基于新安江模型的螺嶺橋水文站洪水預報研究

彭 佑

（長沙水文水資源勘測中心，湖南 長沙 410014）

1 研究背景

目前，三水源新安江模型在我國洪水預報得到了廣泛使用，具有很強的適用性和代表性。新安江模型是一種分散性模型，當流域面積較小時，新安江模型采用集總模型，當面積較大時，采用分塊模型。為了考慮降水和流域下墊面分布不均勻的影響，新安江模型的結(jié)構(gòu)設計為分散性的，分為：蒸散發(fā)計算，產(chǎn)流計算，分水源計算和匯流計算四個層次結(jié)構(gòu)。長沙市地處山區(qū)濕潤氣候帶，徑流的來源是降雨。多年的研究和實踐表明這類地區(qū)的降雨產(chǎn)流機制主要是蓄滿產(chǎn)流，符合新安江模型適用條件。

2 預報斷面基本情況

螺嶺橋水文站位于長沙縣高橋鎮(zhèn)高橋村，為撈刀河最大支流金井河控制站，于1959 年1 月由湖南省水文總站設立，為國家基本站，控制集雨面積為327 km2。歷史洪水調(diào)查最高水位57.31 m（黃海基面，1954 年7月23 日）；實測最高水位29.66 m（凍結(jié)基面，1995 年6 月23 日）。測驗河段較順直，兩岸為丘陵山嶺。河床形狀呈“U”型，為細砂組成，沖淤嚴重，斷面見圖1。上游約1 000 m 有一座公路橋，并有一小溪匯入。下游500 m和700 m 各有一座公路橋，高洪水位時，對河段有一定的阻水影響。低枯水期上下游河段有挖沙現(xiàn)象和臨時的攔河堵壩（抽水抗旱），對低枯水測驗有一定的影響。測站水位采用凍結(jié)基面整編，凍結(jié)基面與國家基面的換算關(guān)系為：凍結(jié)基面+25.858 m=黃海基面。

圖1 螺嶺橋站斷面圖

3 資料分析

水文站的選用：螺嶺橋水文站位于金井河，金井河為撈刀河一級支流。發(fā)源于長沙縣馬嶺，河長63 km，流域面積726 km2，平均坡降1.2‰。資料選取原則為優(yōu)先選取近10 年大洪水。本次預報方案資料選取1995年，1998～2002 年、2004～2006 年共9 年歷史資料，采用新安江模型進行模型參數(shù)率定和檢驗。

雨量站選用：本次采用1995～2012 年有連續(xù)資料的螺嶺橋、蒲塘、團山、脫甲等4 個雨量站的歷史資料。

蒸發(fā)資料選用：蒸發(fā)資料選用螺嶺橋站多年平均蒸發(fā)量。成果見表1。

表1 螺嶺橋站蒸發(fā)站月值

4 模型應用

4.1 方案構(gòu)建

螺嶺橋水文站洪水預報方案設置1 個方案輸入：區(qū)間611161001A（螺嶺橋站集水面積327 km2），區(qū)間輸入采用蓄滿產(chǎn)流模型（SMS_3）和滯后演算模型（LAG_3）；雨量站控制權(quán)重采用泰森多邊形法。方案計算時段為1 h，方案輸出類型為河道流量。

4.2 方案定義及屬性

1）方案定義

模型：水文預報模型方案。

方案輸入：螺嶺橋站（61116100）時段流量過程；區(qū)間（611161001A）包括螺嶺橋、蒲塘、團山、脫甲等4 個雨量站時段降雨過程。

方案輸出：螺嶺橋站時段水位流量過程。

2）方案屬性

預報站名：螺嶺橋（61116100）；時段長度：1 h；預見期：6 個時段；預熱期：30 天；輸出類型：河道流量；輸入個數(shù)：1 個；水位流量關(guān)系：綜合預報曲線，見圖2。

圖2 螺嶺橋站水位流量關(guān)系圖

5 參數(shù)率定

1）率定方法：采用Rosebrock 法，雨量權(quán)重計算采用泰森多邊形法。

2）資料選取1995 年、1998～2002 年、2004～2006年共9 年歷史資料，選取28 場洪水。

3）參數(shù)率定結(jié)果：確定性系數(shù)0.827。

6 模型檢驗

1）資料選取采用未參與參數(shù)率定的2010 年、2011 年、2012 年資料進行檢驗。

2）檢驗結(jié)果確定性系數(shù)為0.78。

3）檢驗場次洪水統(tǒng)計見表2。

表2 檢驗場次洪水統(tǒng)計

7 結(jié) 論

通過率定計算，確定性系數(shù)0.827，同時對每場洪水進行精度評定。本方案率定確定性系數(shù)0.9≥DC≥0.7，精度等級為乙級標準；從合格率上評定，河道洪峰預報以預見期內(nèi)實測變幅的20%作為洪峰預報許可誤差，率定28 場次洪水，其中洪峰合格場次洪水共20場，因考慮到河道斷面預報更側(cè)重于對洪峰的準確模擬，本方案只對洪峰合格率進行評定，預報精度合格率QR=71.4%為乙級標準。通過檢驗，確定性系數(shù)0.78 為乙級標準，預報精度合格率QR=75%為乙級標準。綜合評定本方案為乙等方案，可用于正式預報。