百色水库洪水预报误差分析与修正方法研究

谭泳康

（华北水利水电大学 河南郑州 450045）

1 前言

入库洪水预报对确保水利工程安全、防洪减灾及实现洪水资源化等至关重要，但由于流域水文系统的复杂性和人们对其了解、掌握知识的有限性，造成洪水预报误差存在的必然性，因此需要在实际应用过程中，对洪水预报过程进行修正。目前预报误差修正最主流的方法有自回归方法、最小二乘法、卡尔曼滤波法等实时校正方法，这些方法在实际案例的应用的都取得了较好的效果。但是在实际洪水预报工作中，存在一些特殊的现象，本文即针对实际洪水预报工作中的这些现象，根据一些人工经验的方法对洪水预报过程进行修正，这些方法同样非常重要。

百色水利枢纽是以防洪为主，兼顾发电、灌溉、航运、供水等综合利用效益的大型水利枢纽。根据百色水库流域特点和水利工程分布情况，洪水预报方案中河道洪水演算采用错时段法，区间产流采用降雨径流方法计算。

2 误差修正模型选择

百色水库入库洪水主要由两部分组成：①为上游河道的洪水演进过程；②本区间产汇流过程，将两部分叠加组成百色水库入库洪水过程，在实际洪水预报过程中，存在以下两个现象。

2.1 洪水坦化现象

该水库洪水主要由三段上游（瓦村、田林、富宁）河段汇流，区间范围广，总河道较长，而预报方案中采用错时段法，在传播过程中容易出现的坦化现象则未被考虑，可能会造成预报洪水过程比实际洪水过程洪峰值偏高。

针对坦化现象，本文选择回归分析方法来修正洪水传播过程带来的误差。回归分析模型采用线性回归模型，按照公式，对模型进行求解。

式中：Qy为因变量，即修正后的流量值；Qx为自变量，即修正前的预报流量值；β0为参数值；β1为参数值。

模型的求解过程见参考[1]。

式中：Qx为修正前的流量过程平均值；Qy为修正后的流量过程平均值；Qxi（i=1，2，…，n）为修正前的流量过程；Qyi（i=1，2…，n）为修正后的流量过程；n为预报流量数目。

2.2 人造双峰现象

由于百色水库洪水过程由河道洪水过程和区间洪水共同组成，当区间产流过程明显时，与河道洪水过程线性叠加后，组成的百色水库洪水过程有明显的人造洪峰现象，而实际洪水过程并不存在。

针对人造洪峰现象，本文采用抛物线法对洪水过程进行修正。根据公式：

式中：Qy为修正后的流量值；n为预报序列；a为参数值；b为参数值；

c为参数值。

3 误差修正实例

参照上述模型，本文以百色水库作为实例进行分析修正。

3.1 修正洪水坦化带来误差

从定性的角度分析，不同量级的洪水坦化过程是不同的，本文对场次洪水进行统计，建立不同量级的回归模型。分析百色水库27场场次洪水，满足区间产流过程不影响入库洪水过程的洪水共7场，选取6场作为样本，由于满足条件的场次洪水较少，本文直观的将这6场洪水按照洪峰大小分为两类。根据公式（2.1）（2.2）（2.3），求解结果为洪水类型1：β0=75.6，β1=0.8；洪水类型 2：β0=384，β1=0.68。将 19890722 号洪水进行修正，本场洪水洪峰为1070m3/s，属于第一类洪水，将修正前后的洪水过程进行对比，结果显示，洪水过程线与实际过程线拟合效果更好。

3.2 修正人造双峰现象带来误差

根据公式（2.4），模型的求解方法是选择3个修正后需要经过的点（一个起始点、一个终止点、一个拟合效果较好点），将3组值代入公式（2.4）中进行求解，求出参数a、b、c的值，将需要修正的预报洪水过程序列代入模型中，得到修正后的流量过程。再将修正后的洪水总量和流量过程与修正前的进行对比分析。

下面就以20070908号洪水为例进行求解：选取09/10 T9：00为起始点，流量为 3063m2/s，09/11 T12：00 为拟合点流量为 1761m2/s，09/14 T0：00为终止点流量为610m2/s，序列从起始点开始，将三组数据（1，3063）、（10，1761）、（30、610）代入模型中，求得结果为 a=3，b=-178，c=3238，则式（2.4）为：

Qy=3n2-178n+3238

再从起始点时间开始代入公式，得到修正后的预报流量过程。修正前后洪量总误差为5.4%，修正序列的误差为12.8%，效果很好。

4 结论

本文根据百色水库的洪水预报方案进行误差分析，找出误差原因，针对洪水组成过程采用叠加容易出现人造洪峰现象，采用抛物线法对洪水过程进行修正。从实例中可以看出，经过修正后的预报洪水过程与实际洪水过程拟合效果更好。虽然本文提出的洪水预报模型修正方法是在百色水库洪水预报方案的基础上建立的，但同样可以应用于相似流域的洪水预报工作中。

[1]包为民.水文预报（第3版）[M].中国水利水电出版社，2006.

[2]王猛，王妍.基于人工经验的洪水预报修正方法研究[J].水土保持应用技术，2014（3）：22～23.