新安江三水源模型在柘林水庫洪水預(yù)報中的應(yīng)用

摘要：新安江模型是分散性模型，它把全流域分成許多單元小流域塊，對每個單元流域單獨(dú)進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算，主要用以考慮降雨在空間上分布不均勻的問題。柘林水庫流域降水量充沛、植被條件良好，采用具有我國特色的新安江模型比較適宜，因而應(yīng)用新安江模型作洪水預(yù)報比較合適且精度較高。

關(guān)鍵詞：新安江三水源模型；柘林水庫；洪水預(yù)報；水利工程；水電站 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TV697 文章編號：1009-2374（2017）05-0061-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.029

1 流域和水庫特征

柘林水利樞紐工程位于贛西北修水干流中游。修水是鄱陽湖水系五大河流之一，發(fā)源于湘鄂邊境幕阜山脈的黃龍山，自西向東流經(jīng)修水、武寧、永修等縣于吳城注入鄱陽湖。全流域面積14700平方公里，柘林樞紐控制9340平方公里，占全流域的63.5%，干流總長304公里。修水流域?qū)賮喼迻|南季風(fēng)區(qū)，為江西五大暴雨中心之一，多年平均年降水量1579毫米，其中一半降水集中在4～6月，暴雨大多發(fā)生在5～7月，以6月發(fā)生次數(shù)最多。

樞紐是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖等綜合效益的水利工程。樞紐主要建筑物有主壩、付壩兩座、溢洪道兩座、泄洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及廠房、灌溉取水建筑物、通航建筑物等。水電站現(xiàn)共裝有6臺機(jī)組，其中原設(shè)計(jì)4臺機(jī)組單機(jī)容量4.5萬kW，后擴(kuò)建增加了2臺機(jī)組單機(jī)容量12萬kW，電站總裝機(jī)為42萬kW。多年平均年發(fā)電量6.9億kW·h，柘林水庫正常高水位為65.0米，汛期限制水位64.0米，死水位50.0米，極限死水位47.0米，設(shè)計(jì)洪水位70.13米，最高洪水73.01米，水庫總庫容79.2億立方米，其中興利庫容34.47億立方米，防洪庫容32.00億立方米，死庫容15.7億立方米，庫容系數(shù)42.7%，徑流利用系數(shù)93.4%，為多年調(diào)節(jié)水庫。

2 模型運(yùn)用

新安江模型是分散型結(jié)構(gòu)，它把流域分成許多塊單元流域，對每個單元流域作產(chǎn)匯流計(jì)算，得出單元流域的出口流量過程，再進(jìn)行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量過程。把每個單元流域的出流過程相加，就求得了流域出口的總出流過程。

模型輸入為實(shí)測雨量P，實(shí)測水面蒸發(fā)EM；輸出為流域出口流量Q，流域蒸散發(fā)E。模型結(jié)構(gòu)及計(jì)算方法可分為以下四大部分：

2.1 蒸散發(fā)計(jì)算

用三個土層的模型，其參數(shù)為深層蒸散發(fā)系數(shù)C，蒸散發(fā)折算系數(shù)K，包氣帶張力水容量WM，分上層WUM、下層WLM、深層WDM。

2.2 產(chǎn)流量計(jì)算

按蓄滿產(chǎn)流概念，參數(shù)為包氣帶張力水容量WM、張力水蓄水容量曲線的方次B、不透水面積比值IM。

2.3 分水源計(jì)算

分三種水源，即地面徑流RS、地下徑流RG和壤中流RSS。參數(shù)為表層土自由水蓄水容量SM、表層自由水蓄水容量曲線的方次EX、表層自由水蓄水量對地下水的出流系數(shù)KG及壤中流的出流系數(shù)KSS。

2.4 匯流計(jì)算

地下徑流用線性水庫模擬，其消退系數(shù)為KKG，出流進(jìn)入河網(wǎng)。壤中流的深層自由水也用線性水庫模擬，其消退系數(shù)為KKSS。地面徑流的坡地匯流不計(jì)，直接進(jìn)入河網(wǎng)。

3 模型參數(shù)率定和調(diào)式

模型參數(shù)的率定方法，則在微機(jī)上使用人工與機(jī)器優(yōu)選相結(jié)合，并對待定參數(shù)變化范圍給予可行性約束的方法。對柘林流域內(nèi)上述三大塊用最新10年連續(xù)時段遙測資料（段長為6小時）進(jìn)行模型參數(shù)的調(diào)試計(jì)算。

4 成果分析

在預(yù)報方案中，柘林水庫壩上斷面20場洪水預(yù)報中有18場次預(yù)報的洪峰誤差控制在20%以內(nèi)，其中最大正誤差為24.77%，最大負(fù)誤差為-18.33%，平均相對誤差為9.59%；在洪量誤差方面，柘林水庫壩上斷面20場洪水預(yù)報中有18場次預(yù)報的洪量誤差控制在20%以內(nèi)，其中最大正誤差為26.38%，最大負(fù)誤差為-23.45%，平均相對誤差為12.66%；柘林水庫壩上斷面20場洪水預(yù)報的洪峰誤差均控制在預(yù)報根據(jù)時間至實(shí)測洪峰出現(xiàn)時間之間時距的30%以內(nèi)，其中最大正誤差為3個時段，最大負(fù)誤差為1個時段，平均誤差為0.85個時段；柘林水庫壩上斷面20場洪水預(yù)報的確定性系數(shù)最小為0.32，最大為0.97，預(yù)報的平均確定性系數(shù)達(dá)到0.64。綜上所述，柘林水庫壩上斷面20場洪水預(yù)報中，有17場次洪水預(yù)報達(dá)到合格要求，預(yù)報合格率為85%。

在對柘林水庫20場洪水過程進(jìn)行預(yù)報的合格率為90%，新安江模型是適合柘林流域的洪水預(yù)報模型。

5 結(jié)語

第一，新安江模型是適合柘林流域的洪水預(yù)報模型。在柘林水庫壩上斷面20場洪水預(yù)報中，預(yù)報合格率為90%，達(dá)到了部頒甲級標(biāo)準(zhǔn)。

第二，對部分場次的洪水過程模擬精度仍然不夠理想，分析主要有以下兩點(diǎn)原因：（1）降雨時空分布不均勻，局部暴雨對流域內(nèi)洪水產(chǎn)生影響很大，而流域內(nèi)雨量站點(diǎn)設(shè)置較少，其位置布置也并不均勻，因此對流域面雨量的把握有所欠缺，這個問題需要通過規(guī)劃設(shè)置雨量及水文站點(diǎn)來對模型參數(shù)率定進(jìn)行完善；（2）人類活動對流域洪水的影響。柘林水庫上游仍存在較多小水庫，而這些小水庫的調(diào)度和出流資料是難以及時準(zhǔn)確得到的，這些水庫的調(diào)節(jié)作用嚴(yán)重影響了洪水的產(chǎn)生和傳播，從而影響了模型的預(yù)報效果。

總體來看，柘林水庫壩上斷面新安江模型預(yù)報方案整體達(dá)到了甲級以上預(yù)報水平，對實(shí)際洪水的檢驗(yàn)?zāi)M效果也較好，因此認(rèn)為新安江模型是適合柘林流域的洪水預(yù)報模型。

作者簡介：張飛峰（1970-），男，浙江龍游人，供職于國網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，研究方向：水庫調(diào)度、水工建筑物。

（責(zé)任編輯：蔣建華）