考虑GFS短期降雨预报信息的实时防洪预报调度研究

白 鹏

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳 110166)

考虑GFS短期降雨预报信息的实时防洪预报调度研究

白 鹏

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳 110166)

本文以英那河水库防洪调度为例，对考虑GFS短期降雨预报信息的实时防洪预报调度进行了研究。针对前3天累积雨量水库调度模式的不足之处，分别考虑24h和48h降雨预报信息，运用净雨控制调度方式进行调度，得到相应的调度方案。最后通过对不同预见期长度和不同预报净雨比重的调度方案进行进一步分析对比，得出了最合理的应用方式。

英那河水库； 降雨预报信息； 预报调度

1 英那河水库简介

英那河水库位于辽东半岛东部的英那河干流上，该水库大坝为砌石重力坝，坝长196.13m，坝高28m，水库正常高水位59.00m[1]。英那河水库的集水面积为692.3km2，控制流域内的多年平均径流量为3.23亿m3。

2 英那河水库的防洪调度

2.1 汛期分期及汛限水位控制值

每年6月5日—7月9日为水库的汛前期，7月10日—8月20日为水库的主汛期，8月21日—9月20日为水库的后汛期。在主汛期内，英那河水库的汛限水位应控制在58.50～58.80m；在后汛期，汛限水位应控制在58.80m；出汛以后，水库的水位应逐渐恢复至汛前的59.00m。

2.2 英那河水库防洪原则

当水库遭遇P=10%洪水的情况下，最大泄洪量不超过1500m3/s，库水位不超过59.80m；当水库遭遇P=5%洪水的情况下，最大泄洪量不超过2500m3/s，库水位不超过70.20m；当水库遭遇P=2%洪水的情况下，最大泄流量不超过4500m3/s，调度过程中库水位不超过70.50m；当水库遭遇P=2%以上等级的洪水时，逐步开启泄洪闸门，加大泄洪流量。

2.3 英那河水库净雨控制调度方式

英那河水库现采用对径流深、入库流量和库水位三个主要指标进行分级积累预报、综合控制的方式实施洪水过程中的水库调度[3]。其具体调度规则如下：

a.前3天累积净雨深不超过200mm、入库流量不超过1500m3/s时，按照水库的入库流量泄洪，如果入库流量大于1500m3/s，则以1500m3/s的流量泄洪。

b.前3天累积净雨深大于200mm且不超过300mm或库水位大于59.80m且不超过70.20m时，以2500 m3/s的流量泄洪。

c.前3天累积净雨深大于300mm且不超过380mm或库水位大于70.20m且不超过70.50m时，以4500m3/s的流量泄洪。

d.前3天累积净雨深大于380mm或库水位不超过70.50m时，以最大流量泄洪。

英那河水库运行经验表明：这种单纯基于洪水预报信息的调度方式，由于预见期较短，往往导致调度中的下泄量与库水位十分接近防洪标准上限，安全余地较小。

3 考虑GFS短期降雨预报信息的实时预报调度

3.1 考虑24h降雨预报信息的净雨控制调度

以2012年8月初的洪水过程为例，对考虑降雨预报信息的水库调度进行研究。首先依据当地的气象资料计算出前3天的累积净雨量，然后加上基于GFS降雨预报信息得到的净雨量，获得累积净雨量[4]。8月初洪水过程期间的累积净雨量计算结果见下表。

部分时段累积净雨量计算结果表 单位：mm

结合表中的计算结果，对2012年8月初的洪水过程进行实时预报调度，限于篇幅，这里仅对其中几个关键节点进行分析。其中3日8时的总净雨量为203.7mm，按照调度规则下泄流量应为2500m3/s，但是考虑到其中的164.7mm来自降雨预报信息，而前3天累积雨量仅为39.0mm，因此两者在调度规则上出现跨级。另一方面，当前来水量仅为185m3/s，为了不增加兴利蓄水的风险，计算决定采用1800m3/s的流量泄洪，此时的最高水位为59.51m。到4日14时，前3天累积净雨量与总净雨量均超过200mm，虽然此时处于退水阶段，但入库流量仍在上涨，并逐步达到3721m3/s。由于提前近一天加大洪水预泄，此时的水位只有69.29m，回旋余地较大，同时此次强降雨过程已经结束，因此保持1800m3/s的泄洪量持续泄水。

与原来的规则调度方式相比，此次调度可以提前21h进行洪水预泄，可以显著增加洪峰到来时水库调度的回旋余地，具有明显的优势。

虽然GFS对短期强降雨的预报较为准确，但是依据相关的气象资料，这种预报往往有偏大倾向[5]。此外，这种调度方式可能造成个别时段泄量过大，增加英那河水库的兴利蓄水风险[6]。为进一步提高预报调度的合理性，下面对由预报信息获得的降雨量进行折减，以进一步优化方案。由于GFS预报信息存在误差但误差并不大[7]，因此分为预报信息净雨量的60%和80%两种情况作进一步研究。

a.预报信息净雨量的60%方案。以前3天累积净雨量和24h降雨预报信息净雨量的60%作为总净雨量，对水库2012年8月初的洪水过程进行调度，其综合决策过程如图1所示。

