受水库下泄流量影响的洪水预报方案应用研究

焦显松

（安徽省安庆水文水资源局，安徽 安庆 246003）

0 引言

安徽省中小河流洪水预报方案构架自2009 年开始，宿松水文站洪水预报构架是该项工作重要的组成部分，本文以宿松水文节点为研究对象，分析受钓鱼台水库控制的该流域产汇流特性，提出将水库控制单元分区构架洪水预报模型的构架思路并予以推广应用。研究主要内容包括水库下泄流量马斯京根法演算，新安江模型构架（含区间）。

1 区域概况

洪水预报方案构架目的区域位于安徽省宿松县二郎河上，二郎河（县大河）干流发源于三面尖，河道长57 km。流域平均高程96.1 m，流域坡度10.5 dm/km2。流域内植被覆盖率59.8%。二郎河上的宿松水文站为其流域控制站，宿松水文站位于安徽省宿松县孚玉镇王屋村，集水面积443 km2。

测验河段顺直长度约1.5 km，主槽宽约60 m，高程达18.5 m，河之左岸有约30 m 宽的人工戗台，最大河宽117 m。左岸圩堤，右岸山岗，断面下游340 m 处有一座三孔石拱公路桥，下游550 m 处为弯道，对中高水起良好控制作用。断面上游1 km 处有一座四孔高速公路桥。

钓鱼台水库位于宿松水文站上游，离宿松水文站距离约7 km，水库具体参数值为；设计总库容：9177 万m3；最大坝高100.2 m；正常运用洪水百年一遇；非常运用洪水标准千年一遇；正常蓄水位92.00 m；死水位62.34 m。

2 研究理论分析

构架思路将水利工程控制区域以上的流域作为独立单元，利用工程现有资料，考虑水利工程调度方式，将水利工程下泄流量过程作为系统流量输入单元，利用计算机连续演算至预报节点断面，合成叠加区间降雨所形成的径流则为预报节点流量分配过程。

2.1 马斯京根法

在简便的槽蓄关系曲线的基础上，建立水量平衡式联立求解，见式（1）：

马斯京根法[1]是采用一定时间段进行差分计算的，将上述方程用时段始末值（用下标1，2）来表示，式（1）可表示为式（2）：

整理可得：

式中：

式（1）-（4）中：I 为入流；O 为稳定流流量；K 槽蓄曲线坡度；x 为河道调蓄能力；C0、C1、C2马斯京根法参数。

由式（3）可知C0+C1+C2=1，对于具体的河段，只要求出其K，x 值，选定△t 后，就可以求出C0、C1、C2，在经式（3）演算后即可得到出流过程。

2.2 新安江模型

新安江模型[1]是一个分散参数的概念性模型，为了考虑降雨分布不均的影响和下垫面条件的不同及其变化，将流域划分为若干（N 个）单元面积。单元面积出口与流域出口用河网连接，形成单元面积～河网汇流系统；对每个单元面积分别进行产、汇流计算，计算出各单元面积的出流过程；将N 个单元面积的出流过程线性叠加，即可求得流域总出流过程。

水库控制区间至预报节点区间采用新安江模型构架，模型参数[3]（次模型和日模型为实例中宿松站的资料率定成果）见表1。

表1 新安江模型参数表

3 实例分析

3.1 资料选用情况

水库资料：收集钓鱼台水库1993 年以后的大坝实测水位、雨量以及水库实际工程调度情况；收集高低涵、发电、溢洪道泄洪情况；收集钓鱼台渠首实测流量资料以及灌溉用水情况。

水文资料收集情况：采用宿松水文站1993 年以后的资料（水位、流量、蒸发），钓鱼台子单元至宿松水文站区间（宿松、石嘴头、钓鱼台）1993 年以后的降雨量资料。

3.2 钓鱼台水库下泄流量单元演算参数优选

为分析钓鱼台子单元的出流过程对宿松水文站断面出流过程的影响，剔除钓鱼台子单元与宿松水文站区间降雨过程所产生的径流，选取区间降雨而宿松站测流断面产生洪峰过程的090217 号场次洪峰，以调试初始值C0、C1、C2（0.33，0.33，0.34）为方案1 作为初选值，建立搜索区间，分别以0.01，0.02 为搜索步长值，经过计算机云计算，并与实际洪峰过程拟合，选定C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）方案2 为最终优选结果，马法参数最终优选对比表见表2，成果图见图1。

由表2 及图1 可知，方案2 的洪峰的起涨及峰顶预报值和实测值较好，方案1 则在洪峰退水时间段尾部预报值和实测值拟合较好。综合考虑选择方案2 即C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）作为最终优化结果。

图1 钓鱼台下泄单元马斯京根法演算拟合对比图

3.3 分区构架洪水预报模型拟合

宿松站新安江模型参数率定成果见表1。

用1993 年～2015 年共23 场次洪峰资料验证以钓鱼台子单元及区间降雨形成的径流的叠加即为宿松水文站断面预报流量的洪水预报构架方案的合格情况。洪模型预报合格率及等级表见表3，洪峰流量合格率为73.9%，峰现时间合格率100%。

表2 马法参数最终优选成果对比分析表

表3 宿松站次洪模型预报合格率及等级表

3.4 模型推广与实际预报作业成果统计

将这种分区构架洪水预报模型思路推广到池州青通河青阳站节点上，也取得较好的预报效果。宿松、青阳节点2016 年、2017 年、2018 年三年实际作业预报中，青阳站洪峰预报流程最大误差14 m3/s，相对误差11.8%，最小预报流量误差9 m3/s，相对误差11.8%。峰现因子最大误差0.9 h，最小0.2 h，2 预报因子合格率均为100%。宿松站洪峰预报流程最大误差95 m3/s，相对误差9.9%，最小预报流量误差7 m3/s，相对误差4.8%。峰现因子最大误差1.5 h，最小1 h，2 预报因子合格率均为100%

从2 站水文因子预报数据统计分析来看，分区构架洪水预报模型取得了较好的预报效果。分区构架洪水预报模型推广应用水文要素预报合格率统计表见表4。

4 结语

4.1 结论

（1）钓鱼台水库下泄流量马斯京根法最终优化结果C0、C1、C2（0.20，0.30，0.50）。

（2）基于水库下泄流量影响洪水预报模型构架方式为考虑水库总下泄流量利用马斯京根法演算至预报节点断面，合成叠加新安江模型模拟区间暴雨洪水过程即为预报节点流量过程。

（3）模型构架思路充分考虑了水利工程对流域下垫面水文要素的影响，在2016 年～2018 年实际洪水预报作业中取得了较好的效果，预报结果水文情报预报规范2 技术要求，为防汛决策部门作出决策提供了有力的技术支撑。

（4）方案构架对其他同类型区域洪水预报方案构架具有重要的参考意义。

4.2 建议

由于管理体制等方面的原因，尤其大洪水期间，水利工程调度方式不能迅速及时的到达洪水预报作业者手上，一定程度上影响到预报精度，所以这就要求分区构架预报模型作业者实际预报作业中需要采取一切可利用的手段及时有效的了解水利工程的调度方式，尽可能的提高洪水预报精度。

表4 分区构架洪水预报模型推广应用水文要素预报合格率统计表