王家壩水文站中小水洪水預報誤差原因分析

李旭東

(安徽省阜陽水文水資源局，安徽 阜陽 236000)

0 引 言

王家壩水文站是淮河中游的重要洪水預報站，隨著大洪水預報體系逐漸完善，近年來對王家壩站的中小水洪水預報的要求逐步提高，中小水洪水預報對枯水年水利工程的合理調度、農業用水重要水源地的效益，起到至關重要的左右。

2018年5月下旬淮河流域王家壩以上有較強降雨過程，根據短歷時水文預報方案和水文預報模型對兩次降雨過程進行預報，預報結果較實際洪水過程有一定的誤差。

1 基本情況

1.1 王家壩站情況

王家壩站地處豫、皖兩省交界處，是淮河由豫入皖的第一個重要控制站。王家壩站總控制面積30 630 km2，息縣、潢川、班臺(大洪河)至王家壩區間面積為7 110 km2，與此控制面積相對應的王家壩站總流量是由淮河王家壩、官沙湖分洪道王家壩(釤崗)、王家壩進水閘、洪河分洪道地理城等4個斷面流量之和組成。

王家壩站以上右岸有浉河、竹竿河、寨河、潢河和白露河等匯入。它們均為山區性河流，河道坡降大，匯流速度快，洪水暴漲暴落。左岸有閭河、洪汝河等匯入。由于地勢較為平坦，洪水過程平緩，匯流時間較長。上游建有南灣、宿鴨湖等大型水庫，一定程度上阻止了枯水期水量的下泄。

1.2 上游水利工程情況

王家壩水文站以上，共有長臺關、息縣、潢川、班臺等4個主要控制站，如圖1所示。各控制站以上主要工程情況如下：

圖1 王家壩水文站以上各河流及預報根據站位置圖

長臺關以上有尖山、老鴨河2座中型水庫，以及眾多小型水庫和塘堰。

息縣站是淮河上游的主要控制站，息縣以上建有南灣、石山口2座大型水庫和6座中型水庫，南灣和石山口水庫面積占息縣控制面積的13.7%。

潢川為淮河上游右岸重要支流潢河的控制站，上游有香山水庫(中型)，支流潑陂河有潑河水庫(大型)和長洲河水庫(中型)，另有龍山攔河樞紐，4個水利工程流域面積占潢河流域面積54.7%。

班臺以上流域內有宿鴨湖、板橋、薄山、石漫灘4座大型水庫和楊莊、老王坡、蛟停湖3個滯洪區。

綜上所述，王家壩站以上流域復雜的水利工程現狀，在一定程度上降低了洪水預報的精度,同時也增加了預報的難度。

2 預報誤差簡述

2.1 降水

2018年5月16日～26日，淮河王家壩站以上有一次普遍降雨過程，平均降雨量115.3 mm，降雨中心主要分布息縣至王家壩區間淮河干流。本次降雨強度較大、面廣，降雨時間主要集中在5月17日～22日，平均降雨量72.8 mm，占整個降雨過程總量的63%。

2.2 水情

以2018年5月22日～31日王家壩站以上洪水過程為例，各站的洪水實測及預報情況見表1。

表1 王家壩以上各站洪水預報誤差統計表

由表1可知，洪峰流量預報最大誤差為息縣站，相差近1倍；峰現時間最大誤差為王家壩站提前出線36 h。

3 影響因素分析

3.1 水利工程因素

淮河流域上游存在大量的水利工程設施，以及日益頻繁的人類活動加劇了自然條件變化的不確定性和復雜性，上游小型水庫、塘壩、方塘的興建，在汛期剛開始對水量的攔蓄是汛期第一場洪水預報偏小的主要原因。

5月份洪水過程，洪水開始息縣以上大量來水被水庫攔蓄，隨著雨量的增大，上游水庫開始泄洪，先攔蓄后泄洪模式使得淮河流域洪水過程不集中，從而導致各站預報結果總體偏大。

3.2 資料代表性因素

首先，我們現有預報方案大都是根據有限資料分析所得的水文規律，不能完全代表不同條件下的水文規律。王家壩站的預報方案大都是對大洪水期間的連續洪水水文資料進行分析計算，在編制預報方案中選取的洪水流量大部分場次在2 000 m3/s以上，在利用這樣的方案對汛期第一場洪水或中小水作業預報時，盡管對洪水預報結果進行打折預報，具體峰量、時間預報誤差仍較大。

其次，在整個流域整個河段水文所需的河道流量、土壤含水量等數據無法直接獲取，只能通過以點代面或者其他參數間接得到，其代表的區域非常有限，無法真實地反映空間分布，在實際運用時，就會影響預報結果的準確性。

3.3 預報方法因素

根據淮河流域王家壩以上區域的特點將流域分成4個子流域計算，目前王家壩站采用經驗預報方案和模型預報方案兩種方法：

經驗預報方案：根據API原理計算凈雨，多年來，由于全球環境的變化，北方氣溫的升高，以及地下水的過量開采等原因，引起地下水位下降，這樣就導致前期雨量損耗值的變化，損耗值的多少直接影響前期影響雨量的大小，從而間接影響了整個流域凈雨的大小；以上各個環節誤差的傳遞最終也會使利用單位線進行河道產匯流計算，預報得出的最終洪水過程與實際存在誤差。

模型預報：主要采用新安江模型進行計算，根據著名水文模型TOPMODEL的創建者Keith J．Beven教授認為所有水文模型率定及預報都會出現不確定性的理論。由于沒有任何降雨-徑流模型可以反映真實徑流過程，非常精確地定義模型所需的初始及邊界條件是不可能的，水文預報模型率定只是基于歷史數據的分析，因各種自然因素和參數的選用原因，對洪水預報方案產生了一定的影響，從而引起誤差。

從經驗預報方案和模型預報來看，現行的水文預報方法多是在一定的物理成因基礎上作某些假定與簡化，選用的僅為主要的因素，按平均情況建立方案，往往忽視眾多因素，被忽略的因素也是造成方案點據成線偏離的主要原因，利用主要水文影響因素形成的預報關系線僅能代表大洪水趨勢，對特殊的洪水尤其是小洪水的預報精度較差。

4 建議及對策

綜合以上王家壩站洪水預報誤差分析的原因，提出以下建議：

(1)及時了解上游新建水利工程情況，在洪水預報期間，時刻關注上下游工程調度情況，針對上下游水利工程的調度實時調整相應的預報結果。

(2)由于中小水洪水之前來水量較小，根據前期來水量的多少確定前期影響水量的初始值，可以在一定程度上減少預報誤差的初始來源。使用以大洪水為前提總結的經驗關系線和單位線欠妥，隨著測驗技術與計算方法的改進與現代化的逐步實現，及時對水文資料系列的積累延伸，類似等級的降雨和小流量單獨分析，得出更適合的關系線。

(3)當預報和實際誤差較大時，可以根據人為的經驗減少預報的水量，以使期望預報與實際擬合的更好，此時，個人經驗起到很大的作用，應提高預報人員的預報技術經驗不斷豐富和完善。

(4)應建立合理的預報精度評價體系。隨著水文現代科學技術的不斷發展，水利工程的科學調度，預報誤差會逐漸減少，但變化莫測的自然條件及人類活動決定了預報精度無法維持不變，更不可能無限提高，而是隨當時的復雜程度波動的。