图1 60%方案综合决策过程(时间:h)

从图1可以看出，从8月3日20时开始增大预泄量，最大下泄流量为2200m3/s，而按照原始调度方案，则为1500m3/s，由于洪水预泄和加大下泄流量，整个调度过程中的最高水位为59.71m，两者均优于原始调度方案。调度过程中的最低水位为59.3m，比原始调度方案的59.2m略高。此外，此次调度过程中，8月3日23时的总净雨量将超过200mm，因此按照调度规则将以2500 m3/s的流量泄洪，此次调度不会增加兴利蓄水的风险。

b.预报信息净雨量的80%方案。以前3天累积净雨量和24h降雨预报信息净雨量的80%作为总净雨量，对水库2012年8月初的洪水过程进行调度，其综合决策过程如图2所示。

图2 80%方案综合决策过程(时间:h)

此次调度与60%方案相比，从8月3日14时开始加大泄流量，提前了6h。调度过程中的最高水位为59.60m，最大泄流量为2100m3/s，两者均低于60%方案，调度过程中的最低水位仍为59.3m。此外，8月3日14时总净雨量将超过200mm，未来3天的来水量也足以弥补水库调度中的预泄水量，因此以2100m3/s的流量泄洪不会增加兴利蓄水的风险。

对上述两种方案的比较显示，80%方案留给水库调度的回旋余地更大，库区下游的洪水状态更为平稳。因此，建议在实际操作中，选择GFS降雨预报信息形成净雨量的80%计算。

3.2 考虑48h降雨预报信息的净雨控制调度方式

为进一步延长预见期，优化水库洪水期的调度过程，考虑将基于GFS的48h降雨预报信息应用于防洪预报调度[8]。基于上节研究结果，本节仅对48h降雨预报信息形成净雨量按照80%进行折减，获得总净雨量应用于实时调度，并与上节的调度结果进行对比，其综合决策过程如图3所示。

图3 48h方案的综合决策过程(时间:h)

此次调度过程中，加大预泄洪水时间比24h方案提前了3h。库水位的最高值为59.68m，最大泄流量为1900m3/s，均有明显降低。

调度过程中的最低水位为58.07m，不仅低于24h方案，也低于原始调度方案的58.20m，据测算，未来3天水库的入库水量约为0.38亿m3，即使发生漏报，水库在未来3天之内也能将水位蓄至汛限水位控制范围，因此此次调度不会增加水库的兴利蓄水风险。

24h方案和48h方案的对比显示，48h降雨预报信息用于水库洪水预报调度，可以显著增加水库的防洪效益，同时也不会增加兴利蓄水风险。

4 结 语

a.基于洪水预报信息的调度方式预见期较短，调度中的下泄量与库水位十分接近防洪标准上限，缺乏足够的回旋余地。

b.考虑24h降雨预报信息的水库调度可以提前21h进行洪水预泄，有效增加洪峰到来时水库调度的回旋余地，具有明显优势。

c.为降低水库兴利蓄水风险，选择降雨预报信息形成净雨量的80%用于水库调度更为合理。

d.48h方案，在不增加水库兴利蓄水风险的前提下，可以进一步提高水库的防洪效益。

[1] 李智慧,张茹,王金伟.碧流河水库与英那河水库联合优化调度研究[J].水利建设与管理,2012(S1):83-86.

[2] 徐华新,王金伟,门远.英那河水库兴利调度研究[J].东北水利水电,2012(1):58-59.

[3] 高清震,王俊海.英那河水库的动态调控方案[J].东北水利水电,2012(6):47-48.

[4] 任明磊,何晓燕,黄金池,等.基于短期降雨预报信息的水库汛限水位实时动态控制方法研究及风险分析[J].水利学报,2013(S1):66-72.

[5] 王长海.降雨预报信息在水库调度中应用的可行性研究[J].水利技术监督,2007(2):36-38.

[6] 郭荣军.短期降雨预报在桓仁水库汛限水位动态控制中的应用[J].水电与新能源,2013(4):63-65.

[7] 余豪,袁晶瑄,卢迪,等.GFS降雨预报图数值化处理算法在洪水预报中的应用[J].水电能源科学,2013(9):58-60,35.

[8] 王玉才,熊安武,邹霞,等.降雨预报信息下高关水库汛限水位动态控制风险分析[J].水电与新能源,2015(10):10-14.

Research on real-time flood forecast scheduling based on GFS short-term rainfall forecast information

BAI Peng

(Liaoning Runzhong Water Supply Co., Ltd., Shenyang 110166, China)

In the paper, Yingnahe Reservoir flood control scheduling is adopted as an example for studying real-time flood forecast scheduling based on GFS short-term rainfall forecast information. 24h and 48h rainfall forecast information is respectively considered aiming at defects of rainfall reservoir scheduling mode accumulated in former three days. Net rain control scheduling approach is applied for scheduling to obtain corresponding scheduling scheme. Finally, the most reasonable application mode is obtained through further analyzing and comparing scheduling schemes with different forecast term length and different forecast net rain proportion.

Yingnahe Reservoir; rainfall forecast information; forecast scheduling

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.014

TV877

A

2096- 0131(2016)06- 0044- 04