一種基于分區構架洪水預報應用研究

焦顯松

(安慶水務局，安徽 安慶 246003)

皖西南安慶、池州區域在中小河流洪水預報模型構架中，針對流域水文預報節點以上建設有水利工程控制的較普遍的現象，由于水利工程的建設，改變了區域產匯流特性，針對這種情況，提出分區構架洪水預報模型的構架思路；并依據大量的歷史洪水資料，分析率定分區節點產匯流參數。分區構架后的洪水預報模型實際洪水預報作業應用時取得較好的預報效果。

1 構架思路

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 分區構架洪水預報模型實例

2.1 資料選用

(1)水利工程資料。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。

(2)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。

2.2 水利工程下泄流量單元演算參數調試

系統調試以新安江模型為基礎，以釣魚臺獨立單元和區間降雨形成的徑流疊加合成為宿松水文站斷面的流量的模型構架作為調試的洪水預報方案。給定馬斯京根法參數(以下簡稱馬法)C0、 C1、 C2分別(1，0，0)，(0，1，0)，(0，0，1)，(0.33，0.33，0.34)4組馬法參數優選調試值，以090609，080609號洪峰作為馬法參數調試標的，2場次洪峰馬法3參數多種優選值調試統計分析表如表1所列。

表1顯示僅以場次洪峰統計為標的，090609洪峰流量預報與實測值誤差最大的-89.4%，080609洪峰流量預報與實測值誤差最大的為-82.8%，均出現在馬法三參數(0，0，1)組；090609峰現時間與預報時間誤差最大的為6t，080609峰現時間與預報時間誤差最大的為4t，均出現在馬法三參數(0，0，1)組；090609確定性系數最大值為0.86，080609確定性系數最大值為0.62，均出現在馬法三參數(0.33，0.33，0.34)組。以上統計分析顯示，馬法三參數中的C0、C2如果取值過大，均會增大洪峰流量預報值與峰現時間預報值與實際值之間的誤差，C0過大時預報峰現時間提前，C2過大時洪峰預報洪峰過程將坦化。給定的4組初始調試值以C0、 C1、 C2(0.33，0.33，0.34)綜合評定級別最高(以確定性系數作為評定標的)。選擇C0、 C1、 C2(0.33，0.33，0.34)作為與實際模擬的馬法三參數調試初始值。

表1 馬法三參數多種優選值調試統計分析表

以上系統調試分析出的結果含有釣魚臺子單元與宿松站區間降雨的影響因素在內，為進一步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，以系統調試初始值C0、 C1、 C2(0.33，0.33，0.34)為方案1作為初選值，進一步建立搜索區間，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，最終選定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，成果圖如圖1所示。

圖1 馬法三參數優選對比成果圖

表2顯示，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。

表2 馬法參數最終優選成果對比分析表

2.3 分區構架洪水預報模型擬合

用1993-2015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如表3所列。洪峰流量合格率為73.9%，峰現時間合格率100%。

表3 宿松站次洪模型預報合格率及等級表

2.4 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、2017、20183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0.9h，最小0.2h，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1.5h，最小1h，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如表4所列。

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

3 結束語

分區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，實際洪水預報作業中取得了較好的效果，為防汛決策部門作出決策提供了有力的技術支撐。

分區構架模型中的馬斯京馬法3參數的調試是基于2個假定的基礎上的，認為馬法2個假定及認為K(穩定流槽蓄曲線的坡度)及x(反映河槽調蓄能力)為常數，實際上這2個假定是不成立的，同時由于水庫資料觀測項目的精度問題，無疑給馬法三參數的優選結果的精度都會帶來影響，所以在以后的實時洪水預報過程中，應及時掌握上游來水情況，一旦發現預報結果與實測值較大時，應對洪水預報方案構架中的各項要素及馬法三參數作出必要的修正。

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。