經驗相關圖法在洪水預報中的應用分析

楊舒揚

巢湖市水務局 安徽巢湖 238000

洪澇災害是我國損失最為嚴重的自然災害之一。為運用非工程措施減輕洪澇災害損失，我國開展了國家防汛抗旱指揮系統一期工程建設。2009年3月，水利部水利信息中心編寫了國家防汛抗旱指揮系統《中央洪水預報系統需求說明書》，要求開發國內目前常用的25個洪水預報模型和通用方法，建立預報模型庫，為中央洪水預報系統和7大江河洪水預報系統提供模型支持。中央洪水預報系統的開發建設堅持適用性、可用性、易用性、可擴展性、可移植性和可維護性等原則。根據中央洪水預報系統的建設原則，需要選擇一種能夠實現系統易用、可移植和可擴展的開發模式。從目前的技術來看，組件的開發模式是最好的，因此，本文在洪水預報模型組件化方面進行探索和實踐，按照洪水預報模型結構和邏輯上的特性，將國內常用的12個洪水預報模型劃分成多個相互獨立的模塊，并按照組件封裝技術將其封裝成組件，再按照組件的搭建模式將其搭建成洪水預報模型，同時針對具體流域實現其應用。

1 概述

水電水利工程建設的全過程就是分時段對水流進行控制和疏導的過程,施工導流大多數選擇在枯水期的數個月內進行。因此,選擇合理的施工洪水設計標準、確定合理的枯水期設計洪峰流量和洪水過程線是確定導流建筑物規模的關鍵。施工期洪峰流量主要取決于施工期流量、暴雨資料的統計計算。在實際中小型水利工程計算中,通常只能收集或利用地區綜合法得到工程所在地多年內全年逐月的日最大暴雨統計資料。由于缺乏實測的流量資料和暴雨的不同時段的統計資料,在中小型水利工程全年設計洪水和校核洪水的計算時,通常采用《暴雨徑流查算圖表》的方法查算暴雨參數,利用綜合單位線法或推理公式法進行計算。但是,施工期的洪水計算一般很難收集到準確的長系列流量資料和逐年的不同時段的最大暴雨的統計資料,由于缺乏施工分期洪水計算的依據,無法準確計算施工洪水流量,影響施工導流設計的準確性和合理性[1]。在缺乏資料的情況下,常用的施工洪水計算方法是根據統計施工期實測的最大24h暴雨參數,利用全年的最大1、6、72h的暴雨均值與24h暴雨參數的比例關系分別得到最大1、6、72h的暴雨參數,按施工期暴雨變差系數與全年暴雨變差系數相同的情況,并用推理公式或者單位線進行計算,但是上述計算比較繁瑣。

2 受凍土影響流域產匯流規律分析

本文以永翠河流域為例介紹相關圖法在凍土影響流域的預報應用。流域地貌屬小興安嶺山地特征，位于我省凍土分區南部，流域下墊面自1月中旬至翌年4月中旬處于封凍狀態。一般在7月時，流域下墊面少數地方上層凍土才完全解凍，其余地區，尤其是山地陰坡等低洼地帶，始終存在島狀多年凍土，最大深度2.0m左右，凍土分布面積和深度自上游至下游逐漸減小。流域產匯流受凍土影響分析：流域內的凍土可以在降雨入滲、蒸發、坡地匯流等多個方面影響流域的產匯流規律。凍土透水性較弱降雨無法大量滲入地下，會增加地表凈流的產流量，再就是由于凍層使流域地表和地下水的蒸發被抑制，實際蒸發遠小于正常蒸發，遇強降雨時易產生大洪水。在不連續凍土區域的島狀凍土間隙區域分布較大的土壤孔隙，如果降雨強度較小時，會導致降雨入滲加大，流域產流則會偏小，這種現象在流域下游地區比較明顯[2]。

3 洪水預報模型組件化方法

（1）模塊劃分。根據洪水預報模型的計算過程將其劃分成各個模塊。劃分好的模塊要求相對獨立，即不與其他組件完全獨立，但自身可以獨立運算。模塊的劃分一般有兩種方法：一是按照模型的計算過程劃分，在計算過程中將模型分割成一個個模塊，每個模塊可以獨立進行運算；另一種是按照模型的邏輯結構劃分，如新安江模型常被分成蒸散發模塊，產流模塊等。而按照邏輯結構劃分并不總是可行，如薩克拉門托模型常被劃分成產流量計算、蒸散發計算、水分交換計算和下滲計算等模塊，而這些模塊其實并不能實現獨立運算，從而不能成為模塊，因此模塊的劃分一般要求劃分者對模型的邏輯結構和計算過程非常了解。（2）組件封裝。運用組件技術、WebService技術、面向服務的體系結構等組件封裝技術將劃分好的模塊封裝洪水預報模型組件。組件封裝遵循上文提到的組件開發標準，封裝后的組件有兩個接口，一個用于傳入數據和參數，另一個用于結果的輸出，兩個接口均遵循輸入輸出約束。（3）組件搭建。封裝后的組件存入組件庫，用戶定制組件庫中的組件并將其在可視化界面中搭建洪水預報模型。洪水預報模型的搭建方法有兩種：多個模型共用一個或多個組件和多個組件的組合搭建。這兩種搭建方法可以充分體現組件的可共用和可移植性[3]。

4 結語

因受凍土影響流域下墊面的特殊性，傳統單一洪水預報方法難以應用，必須采用多方法綜合來進行凍土區洪水預報。本文所述方法預報因子雖少但對預報影響非常重要，流域值綜合反映了降雨和前期土壤含水量情況，降雨強度做為選擇線型的標準具有重要的物理成因意義。相關圖法限于自身成圖條件，對有效預報因素采用較少，外加對凍土規律認識不夠全面深刻，本方法歷史擬合精度還較低，今后還待深入探討提高和完善。