次調(diào)度過(guò)程中，8月3日23時(shí)的總凈雨量將超過(guò)200mm，因此按照調(diào)度規(guī)則將以2500 m3/s的流量泄洪，此次調(diào)度不會(huì)增加興利蓄水的風(fēng)險(xiǎn)。

b.預(yù)報(bào)信息凈雨量的80%方案。以前3天累積凈雨量和24h降雨預(yù)報(bào)信息凈雨量的80%作為總凈雨量，對(duì)水庫(kù)2012年8月初的洪水過(guò)程進(jìn)行調(diào)度，其綜合決策過(guò)程如圖2所示。

圖2 80%方案綜合決策過(guò)程(時(shí)間:h)

此次調(diào)度與60%方案相比，從8月3日14時(shí)開(kāi)始加大泄流量，提前了6h。調(diào)度過(guò)程中的最高水位為59.60m，最大泄流量為2100m3/s，兩者均低于60%方案，調(diào)度過(guò)程中的最低水位仍為59.3m。此外，8月3日14時(shí)總凈雨量將超過(guò)200mm，未來(lái)3天的來(lái)水量也足以彌補(bǔ)水庫(kù)調(diào)度中的預(yù)泄水量，因此以2100m3/s的流量泄洪不會(huì)增加興利蓄水的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)上述兩種方案的比較顯示，80%方案留給水庫(kù)調(diào)度的回旋余地更大，庫(kù)區(qū)下游的洪水狀態(tài)更為平穩(wěn)。因此，建議在實(shí)際操作中，選擇GFS降雨預(yù)報(bào)信息形成凈雨量的80%計(jì)算。

3.2 考慮48h降雨預(yù)報(bào)信息的凈雨控制調(diào)度方式

為進(jìn)一步延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期，優(yōu)化水庫(kù)洪水期的調(diào)度過(guò)程，考慮將基于GFS的48h降雨預(yù)報(bào)信息應(yīng)用于防洪預(yù)報(bào)調(diào)度[8]。基于上節(jié)研究結(jié)果，本節(jié)僅對(duì)48h降雨預(yù)報(bào)信息形成凈雨量按照80%進(jìn)行折減，獲得總凈雨量應(yīng)用于實(shí)時(shí)調(diào)度，并與上節(jié)的調(diào)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其綜合決策過(guò)程如圖3所示。

圖3 48h方案的綜合決策過(guò)程(時(shí)間:h)

此次調(diào)度過(guò)程中，加大預(yù)泄洪水時(shí)間比24h方案提前了3h。庫(kù)水位的最高值為59.68m，最大泄流量為1900m3/s，均有明顯降低。

調(diào)度過(guò)程中的最低水位為58.07m，不僅低于24h方案，也低于原始調(diào)度方案的58.20m，據(jù)測(cè)算，未來(lái)3天水庫(kù)的入庫(kù)水量約為0.38億m3，即使發(fā)生漏報(bào)，水庫(kù)在未來(lái)3天之內(nèi)也能將水位蓄至汛限水位控制范圍，因此此次調(diào)度不會(huì)增加水庫(kù)的興利蓄水風(fēng)險(xiǎn)。

24h方案和48h方案的對(duì)比顯示，48h降雨預(yù)報(bào)信息用于水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度，可以顯著增加水庫(kù)的防洪效益，同時(shí)也不會(huì)增加興利蓄水風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

a.基于洪水預(yù)報(bào)信息的調(diào)度方式預(yù)見(jiàn)期較短，調(diào)度中的下泄量與庫(kù)水位十分接近防洪標(biāo)準(zhǔn)上限，缺乏足夠的回旋余地。

b.考慮24h降雨預(yù)報(bào)信息的水庫(kù)調(diào)度可以提前21h進(jìn)行洪水預(yù)泄，有效增加洪峰到來(lái)時(shí)水庫(kù)調(diào)度的回旋余地，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

c.為降低水庫(kù)興利蓄水風(fēng)險(xiǎn)，選擇降雨預(yù)報(bào)信息形成凈雨量的80%用于水庫(kù)調(diào)度更為合理。

d.48h方案，在不增加水庫(kù)興利蓄水風(fēng)險(xiǎn)的前提下，可以進(jìn)一步提高水庫(kù)的防洪效益。

[1] 李智慧,張茹,王金偉.碧流河水庫(kù)與英那河水庫(kù)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究[J].水利建設(shè)與管理,2012(S1):83-86.

[2] 徐華新,王金偉,門(mén)遠(yuǎn).英那河水庫(kù)興利調(diào)度研究[J].東北水利水電,2012(1):58-59.

[3] 高清震,王俊海.英那河水庫(kù)的動(dòng)態(tài)調(diào)控方案[J].東北水利水電,2012(6):47-48.

[4] 任明磊,何曉燕,黃金池,等.基于短期降雨預(yù)報(bào)信息的水庫(kù)汛限水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制方法研究及風(fēng)險(xiǎn)分析[J].水利學(xué)報(bào),2013(S1):66-72.

[5] 王長(zhǎng)海.降雨預(yù)報(bào)信息在水庫(kù)調(diào)度中應(yīng)用的可行性研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2007(2):36-38.

[6] 郭榮軍.短期降雨預(yù)報(bào)在桓仁水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制中的應(yīng)用[J].水電與新能源,2013(4):63-65.

[7] 余豪,袁晶瑄,盧迪,等.GFS降雨預(yù)報(bào)圖數(shù)值化處理算法在洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué),2013(9):58-60,35.

[8] 王玉才,熊安武,鄒霞,等.降雨預(yù)報(bào)信息下高關(guān)水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制風(fēng)險(xiǎn)分析[J].水電與新能源,2015(10):10-14.

Research on real-time flood forecast scheduling based on GFS short-term rainfall forecast information

BAI Peng

(Liaoning Runzhong Water Supply Co., Ltd., Shenyang 110166, China)

In the paper, Yingnahe Reservoir flood control scheduling is adopted as an example for studying real-time flood forecast scheduling based on GFS short-term rainfall forecast information. 24h and 48h rainfall forecast information is respectively considered aiming at defects of rainfall reservoir scheduling mode accumulated in former three days. Net rain control scheduling approach is applied for scheduling to obtain corresponding scheduling scheme. Finally, the most reasonable application mode is obtained through further analyzing and comparing scheduling schemes with different forecast term length and different forecast net rain proportion.

Yingnahe Reservoir; rainfall forecast information; forecast scheduling

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.014

TV877

A

2096- 0131(2016)06- 0044- 04