水库洪水预报方案

水库洪水预报方案（共8篇）

水库洪水预报方案 篇1

汤河水库小洪水产流预报精度的研究

汤河水库现行的洪水预报方案对较大洪水的产流、汇流精度均在90%以上,而对小洪水预报精度较低,一般在30%～80%之间.文中经12次独立的.小洪水预报计算,对小洪水预报模型进行修改计算,平均预报精度提高到91.8%,完善了汤河水库洪水预报模型,提高了整体预报精度.

作 者：陈文军 许华祯 CHEN Wen-jun XU Hua-zhen  作者单位：辽宁省汤河水库管理局,辽宁,辽阳,111000 刊 名：东北水利水电 英文刊名：WATER RESOURCES & HYDROPOWER OF NORTHEAST CHINA 年，卷(期)：2009 27(7) 分类号：P338 关键词：小洪水   预报精度   汤河水库  

水库洪水预报方案 篇2

中小型水库洪水预报方案是水库控制运用的重要基础条件, 是中小型水库防汛遥测指挥系统建设的重要技术支撑。按照省水利厅要求, 锦州水文分局水情技术人员对靠山屯水库洪水预报方法进行研究探讨, 综合多年已有成果完成了初步洪水预报方案编制工作。

2 流域概况

靠山屯水库位于辽西渤海岸流域小凌河水系北小河东支流黑山庙河中下游峡谷地带, 是一座以防洪、灌溉为主, 兼顾发电、养鱼的综合利用的中型水库, 于1960年9月建成。水库1956～2000年多年平均径流深108mm, 即多年平均径流量702万m3。坝址以上集雨面积65km2, 河长17.5km, 河道平均比降4.5‰。

3 工程概况

靠山屯水库位于辽宁省锦州市义县留龙沟乡靠山屯村南, 系渤海岸流域水系北小河支流黑山庙河中下游峡谷地带的水利枢纽工程, 位于东经120°57′, 北纬41°18′, 是一座以防洪、灌溉、养鱼综合利用为一体的山谷型中型水库。

该水库始建于1960年, 7月大坝拦洪, 当年9月主体工程竣工, 原设计标准为20年, 校核标准为100年。

1963年将溢洪道下挖2.0m, 使设计洪水标准提高到百年, 校核标准为300年。

1976年在拦河坝坝顶修建1.60m高防浪墙, 使校核标准接近2000年。1978年用新水文资料复核, 考虑防浪墙挡水, 校核标准达万年。

1980年初, 市县水利局共同负责验收, 于1981年5月30日以锦水利字[1981]32号文, 将验收结果 “关于报送靠山屯水库验收资料的报告”上报省水利厅, 对靠山屯水库工程正式验收。

1982年全国中型以上水库进行“三查三定”水库标准核定时, 认定靠山屯水库防洪标准为50年一遇洪水设计, 1000年一遇洪水校核。

靠山屯水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水洞组成。

靠山屯水库是黑山庙河上的骨干工程, 承担着5000亩农田的灌溉补水任务, 保护着下游义县留龙沟乡的全家屯、冯家屯、许家屯等3个村屯的2000人及5000亩耕地的安全, 同时对锦朝公路、沈山铁路的安全及义县的农业生产起到了巨大的作用。

4 洪水预报

靠山屯水库洪水预报方案:产流方案采用降雨径流相关法;洪峰流量推求采用净雨深与洪峰流量相关即峰量关系相关图。

4.1 采用资料

由于水库属县级水利部门管理, 资料的收集比较困难, 本水库的降雨资料基本没有记载, 只有报汛的水库摘录资料, 经分析对比, 采用临近的沈家台、留龙沟雨量站的的实测降雨资料, 取两个站的平均降雨量作为流域平均雨量, 选用了多次洪水进行了降雨径流关系的分析。

4.2 产流部分

4.2.1 流域平均降雨量计算

采用临近的沈家台、留龙沟雨量站的的实测降雨资料, 取两个站的平均降雨量作为流域平均雨量。

4.2.2 产流参数的确定

该水库无蒸发资料, 参考本流域的控制站锦州水文站及水库的产流特性, 确定Im=170毫米。

4.2.3 径流深的计算

根据水库水位、库容及泄量资料, 推求水库的次洪流量过程, 在次洪流量过程中分割基流及前期径流过程, 用时段流量累积计算入库径流深R。

4.2.4 前期影响雨量Pa的计算

前期影响雨量自6月1日起算, 初始值取5月上、中旬总量的1/3与5月下旬总量的2/3之和。

计算公式:Pa。t+1=K (Pa。t+Pt-Rt)

式中:Pa.t、Pa.t+1～分别为t、t+1日前期影响雨量, mm;

Pt～流域平均降雨mm;

Rt～Pt所产生的径流量, mm;

K～日折算系数。

Im～流域内最大初损值 (mm) ;采用洋河站资料, Im=110mm。

折算系数K值见下表。

4.2.5 降雨径流深相关图

对1964年至2008年间的15次降雨径流关系点据进行分析, 以P+Pa为纵坐标, R为横坐标, 点绘P+Pa～R (降雨径流) 相关图。水库降雨径流关系特征值统计表和p+pa——R的相关图 (略) 。

4.3 汇流部分

4.3.1 峰量相关图

对水库资料计算分析, 共收集到12次峰量相关数据, 以Qm为横坐标, R为纵坐标, 点绘Qm～R相关图 (略) 。

4.3.2 推求洪水历时

汇流时间基本在2～2.5小时左右, 洪峰出现时间符合辽西地区汇流特点。若来水量超过水库溢洪道堰底, 水库泄洪, 最高洪水位约在入库洪峰2小时后出现。

4.4 方案精度评定

本方案精选了15次较为典型的洪水资料, 进行分析, 点绘了P+Pa～R相关图;方案合格率73.3%;12次峰量相关数据, 建立Qm～R相关图, (但暂无成形资料进行校核验证) 。

