受水庫下泄流量影響的洪水預報方案應用研究

焦顯松

（安徽省安慶水文水資源局，安徽 安慶 246003）

0 引言

安徽省中小河流洪水預報方案構架自2009 年開始，宿松水文站洪水預報構架是該項工作重要的組成部分，本文以宿松水文節點為研究對象，分析受釣魚臺水庫控制的該流域產匯流特性，提出將水庫控制單元分區構架洪水預報模型的構架思路并予以推廣應用。研究主要內容包括水庫下泄流量馬斯京根法演算，新安江模型構架（含區間）。

1 區域概況

洪水預報方案構架目的區域位于安徽省宿松縣二郎河上，二郎河（縣大河）干流發源于三面尖，河道長57 km。流域平均高程96.1 m，流域坡度10.5 dm/km2。流域內植被覆蓋率59.8%。二郎河上的宿松水文站為其流域控制站，宿松水文站位于安徽省宿松縣孚玉鎮王屋村，集水面積443 km2。

測驗河段順直長度約1.5 km，主槽寬約60 m，高程達18.5 m，河之左岸有約30 m 寬的人工戧臺，最大河寬117 m。左岸圩堤，右岸山崗，斷面下游340 m 處有一座三孔石拱公路橋，下游550 m 處為彎道，對中高水起良好控制作用。斷面上游1 km 處有一座四孔高速公路橋。

釣魚臺水庫位于宿松水文站上游，離宿松水文站距離約7 km，水庫具體參數值為；設計總庫容：9177 萬m3；最大壩高100.2 m；正常運用洪水百年一遇；非常運用洪水標準千年一遇；正常蓄水位92.00 m；死水位62.34 m。

2 研究理論分析

構架思路將水利工程控制區域以上的流域作為獨立單元，利用工程現有資料，考慮水利工程調度方式，將水利工程下泄流量過程作為系統流量輸入單元，利用計算機連續演算至預報節點斷面，合成疊加區間降雨所形成的徑流則為預報節點流量分配過程。

2.1 馬斯京根法

在簡便的槽蓄關系曲線的基礎上，建立水量平衡式聯立求解，見式（1）：

馬斯京根法[1]是采用一定時間段進行差分計算的，將上述方程用時段始末值（用下標1，2）來表示，式（1）可表示為式（2）：

整理可得：

式中：

式（1）-（4）中：I 為入流；O 為穩定流流量；K 槽蓄曲線坡度；x 為河道調蓄能力；C0、C1、C2馬斯京根法參數。

由式（3）可知C0+C1+C2=1，對于具體的河段，只要求出其K，x 值，選定△t 后，就可以求出C0、C1、C2，在經式（3）演算后即可得到出流過程。

2.2 新安江模型

新安江模型[1]是一個分散參數的概念性模型，為了考慮降雨分布不均的影響和下墊面條件的不同及其變化，將流域劃分為若干（N 個）單元面積。單元面積出口與流域出口用河網連接，形成單元面積～河網匯流系統；對每個單元面積分別進行產、匯流計算，計算出各單元面積的出流過程；將N 個單元面積的出流過程線性疊加，即可求得流域總出流過程。

水庫控制區間至預報節點區間采用新安江模型構架，模型參數[3]（次模型和日模型為實例中宿松站的資料率定成果）見表1。

表1 新安江模型參數表

3 實例分析

3.1 資料選用情況

水庫資料：收集釣魚臺水庫1993 年以后的大壩實測水位、雨量以及水庫實際工程調度情況；收集高低涵、發電、溢洪道泄洪情況；收集釣魚臺渠首實測流量資料以及灌溉用水情況。

水文資料收集情況：采用宿松水文站1993 年以后的資料（水位、流量、蒸發），釣魚臺子單元至宿松水文站區間（宿松、石嘴頭、釣魚臺）1993 年以后的降雨量資料。

3.2 釣魚臺水庫下泄流量單元演算參數優選

為分析釣魚臺子單元的出流過程對宿松水文站斷面出流過程的影響，剔除釣魚臺子單元與宿松水文站區間降雨過程所產生的徑流，選取區間降雨而宿松站測流斷面產生洪峰過程的090217 號場次洪峰，以調試初始值C0、C1、C2（0.33，0.33，0.34）為方案1 作為初選值，建立搜索區間，分別以0.01，0.02 為搜索步長值，經過計算機云計算，并與實際洪峰過程擬合，選定C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）方案2 為最終優選結果，馬法參數最終優選對比表見表2，成果圖見圖1。

由表2 及圖1 可知，方案2 的洪峰的起漲及峰頂預報值和實測值較好，方案1 則在洪峰退水時間段尾部預報值和實測值擬合較好。綜合考慮選擇方案2 即C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）作為最終優化結果。

圖1 釣魚臺下泄單元馬斯京根法演算擬合對比圖

3.3 分區構架洪水預報模型擬合

宿松站新安江模型參數率定成果見表1。

用1993 年～2015 年共23 場次洪峰資料驗證以釣魚臺子單元及區間降雨形成的徑流的疊加即為宿松水文站斷面預報流量的洪水預報構架方案的合格情況。洪模型預報合格率及等級表見表3，洪峰流量合格率為73.9%，峰現時間合格率100%。

表2 馬法參數最終優選成果對比分析表

表3 宿松站次洪模型預報合格率及等級表

3.4 模型推廣與實際預報作業成果統計

將這種分區構架洪水預報模型思路推廣到池州青通河青陽站節點上，也取得較好的預報效果。宿松、青陽節點2016 年、2017 年、2018 年三年實際作業預報中，青陽站洪峰預報流程最大誤差14 m3/s，相對誤差11.8%，最小預報流量誤差9 m3/s，相對誤差11.8%。峰現因子最大誤差0.9 h，最小0.2 h，2 預報因子合格率均為100%。宿松站洪峰預報流程最大誤差95 m3/s，相對誤差9.9%，最小預報流量誤差7 m3/s，相對誤差4.8%。峰現因子最大誤差1.5 h，最小1 h，2 預報因子合格率均為100%

從2 站水文因子預報數據統計分析來看，分區構架洪水預報模型取得了較好的預報效果。分區構架洪水預報模型推廣應用水文要素預報合格率統計表見表4。

4 結語

4.1 結論

（1）釣魚臺水庫下泄流量馬斯京根法最終優化結果C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）。

（2）基于水庫下泄流量影響洪水預報模型構架方式為考慮水庫總下泄流量利用馬斯京根法演算至預報節點斷面，合成疊加新安江模型模擬區間暴雨洪水過程即為預報節點流量過程。

（3）模型構架思路充分考慮了水利工程對流域下墊面水文要素的影響，在2016 年～2018 年實際洪水預報作業中取得了較好的效果，預報結果水文情報預報規范2 技術要求，為防汛決策部門作出決策提供了有力的技術支撐。

（4）方案構架對其他同類型區域洪水預報方案構架具有重要的參考意義。

4.2 建議

由于管理體制等方面的原因，尤其大洪水期間，水利工程調度方式不能迅速及時的到達洪水預報作業者手上，一定程度上影響到預報精度，所以這就要求分區構架預報模型作業者實際預報作業中需要采取一切可利用的手段及時有效的了解水利工程的調度方式，盡可能的提高洪水預報精度。

表4 分區構架洪水預報模型推廣應用水文要素預報合格率統計表