新安江模型在呼玛河洪水预报中的应用

田京楠

(黑龙江省大庆水文局，黑龙江 大庆 163316)

新安江模型在呼玛河洪水预报中的应用

田京楠

(黑龙江省大庆水文局，黑龙江 大庆 163316)

基于呼玛河流域降雨及洪水特性，采用新安江模型建立洪水预报方案，详细介绍了流域概况、模型结构、参数、精度评定等，并对影响预报方案精度的因素进行了简要分析。结果表明，该模型在呼玛河洪水预报中精度较好，可为类似地区提供借鉴。

新安江模型；参数；洪水预报；呼玛河

1 新安江模型简介

1.1 模型结构

新安江模型是一个概念性的流域水文模型，由于模型产流计算模块采用了蓄满产流的机制，所以该模型主要应用在我国的湿润与半湿润地区。

1.2 模型原理及计算公式

新安江模型主要包括蒸散发计算、产流计算、分水源计算和汇流计算等4个计算模块[1]。

图1 新安江模型结构图

(1)蒸散发计算模块。新安江模型采用三层蒸散发模式计算流域的蒸散发量，其参数有上层张力水容量WUM、下层张力水容量WLM和深层张力水容量WDM、深层蒸散发系数C、流域蒸散发能力折算系数K[2]。

各层蒸散发计算公式为：

EU=E0×K

(1)

(2)

ED=C×(E0×K-EU)-EL[3]

(3)

式中：EU、EL、ED分别为上层、下层、深层的土壤张力水的蒸散发量；E0为实测水面蒸散发量；WL为下层土壤蓄水量。

(2)产流计算模块。新安江模型是按蓄满产流机制计算降雨产生的径流，当包气带蓄水量达到田间持水量时产生径流。由于下垫面包气带分布不均，因此包气带张力水蓄水容量的分布情况采用B次抛物线方程。

(4)

(3)分水源计算模块。新安江模型用一个自由水蓄水库将总径流划分成地表径流RS、壤中流RI和地下径流RG,主要参数为自由水面平均蓄水容量SM、自由水蓄水容量曲线的指数EX、自由水蓄水库对地下水及壤中流的出流系数KG和KI。点最大自由水容量与面平均自由水容量的关系为:

MS=(1+EX)×SM

(5)

式中：MS为最大点自由水容量。

新安江模型采用了产流面积的概念，自由水蓄水只发生在产流面积上， 壤中流和地下径流的计算公式为：

RI=KI×S×(1-IMP)

(6)

RG=KG×S×(1-IMP)

(7)

式中：RI为壤中流；RG为地下径流；S为面平均自由水蓄量;IMP为不透水面积与全流域面积的比值。

(4)对于汇流计算模块，坡面汇流、河网汇流分别采用线性水库法、滞后演算法进行计算。

Q(t)=CS×Q(t-1)+

(1-CS)×QT(t-LAG)

(8)

式中：Q(t)、Q(t-1)为前后时刻出流；QT(t-LAG)为总入流。

2 预报方案建立

2.1 流域概况

呼玛河为黑龙江上游右岸较大支流，发源于大兴安岭伊勒呼里山脉北麓的白卡鲁山南坡，全长520.4 km，流域面积3.43万km2，呼玛河由南向北流，经碧水镇以后转为向东，在呼玛县荣边乡注入黑龙江。流域内地形多低山丘陵，山势起伏，河谷狭窄，水位落差较大，水流速度快，属于山区性河流。

呼玛桥水文站洪水为较典型的降雨径流洪水，年最大洪峰多集中出现在7—9月，尤其以8、9月份最为集中，占全年的75%左右。洪水过程大多为单式洪峰，洪峰持续时间一般在6～10 h左右，水位-流量关系较为稳定。

2.2 资料分析

雨量站选用：经雨量资料分析，共选取呼玛桥以上区间固其故、呼玛桥、塔河、韩家园子林业局、瓦拉干林场、秀峰镇、十八站林场、白银纳乡、兴华乡、富林林场、兴隆乡、椅子圈煤矿等12处雨量站的雨量资料进行模型计算。

水文站的选用：呼玛桥、固其故水文站和塔河水文站资料经过整编，能满足编制洪水预报方案要求。呼玛桥水文站1983年建站，建站以来最大流量为4900 m3/s；固其故水文站1960年建站，建站以来最大流量为4730 m3/s；塔河水文站1962年建站，建站以来最大流量为2240 m3/s，根据雨量资料系列，流量资料选用1991年、1998年、2006—2009年资料进行率定，2010年、2011年进行检验。

2.3 预报方案建立

本预报方案共设置3个方案输入：分别为固其故水文站、塔河水文站和区间流域集水输入。固其故水文站、塔河水文站的输入采用马斯京根方法演算至出口断面，区间输入采用新安江模型即蓄满产流模型(SMS_3)和滞后演算模型(LAG_3)进行计算；雨量站控制权重计算采用泰森多边形法。方案计算时段选取为1 h，方案输出类型为流量。其预报结构图如图2所示。

图2 呼玛桥站预报结构图

3 参数率定及检验

新安江模型参数率定方法可分为人工试错法和自动优选两种方法，本方案采用自动优选方法进行率定[5]，用确定性系数判定优选结果的优劣，选取了1991年、1998年、2006—2009年6 a资料参与率定，计算时段长为1 h，确定性系数达到0.921，主要参数取值如下所示：

WM=120；K=0.92；B=0.42；C=0.180；IMP=0.052；SM=30；EX=1.56；KG=0.372；KI=0.484;CI=0.623；CG=0.967;CS=0.986。

采用2010年、2011年资料进行检验，按照《水文情报预报规范》(GB/T 22482—2008),对率定及检验期的12场洪水进行精度评定，将实测洪峰流量的20%作为许可误差，误差小于20%的为合格，详见表1。

表1 模拟结果评定统计表

4 结 论

经两年12场洪水的检验，除一场精度不合格外，其余均合格，说明所建模型精度较好，可用于呼玛河的洪水预报。

[1] 赵人俊. 流域水文模拟新安江模型与陕北模型[M].北京：水利电力出版社，1984.

[2] 包为民. 水文预报[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[3] 王光生，宁方贵，肖飞,等.实用洪水预报方法[M]. 北京：中国水利水电出版社，2008.

[4] 葛守西. 现代洪水预报技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，1999.

[5] 章四龙. 洪水预报系统关键技术研究与实践[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006.

Application of Xin’anjiang Model flood forecasting in Huma River

TIAN Jingnan

(DaqingHydrologyBureauofHeilongjiangProvince,Daqing163316,China)

A flood forecasting scheme is established by using Xin’anjiang Model based on the rainfall and flood characteristics of Huma River basin. The basin general situation, model structure, parameters and accuracy evaluation are introduced in detail. The factors that affect the accuracy of the forecasting scheme are briefly analyzed. The result shows that the accuracy of the model is good in Huma River flood forecast, it can provide a reference for similar area.

Xin’anjiang Model; parameter; flood forecast; Huma River

田京楠(1984-)，男，吉林东丰人，工程师，主要从事水文测量方面的工作。E-mail：53886896@qq.com。

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2096-0506(2017)05-0031-03