5 结语

水库洪水预报方案 篇3

【关键词】于桥水库;洪水预报;模型;应用

1.流域概况

于桥水库是天津市唯一一座大型山区水库，坝址位于蓟县城东3km，蓟运河左支流州河出山口处，流域面积2060km2，占整个州河流域面积的96%，总库容15.59亿m3。1983年纳入引滦工程后，成为以防洪和城市供水为主，兼顾发电、灌溉等多重任务的大Ⅰ型调蓄水库。水库枢纽工程有拦河坝、放水洞、溢洪道和水电站，拦河坝为均质土坝，全长2222m，最大坝高24m，坝顶高程28.72m，放水洞（兼发电洞）洞径5米，最大放水能力150 m3/s，坝后电站设贯流式机组4台，总装机5000kw。溢洪道为开敞式堰闸，8孔闸门，净宽为80m，最大泄洪能力4138 m3/s。水库下游直接影响范围有蓟县、宝坻、玉田、宁河、汉沽等各县（区）的低洼地区近百万人口，300余万亩耕地，并影响京—秦、大—秦、京—山、津—蓟四条铁路干线和京—哈、邦—喜、津—围、津—蓟、京—沈等公路干线的安全。

州河由沙河、淋河、黎河三大支流汇合而成，各支流上游沟涧甚多，支流分散成辐射状汇集于州河盆地，水库库区即位于该盆地，最大回水长东西约30 km，南北宽8 km，最大淹没面积250 km2，正常蓄水位时淹没面积86.8 km2。州河流域位于燕山山脉的迎水坡，属暖温带大陆性季风性半湿润气候，多年平均降雨量在750mm左右，多年平均径流量5.06亿m3，降雨多发生在七、八两月，占全年降水量的85%；暴雨中心常在水平口、马兰峪、遵化等地，州河上游主要接纳淋河、沙河、黎河三条支流汇流。

2.应用大伙房流域模型的可行性

2.1 流域特征

于桥水库所在的州河流域与大伙房水库所在的浑河流域同处北方，通过表1可以看出于桥水库与大伙房水库流域特征和下垫面特征相似，径流系数只差9%，产流特性相似，大伙房流域产流模型可以应用于于桥水库流域洪水预报。

表1州河与浑河流域水文气象、自然地理特征比较表

2.2 水雨情自动测报系统运行状况

水雨情自动测报系统是应用遥测、通信和计算机等先进技术来实现水文数据自动采集、传输、处理和预报的现代化水文信息系统，已经成为洪水预报和调度的重要组成部分。现阶段，卫星通信、遥感技术、网络、计算机等技术的迅速发展，使得及时采集、传输、处理和预报范围更加扩大，预报精度更加准确。近几年我国所建设的水雨情自动测报系统从总体技术来说，已接近20世纪90年代国际先进水平。这些国产设备除功能得到改善外，最明显的标志就是其MTBF（平均故障间隔时间）已经达到或超过一年时限，大部分系统畅通率达到95%以上，有的甚至接近98%。

于桥水库水雨情自动测报系统于1983年建成，系统由一个主控站、一个中继站和十二个遥测站组成，其中水库上游2060km2流域内有十个遥测站点呈扇形分布，测站与主站的水情信息采用无线传递，系统的建成对水库的防洪及城市供水起到了积极作用，但经过多年的实践检验，系统在规模及应用上仍不能满足正常工作的要求。1992年对部分测站设备进行了升级换代，1996年对中心站软件进行了简单升级，由2001年开始，根据于桥水库在防洪和引滦输水过程中实际应用的需要，该系统对中心站软、硬件进行了换代升级，完善了洪水预报系统、增加了洪水调度部分功能、通过Web可以随时浏览于桥水库水情信息。其中与洪水预报调度系统有关的遥测站是于桥坝上水位站以及于桥坝上、龙门口、水平口、前毛庄、果河桥、般若院、上关、大寨、小港、黎河桥共10个雨量站。通过近20年的运行证明，系统有效度为99.6%，畅通率为99.77%，能及时、准确地收集水雨情数据，为防汛和水库调度提供了科学依据。

3.大伙房流域模型

3.1 模型概况

大伙房流域模型（DHF），于1973年由大伙房水库管理局提出。模型由两部分组成，一是8参数超渗产流计算模型，引用双层入渗曲线进行扣损计算，并以抛物线描述上层蓄水量和双层下渗率分布状况；二是8参数变强度、变汇流速度的经验单位线汇流计算模型。这是一个集总的概念模型，模型的参数多半在满足其物理意义的前提下确定，只有6个需要优选法选定或试错法确定。大伙房水库流域模型。属于概念性模型，一是引用双层入渗曲线扣损计算的8参数超渗产流模型；二是9参数变强度、变速度的经验单位线汇流模型。

产流模型将下垫面分为表层、下层和深层三部分。表层土壤中的张力水蓄量与植物截流、填洼储存合称表层蓄水量Sa，其极值为表层蓄水容量S0；下层土壤中的张力水蓄量称为下层蓄水量Ua，其极值为下层蓄水容量U0；地下水储水层的蓄水量以Va表示，其极值为地下水库蓄水容量V0。产、汇流模型参数调试过程中主要涉及到的参数见图1。

S0－表层蓄水容量； U0－下层蓄水容量； V0－地下水储水层蓄水容量；

g－流域不透水面积比；ED—流域蒸发能力； KC—流域蒸发能力

与大水体蒸发量比值； ER/C—时段蒸发能力；PE—净渗雨强

图1 大伙房流域模型概化流程图

3.2参数优选

大伙房产流汇流参数优选的基础是多次历史洪水，最优化应用多目标的有约束的非线性规划。通过于桥水库20世纪90年代多场历史洪水的分析优选，产流汇流模型参数分别见表2、表3。产流模型通过对12场历史洪水进行径流量评定，模拟的合格率为75%>70%，达到乙级水平，其中8场洪水预报径流系数α>0.3或日降雨强度为大雨以上量级，预报平均绝对误差为4.2mm，平均相对误差为9.2%,合格率为100%，因此，产流预报方案可用于作业预报。

表2大伙房产流模型优选参数（下转第203页）

（上接第384页）表3大伙房模型汇流参数表

4.结论

大伙房流域模型可以应用于于桥水库洪水作业预报，但模型参数的优选需要大量洪水资料，依据有限历史资料率定的模型参数仅能代表有限的、常遇洪水的预报精度。因此，模型参数基于洪水资料的增加有待进一步优选。■

【参考文献】

［１］水文情报预报规范.（SL 250-2000）.中华人民共和国行业标准,2000-06-14.

［２］大连理工大学,国家防汛抗旱总指挥部办公室编著.水库防洪预报调度方法及应用.中国水利水电出版社.

［３］孫增义,吴岳主编.水情自动测报技术基础及其应用.中国水利水电出版社.

水库洪水预报方案 篇4

摘要总结辽宁省中小型水库的水情预报调度系统技术研究成果,以为水库的水情遥测与水文预报、洪水调度提供参考。

关键词中小型水库；洪水预报；水库调度系统；辽宁

辽宁省现已建成各类水库954座,其中中小型水库921座,中小型病险水库550座。受历史和经济条件制约,大部分中小型水库重建轻管,采用粗放式管理,没有成熟、科学的防洪预警体系和实用的防洪减灾措施,管理手段落后。水库在汛期到来时往往降低标准运行,难以发挥防洪减灾和兴利调度的作用。因此,亟待开展水情预报调度系统技术研究。

1研究目标

中小型水库存在以下问题:

①中小型水库水文测站虽少,但由于其流域较小,洪水汇流与入库时间较短,传统人工语音报汛采用时段报汛,无法实现对水库流域降水的实时掌握和作出及时的洪水预报。

②中小型水库水文预报采用传统人工洪水预报方法,效率低,不易进行参数率定,且无法进行实时预报。

③中小型水库尚未实现水库洪水调度计算机模拟,采用手工方式进行洪水调度演算计算量大、效率低、精度差,难以实现多方案模拟调度优选,无法满足现场会商决策要求。

④中小型水库一般管理工作人员较少且水平不高,水雨情资料人工整编费时、费力且及时性和准确率无法保证。因此,该研究结合水情自动遥测系统和水文预报与防洪调度应用软件系统,建立集水雨情数据自动采集与传输、防汛值班机、在线洪水预报、洪水调度模拟、水情资料整编与一体的水库控制流域水情遥测与洪水预报调度自动化系统解决方案,以解决水库传统工作模式中存在的问题,实现对水库控制运用的强大支持。

2研究内容

2.1水库控制流域水情遥测技术研究

具体内容包括:水雨情自动采集测站分布、采集数据的传输与存储、水雨情数据库的设计、原始数据的预处理加工与数据共享接口的设计、水情值班机模块的设计与开发及水情资料整编模块的.设计与开发等[1]。

2.2水库控制流域水文预报与洪水调度技术研究

具体内容包括:水库日常水文预报与洪水预报、模型理论研究与相应程序模块设计与开发、水库洪水调度模拟模型理论研究与相应程序模块设计与开发、预报调度参数数据库的设计及在线率定维护程序模块的设计与开发等。

2.3水库控制流域防洪调度决策支持系统

具体内容包括:基于实时采集数据库、水雨情应用模型库、参数库的防洪调度决策支持系统软件工程设计开发的研究及系统通用性、可靠性、可移植性的研究[2]。

3解决关键问题

3.1值班机功能研究

实现实时数据动态显示的值班图、值班表功能[3]。值班图是基于对流域图的二次开发,实时显示各测站数据,显示的时间段可人工交互调整,默认为当日8∶00到次日8∶00数据；值班表是实现以数据表和过程线的方式显示当日数据。值班图、值班表数据刷新是以数据触发方式实现,即只有当数据库中有最新数据更新时才进行数据刷新。系统设计采用该模式开发既实现了数据实时显示,又大大降低了数据库服务器数据处理压力,避免了系统不必要的计算机资源消耗,提高了系统运行效率和稳定性。

3.2数据信息管理研究

实现数据库中数据的查询功能,包括遥测数据和其他参数数据查询[4]。遥测数据采用用户交互条件查询方式,用户可灵活设置单一查询条件或进行多条件组合查询,操作方便、显示直观；在参数查询中实现水库水位-库容、水位-面积、水位-输水洞、发电洞、溢洪道泄量的双向查询,并以曲线图方式显示特征曲线；实现对遥测雨量数据的统计功能,对降雨数据进行按时段、日、旬、月、年的统计,并以表格方式直观显示,统计数据支持报表生成功能。

3.3洪水预报调度研究

实现实时水库洪水预报调度和模拟水库洪水预报调度功能,并实现预报调度方案人工交互修正。支持调度方案生成、各种成果图表的显示、打印及报表的生成。针对中小型水库的流域特点分析水文管理历史资料,为水库建立水库洪水预报相关图；研究开发通用洪水预报模型(蓄满产流、超渗产流、新安江模型、马斯京根模型),开发流域汇流单位线制作模型；开发通用洪水调度模型(试算法、龙格库塔法)。

4小结

该研究成果为中小型水库水情自动化建设提供了可行、有效、系统的解决方案,对实际工程建设具有较强的指导作用。基于此模式的水情遥测与水文预报、洪水调度系统的建设已陆续在省内多座水库展开。

5参考文献

[1] 罗海龙,梁振海,王亚迪.GPRS技术在白石水库水情自动测报系统中的应用[J].现代农业科技,(12):293-294.

[2] 刘奇,高永超,何维民.棋盘山水库水情预报调度系统技术研究[J].现代农业科技,2009(7):258-258,260.

[3] 钟江,吴东华.白石水库水情自动测报系统[J].东北水利水电,(4):7-9.

水库洪水预报方案 篇5

(1) 水利工程、农田蓄放水误差。流域中, 常有许多中小型水利工程, 遇洪水, 先拦蓄洪水, 若长期洪水拦蓄不下, 又大量放水泄洪, 遇干旱、农业需水季节, 放水灌溉, 泄空库容。如此常给洪水预报带来大的误差, 其大小取决于流域内中小型水利工程的多少。

(2) 设备故障, 导致不合理的观测数据或资料缺测。 有许多雨量站和水位站, 在水文遥测系统的运行过程中, 常遇到各种故障, 给实时洪水预报带来误差。

(3) 水文规律简化误差, 即模型结构误差。 如农业活动作用的忽略、降雪作为降雨处理及产流机理简化为蓄满产流、超渗产流等, 都属于模型结构误差, 当与实际出入大时, 就会带来大的误差。

(4) 流域水文规律的变化。流域水文规律受气候条件和下垫面条件的改变而改变。如北方高寒地区融雪径流形成的洪水与暴雨型洪水的差异, 雷暴雨、台风雨引起的洪水特征与锋面雨引起的洪水特征差异等, 及人类活动如森林的大面积砍伐、开挖人工河渠、修建大型水库、水土保持影响等, 都会给水文规律带来大的影响, 也会给实时洪水预报带来一定的误差。

(5) 水文资料观测误差和雨量资料代表性误差。

2 预报模型的误差

清河水库洪水预报包括产流预报和汇流预报两部分。清河水库的产流预报现有4 种模型:即水箱模型、新安江模型、大伙房模型、蓄满产流模型进行洪水预报, 经多年实践经验, 蓄满产流模型预报精度比较高, 达到84%左右, 新安江预报精度为83%, 接近蓄满产流模型, 大伙房、水箱模型预报精度相对较低, 为75%左右;蓄满产流模型适合本流域的特点, 是清河水库产流预报一直采用的模型, 其他模型预报起到参考、对比的作用。汇流预报主要应用单位线法, 包括雨强单位线和检验单位线两部分[1]。

3 蓄满产流模型原理

清河水库流域蓄水量每年从5 月1 日开始计算, 5 月1日起土壤上下层初始含水量分别为Pa上=0 mm, Pa下=50 mm, 上、下层最大土壤含水量分别为Pam上=45 mm、Pam下=85 mm, 最大土壤含水总量130 mm。

P′=P+Pa上-45-E

R=P′- (85-Pa下) × (1-e-0.012×P)

其中, R─净雨 (mm) ;P─流域平均降雨 (mm) ;Pam上─上层土壤最大含水量 (mm) ;Pam下─下层土壤最大含水量 (mm) ;Pa上─ 降雨起始日上层土壤含水量 (mm) ;Pa下─降雨起始日下层土壤含水量 (mm) ;E─雨期蒸发量 (mm) 。

4 蓄满产流模型误差的解决方法

流域平均降雨量的误差, 直接影响洪水预报的精度, 清河水库面雨量是一种“以点代面”特殊方法计算得出的经推算值, 并不是真正意义的实测值。采用泰森多边形法 (垂直平分法) 来计算流域平均降雨量, 各雨量站点多少、控制面积的权重, 也就是雨量站点布设密度, 直接影响流域平均降雨量的精度, 雨量站点少, 必然会降低计算面雨量的精度;雨量站点多, 计算出的面雨量值代表性好, 精度高, 使流域平均降雨量更接近真值, 提高洪水预报的精度[2]。

净雨的误差, 清河水库产流预报采用蓄满产流模型, 在清河水库洪水预报中, 土壤含水量 (Pa) 分为上层土壤含水量 (Pa上) 和下层土壤含水量 (Pa下) 。 每年4 月末有大的降雨, 则从这场降雨开始计算Pa, 否则从每年5 月1 日开始连续计算, 降雨开始日Pa上起始值设为0 mm, Pa下起始值设为50 mm, 汛后就不再计算, Pa计算的不连续性, 可带来一定的误差, Pa初始值的设定直接影响净雨的准确性, 而每年的春汛来水量不同, 选用固定的Pa初始值显然不合理, 尤其在春汛偏枯、久旱无雨年份的情况下, 计算出本流域产生净雨的误差较大, 适当降低Pa的初始值, 使产生净雨趋近于合理值, 提高洪水预报的精度[3]。

清河水库汇流预报主要应用单位线法, 包括雨强单位线和检验单位线两部分, 雨强单位线只有“降雨均匀和中下游”与“降雨在上游”2 种分类。当暴雨中心在下游、库区附近时, 预报精度低, 尤其是暴雨强度大时, 预报误差很大, 不能满足要求, 如2010 年7 月21 日洪水, 针对降雨不均匀、库区降雨大的特点, 采用以下方法提高预报精度:一是尝试了用单站产流做汇流计算的方法, 效果很好, 使汇流预报精度有很大提高;二是汇流预报不单纯依靠预报软件, 灵活应用电子表格做汇流过程, 解决了产流预报净雨的实时修正, 从而达到每时段的汇流过程可灵活削减, 更贴近实际过程;三是有效利用历史洪水, 在汇流预报过程中, 对多个预报峰值、峰现时间的选判, 参考类似的历史洪水数据进行对比分析[4]。

经验单位线只有“降雨在中下游”“先小后大, 先均匀后下游”“降雨在中游均匀”3 类。一是经验单位线数量少, 二是极端天气下, 非典型降雨过程越来越多, 水库已有的单位线不可能满足汇流预报的要求, 影响预报的整体精度。经验单位线数量、类型的多少, 直接影响洪水预报的精度, 本流域内选择典型的历史洪水, 分析推求出各种类型的经验单位线, 汇流预报时有可供选择的相似单位线;若经验单位线不能满足雨型的要求, 可选取已有类似单位线, 在不改变单位线整体形状的前提下, 按比例将峰提前或滞后、 扩大或缩小, 该方法能使峰现时间、 洪峰流量的预报结果更接近真值, 进行汇流预报, 从而提高洪水预报的精度[5]。

5 结语

实时洪水预报中产生误差的原因极其复杂, 为了能够提供足够准确的洪水预报方案, 必须对实时洪水预报中可能出现的误差加以考虑。针对清河水库流域的实时洪水预报问题, 提出上述保证预报精度的方法和措施, 将误差尽量减到最小, 从而提高清河水库洪水预报的精度。

参考文献

[1]姜凤海.浅析如何提高清河水库洪水预报精度[J].内蒙古水利, 2015 (3) :133-134.

[2]胡环.清河水库洪水预报误差评定及解决办法[J].内蒙古水利, 2015 (1) :129-130.

[3]姜玉婷.误差相似性综合修正技术在洪水预报中的应用[J].东北水利水电, 2013 (4) :30-31.

[4]张艳平, 王国利, 彭勇, 等.考虑洪水预报误差的水库汛限水位动态控制风险分析[J].中国科学:技术科学, 2011, 41 (9) :1256-1261.

洪水短期预报模型发展展望 篇6

长期以来,我国水库洪水调度不考虑预报,由水库水位或实际入库流量确定泄流量。随着水文气象科学与计算机科学的发展、预报技术与精度的提高,为充分发挥水库的防洪与兴利效益,利用预报为水库防洪调度提供了前提条件。洪水短期预报是实施水库防洪预报调度的核心,现已形成独立的应用学科。

1 水库水雨情自动测报系统

当前,水库防洪预报调度的主要工具就是水雨情自动测报系统,这个系统是应用遥测、通信和计算机等先进技术来实现水文数据自动采集、传输、处理和预报的现代化水文信息系统,已成为洪水预报和调度的重要组成部分。随着卫星通信、遥感技术、网络计算机等技术的迅猛发展,使得及时采集、传输、处理和预报范围更加扩大,预报精度更加准确[1]。

2 洪水短期预报模型

进行防洪预报调度的重要条件是:预报的预见期、预报洪峰与洪量的精确度与可靠性[1]。短期洪水预报一般指降雨径流预报或上下站水位、流量对应关系的预报,其预见期一般不长,但精度较高,合格率较高。一般考虑短期水文预报进行防洪调度比较可靠[2]。流域水文模型是进行洪水短期预报的关键技术,是实施实时洪水预报调度的核心部分,是提高洪水预报系统精度和增长预见期的关键技术,同时还是分析研究气候变化和人类活动对洪水、水土流失、水资源和水环境影响的有效工具[3]。

2.1发展现状

20世纪30年代,洪水短期预报已成为水文学科的一个重要分支。现代洪水预报是根据前期和目前已出现的水文气象等要素,对洪水的发生和变化过程作出定量定时的科学预报。主要预报项目有最高洪水位或流量、峰现时间、洪水涨落过程、洪水总量等[1]。

流域水文模型是对复杂的水文系统的简单表述,从系统的角度来模拟降雨径流关系,是有效的水文预报工具。降雨径流模型通常是根据降雨径流的物理过程建立模型结构,用实测降雨径流、蒸发资料率定及调试模型参数。流域模型按物理机制不同,一般可分为物理模型、黑箱模型和概念模型。按反映水流运动空间变化的能力不同又分为集总式水文预报模型和分布式水文预报模型。我国研制与应用的流域水文模型主要有:新安江模型及其改进、姜湾径流模型、双超产流模型、河北雨洪模型、双衰减曲线模型、SCLS模型、大伙房流域模型、改进的连续API模型、改进的NAM模型、改进的水箱模型和改进的萨克拉门托模型等。这些模型充分体现了我国在洪水短期预报方面取得的巨大进步。限于篇幅,本文仅介绍如下几种在我国比较常用的流域水文模型[4]:

1)新安江模型。

新安江模型由1973年华东水利学院(河海大学)提出,是分散性的概念模型。它的特点是认为湿润地区主要产流方式为蓄满产流。为解决降雨不均问题将流域分成若干单元块。单元面积上的产流计算应用蓄满产流模型,且划分水源;蒸散发计算多采用三层蒸发计算模式;三水源新安江模型的流域汇流计算包括坡地和河网两个阶段;河道洪水演算采用马斯京根法或分段连续演算法。新安江模型的参数有明确的水文概念,原则上它们可单独确定。模型并未设定超渗产流机制,适用于湿润与半湿润地区效果很好,并被欧美一些国家采用。

2)DHP流域模型。

大伙房水库管理局于1973年研究提出“大伙房流域模型(DHP)”。模型由两部分组成:a.8参数超渗产流计算模型,引用双层入渗曲线进行扣损计算,并以抛物线描述上层蓄水量和双层下渗率分布状况;b.9参数变强度、变汇流速度的经验单位线汇流计算模型,除用指数和三角函数乘积描述经验单位线外,还有前期影响净雨反映汇流速度的变化。这是一个集总式概念模型。整个模型结构合理,数学方程简单,便于计算运用。模型的参数多半在满足物理意义前提下确定,只有6个参数需用优选法或试错法确定。DHP流域模型在北方水库得到了广泛应用。

3)水箱模型。

水箱模型(Tank Model)由日本国立防灾科学研究中心的菅原正已于1961年提出。该模型把降雨转化为径流的复杂过程归结为流域蓄水与出流的关系,进行模拟。将产流、产汇两个阶段合二为一,一次完成计算,结构灵活,运算简单,具有较大的弹性和实用性,在国内外已有广泛应用。但是因为水箱模型是一种隐式非线性结构,目前仍需采用试错法对模型参数进行调试优选。根据一般经验,一层,二层水箱模型可用于模拟次洪水;二层,三层,四层水箱可用于模拟年或多年的流量过程线。就目前国内外的应用情况看,该模型使用效果较好。

2.2发展趋势

1)分布式流域水文模型的完善与发展。

建立基于GIS与RS的耦合分布式流域水文模型有着广阔的发展前景。目前研究的热点是水文单元的划分、参数空间尺度的确定、产汇流机制在模型中的模拟和适用于实际流域的有效模拟算法的研究等。

2)水文模型与气象预报模型耦合研究。

气象模型的不断开发,为水文模型提供了可选择的数据源,利用气象信息延长水文预报预见期的气象水文耦合与非耦合预报模型的研究正在深入。

3)结合多种智能算法组合预报模型的研究。

由于各种预报模型有其自身的优缺点,越来越多的智能算法结合到水文预报模型中进行组合预报。组合预报即根据流域特点利用多种预报模型组合进行预报。目前主要是利用智能算法进行模型参数率定或预报过程的模拟。

4)水文尺度问题的研究。

水文尺度是当今水文学研究的前沿性课题之一。为了寻求水文学规律,首先要认识一定尺度的水文规律和特征,然后设法找出各尺度之间的联系,获得普遍规律的认识,以用于防洪减灾和水资源可持续发展研究。

5)雨量信息不完整条件下洪水预报的研究。

以往的预报调度方式研究应用洪水预报信息时,都是假定水库遥测系统征程运行,能够及时准确地获得完整的流域水雨情信息并能自动进行全流域某种合理校正的前提下,依据洪水预报模型作出的预报。但在实际降雨过程中,因受到各种复杂偶然因素影响,遥测系统不可能总是能获得完整的水雨情信息,因此,研究水雨情资料收集不完备状态下的洪水预报方法,对实施洪水预报方案及防洪预报调度具有重要的现实意义。今后仍需收集更多不完备资料状态下的洪水信息来完善洪水预报方法,并对只有坝前水文站水雨情信息可得的最不利洪水预报问题也要进行深入研究。

3结语

水文预报技术随着科技的进步不断向前发展,各种水文预报模型有其各自的特点与适用条件。就北方地区而言,目前尚没有一个通用的、可信度高的预报方法或模型,尤其是北方干旱与半干旱地区,洪水预报难度更大。尽管一些水库洪水预报精度已达到规范要求的甲级水平,也仅代表有限常遇洪水的预报精度,其外延的可靠度未经实践检验。因此水库利用洪水预报实施预报调度时,首先需慎重选择基本符合本流域水文气象、自然地理特征的洪水预报模型;其次在实时的水文预报中,需依赖资料的长期积累和研究预报模型的实时校正技术,减少预报误差,使洪水预报更接近于真值。

参考文献

[1]王本德,周惠成.水库汛限水位动态控制理论与方法及其应用[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

[2]陈宁珍.水库运行调度[M].北京:水利电力出版社,1990.

[3]芮孝芳,蒋成煜,张金存.流域水文模型的发展[J].水文,2006,26(3):22-26.

[4]叶守泽,詹道江.工程水文学[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

南四湖洪水预报调度模型研究 篇7

南四湖为南阳、独山、昭阳、微山4湖的总称。南四湖入湖主要河流共53条,其中29条入上级湖,24条入下级湖,出湖河流共4条。入上级湖的河流中有控制站的主要有:湖东的白马河、四河、光府河、城河、北沙河;湖西的洙赵新河、梁济运河、万福河、复新河、东鱼河。入下级湖的河流中有控制站的主要有:十字河、不牢河、新薛河、郑集河、沿河。出湖河流为老运河、韩庄运河、伊家河、不牢河,自东向西分布于湖区南部。南四湖流域多年平均降水量695.2 mm,多年平均径流量29.6亿m3。

南四湖流域水系复杂,湖东为山洪河道,源短流急;湖西为平原坡水河道,集流入湖缓慢。在南四湖洪水预报时,没有比较实用的预报调度系统。在实时性和准确性方面,已经不能满足防汛调度对洪水预报信息的需求,因此,开展南四湖洪水预报调度模型研究具有重要的理论意义和实际应用价值。为了解决南四湖洪水预报调度中存在的问题,构建了新安江模型,率定有实测资料的11个子流域,对于主要控制站以下的无实测资料区间,考虑移用下垫面情况相似的相邻流域参数,使预报结果达到一定精度[1]。

1 新安江模型应用

1.1 模型概述

新安江模型是一个概念性流域水文模型[2]。根据降水和下垫面的水文、地理情况将流域划分为若干个单元,对每个单元流域作产汇流计算,再将每个单元面积预报的流量过程演算到流域出口后叠加起来即为整个流域的预报流量过程。河道洪水演算采用马斯京根法。单元流域的新安江模型由4个层次组成:三层蒸散发计算、蓄满产流计算、三水源划分,以及坡地、河网汇流计算。

1.2 模型验证与应用分析

根据流域水文站网的报汛情况和流域洪水的汇流时间,南四湖水库洪水预报采用6 h时段长度。各子流域均采用新安江模型进行洪水模拟,参数律定。限于篇幅,仅列举鱼城、孙庄及腾县3个子流域结果。20世纪70年代该流域是天然流域,利用历史资料进行验证,模型效果较好,90年代后,由于水利工程的建设,破坏了流域的天然特性,预报效果较差,为此系统采用20世纪90年代及以前的资料进行验证。

1.2.1  模型验证

鱼城流域内有5个雨量站,选取1971—1995年的27场洪水资料;孙庄流域内有3个雨量站,选取1971—1995年的29场洪水资料;腾县流域内有3个雨量站,选取1962—1995年的32场洪水资料。从洪量的模拟精度来看,鱼城、孙庄和腾县3个流域合格率分别为88.9%,75.9%和75.0%,其中鱼城精度达到甲级标准,孙庄和腾县达到乙级标准。图1为鱼城流域1973-07-14 T 8:00—08-05 T 14:00实测与模拟洪水过程线,图2为孙庄流域1973-07-14 T 20:00—07-19 T 8:00实测与模拟洪水过程线(图1、2中各纵向虚线均代表所标日期的零时),表1为各流域新安江模型参数。

通过对比鱼城、孙庄及腾县3个流域的参数值可以发现:1)由于KG+KI=1,EX=0,此时的新安江模型实际是二水源新安江模型[3];2)孙庄流域的上层张力水容量WUM较其他2个流域要小,表明此流域的植被和土壤发育状况不及另外2个流域;3)鱼城流域的河网水流消退系数CS比较大,参数CS决定于河网的地貌,CS值愈大,流域调节能力愈大[4]。腾县流域调蓄能力明显不及鱼城和孙庄流域,这一点由自由水容量参数SM也可看出,究其原因,腾县流域丘陵地区占70%,属山区地貌,而鱼城和孙庄流域属湖西平原地貌。此外,鱼城流域面积远大于另外2个流域,流域的调蓄能力自然也较另外2个流域要大。

1.2.2  实际应用

在20世纪90年代后期,南四湖流域部分河道内进行了水利工程建设,修筑了拦河闸坝拦蓄上游来水,工程的建设改变了天然河道特性。通过实际应用来看,鱼城站实际应用效果较好,孙庄和藤县2站受工程影响较为明显。详细情况如图3～5所示(此3图中各纵向虚线均代表所标日期的零时)。

1.3 无资料区间处理

上级湖流域控制流域面积为27 263 km2,湖区面积为602 km2,水文站以上控制面积为18 564 km2,这样湖东无资料地区786 km2,湖西7 004 km2,将湖东和湖西无资料区间流域各分为4块,湖东每块为196.5 km2,湖西每块为1 751 km2,湖区单独作为1块。下级湖流域控制流域面积为4 250 km2,湖区面积为666 km2。将下级湖区间分为4块,湖东湖西各2块,每块820 km2,湖区作为1块。

这样上下级湖无资料流域和湖面分为14块,由于没有直接的流量资料,这些子流域水文模型的参数无法直接率定,对于产流和分水源参数,在考虑东西2岸地理差异的基础上,从邻近相似流域直接移用,对于汇流参数,根据地形和汇流河段的长度,估算得出。

2 洪水调度模型

南四湖是1个浅水型河流堰塞湖,湖内芦苇、水草生长茂盛,加之群众在湖内围湖生产养鱼等的影响,导致湖内洪水下泄缓慢。2级坝段闸前和闸后芦苇和其他人工障碍的阻水十分严重。历史上南四湖地区就是洪水灾害的多发区,本次仅考虑南四湖防洪调度。

2.1 基本原理

水库调洪计算的直接目的,在于求出水库逐时段的蓄水、泄水变化过程,从而获得调节该次洪水后的水库最高洪水位和最大下泄流量,以供进一步防洪计算分析之用。

水库调洪演算有2种情况,一种为下泄流量受控制的调洪演算,其控制调节方式由水库防洪运行规则决定。这只能在有闸门控制的泄洪设备条件下才存在。

另一种情况为自由泄流条件下的调洪演算,无闸门溢洪道泄流、或设闸门的泄洪设备闸门开启程度一定的条件下泄流均属此种情况。对此种情况,若按静库容条件考虑,需联解水库水量平衡方程和相应水库蓄泄方程才能实现逐时段的调洪演算。对调洪中过程中任一∆t(∆t=t2-t1)时段,计算式可表示如下:

式中:Q1,Q2分别为时段初和末入库流量;q1i,q2i分别为时段初和末第i号闸门或泄流设施的下泄流量;q1j,q2j分别为时段初和末第j号机组的下泄流量;V1,V2分别为时段初和末水库蓄水量。

蓄泄方程qi=ƒ(Z)表示闸门开度不变的条件下水库水位与泄流量之间的关系[5]。

对于控制泄流的计算可采用列表法,方法非常简单,这里不加以叙述。对于自由泄流的情况,需要联解式(1)和(2)及水库库容曲线(Z～V)。这里解析解是不可能的,需要使用试算求解。对于任意的∆t时段,在南四湖流域不需考虑机组下泄流量(因为南四湖没有安装发电机组),其Q1,Q2,q1i,V1为已知,通过试算法可求解q2i和V2。

2.2 约束条件

在进行模型计算时,主要考虑以下4个约束条件:

1)水库最高水位约束

式中:Zt为t时刻水库水位;Zmax(t)为t时刻容许最高水位,通常采用防洪高水位。

2)水库泄流能力约束

式中:qt为t时刻的下泄量;q(Zt)为t时刻对应于水位Zt的下泄能力。

3)出库变幅约束

式中:|qt–qt-1|为相邻时段出库流量变幅;∆qm为相邻时段出库流量变幅的容许值。

4)下游防洪能力约束

式中:qt为t时刻的下泄量;qmax为下游防洪安全泄量。

2.3 调度原则

根据《沂沭泗洪水调度方案》,涉及到南四湖的洪水调度方案主要概括为以下几点:

1)当上级湖南阳站水位达到34.2 m并继续上涨时,2级坝枢纽开闸泄洪,视水情上级湖洪水尽量下泄。

预报南阳站水位超过36.5 m,2级坝枢纽敞泄。当南阳站水位超过36.5 m时,滨湖洼地滞洪。

2)当下级湖微山站水位达到32.5 m并继续上涨时,韩庄枢纽开闸,视南四湖、中运河、骆马湖水情,下级湖洪水尽量下泄。当预报微山站水位不超过36.0 m,如中运河运河站水位达到26.50 m或骆马湖水位达到25.0 m时,韩庄枢纽控制下泄。

预报微山站水位超过36.0 m,韩庄枢纽尽量泄洪,尽可能控制中运河运河站流量不超过5 500 m3/s。

当微山站水位超过36.0 m时,韩庄枢纽敞泄,滨湖洼地滞洪;在不影响徐州城市、工矿安全的前提下,蔺家坝闸参加泄洪。

本节中的水位与流量均为目前沂沭泗防洪调度方案中的控制水位与流量。

2.4 调度模式

根据调度原则,确定2种防洪调度模式,一种是按照调度规则放水的情况下推求上级湖和下级湖的蓄洪和水位变化过程;另一种是各个闸都按照指定的放水过程推求上级湖和下级湖的蓄洪和水位变化过程,整个放水过程由人工控制,充分考虑了调度员的经验,使得洪水调度更具灵活性。从调度结果可以发现,经过调度之后,上级湖与下级湖的水位均可控制到汛限水位,保证了实际洪水调度的灵活性。

3 结语

南四湖流域水系复杂,本次构建新安江模型进行洪水预报,并利用洪水调度模型分别对上、下级湖入湖洪水进行调度,基本满足南四湖防汛调度对洪水预报信息的需求。通过初步的研究和探索,对南四湖流域的水文特性有了一定的认识,调度结果为南四湖防灾减灾提供依据,人工干预的调度方式使调度员可以根据实际情况调整下泄流量,保证洪水调度的灵活性。但由于资料缺乏,仍有不少问题留待解决:

1)随着流域内水利工程的大规模建设,流域的下垫面条件发生较大变化,本次仍采用1套参数,可以考虑将已有洪水资料分为80年以前和80年以后分别率定以适应流域变化,提高模拟精度;

2)调洪演算的条件由于资料的原因不能完全满足,中运河运河镇或者骆马湖的水位不能及时取得,并且防洪高水位在调度方案中没有给出。因此,对于该模型的实际运行情况,目前只能按照普通的调洪演算进行。

参考文献

[1]李致家,孔凡哲,王栋,等.现代水文模拟与预报技术[M].南京:河海大学出版社,2010:247-248.

[2]赵人俊.流域水文模拟—新安江模型和陕北模型[M].北京:水利电力出社,1984:11-17.

[3]李致家.水文模型的应用与研究[M].南京:河海大学出版社,2008:34-37.

[4]王义民,黄强,畅建霞,等.基于面向对象技术的水库洪水调度仿真模型研究[J].2003(4):8-14.

水库洪水预报方案 篇8

洪水预报是水管理工作中的一个重要内容。通常洪水预报是以洪水波在河道中的运动规律、流域降雨径流形成规律为依据, 通过流域上断面的来水或者降雨情况或径流情况对洪水进行预报。能否进行准确的预报, 其关键的前提是相关的水文资料要充分。近年来, 随着微电子技术、GIS和遥测技术的发展以及对洪水理论研究的不断深入, 以自然物理机制为基础的分布式流域水文模型得到广泛的研究和应用。

二、模型建立

1、模型建立过程。

分布式模型建立过程主要分为三步:

首先, 确定模型的目的。由于不同研究者的目的、方法各不相同, 其建立的模型适用性也不同, 各个模型目标之间不具有互评性, 因此, 建模之前, 必须对模型支持的决策以及目标做出清晰的规定, 这是建模的前提条件。

其次, 建立概念模型, 即在确定模型目的的基础上, 研究达到这一目的的手段, 明确模型中包含的环节, 依这些环节的重要性的程度对其作出合适的描述, 在此基础上选择合适的模型代码, 建立概念模型。

第三, 建立模型, 包括数据收集, 确定模型结构、方法等。分布式水文模型需要流域内大量的信息和数据, 包括降水、植被、地形、土壤质地等, 这是进行准确分析的前提, 因此必须对收集数据给予足够的重视, 数据收集是否充分及准确, 对于结果具有直接的决定作用。

2、模型结构和模拟方法。

分布式水文模型的结构复杂, 包含多个相对独立的子系统, 其主要功能模块有:降水冠层截留、蒸散发、包气带水分垂向运移、辐射传输、河流/渠道汇流、表面漫流、饱和壤中流/地下水模拟、土壤侵蚀和沉积物运移等。

其模拟方法通常是将水循环的各个子过程联系起来综合考察。其中, 参数率定是水文模拟中不可避免且比较难的环节, 我们可以采用面向全局优化的遗传算法、贝叶斯方法以及GLUE方法减少模型的模拟输出值与实际观测值之间的误差。

3、模型校准、验证。

水文模型校准需要对模拟和观测的流量过程线进行校准, 采取的方法有手动试错法、自动参数优化法及两种方法结合法。不过校准不是最终的结果, 必须经过模型验证, 才能认定该模型有较好模拟自然环境的能力。

模型验证是证明模型得出的模拟结果是否符合精度要求, 在验证步骤上, 分布式模型与集总性模型大体相同, 但由于模型结构、模型应用目的不同, 相比较而言, 分布式模型验证要复杂一些, 它是多标准, 多尺度验证。

三、分布式水文模型在洪水预报中的应用

1、应用研究进展

近年来, 随着RS及GIS技术在水文领域的应用, 分布式水文模型与在流域洪水预报中发挥了重要的作用, 对其研究也取得了一定的成就:

首先, 实现了从DEM (数字高程模型) 中提取河网技术。利用DEM确定格网中水流流向, 识别流域分水线、勾画流域边界, 算出流域面积, 生成水系、流域, 使得分布式水文模型的应用推广趋于成熟, 由此, 洪水预报也更加准确。

其次, 实现了雷达估测降雨与水文模型的耦合。对雷达站雨量估算数据修正后与实测雨量结合而得到雨量的最优估算值, 再将雷达覆盖区域的资料合成为全流域范围的雨量估算场, 能够对流域实际降水状况做出比较精确的反应, 从而能够消除以点推面造成的误差, 提高精度。

第三, 建立了新型降水分布数学模型。在不考虑地形变化时, 天气系统降水量平面分布图是一组同心的椭圆形, 依此建立的流域面降水分布式数学模型, 能够提供中心降水位置和中心降水量, 因此这种模型在对暴雨的分析和洪水预报中有很大的实用价值。

第四, 建立并应用了多输入-单输出流域汇流模型。在某些受人工活动影响比较大的流域, 适用于天然流域的水文模型并不适用, 而基于物理过程的多输入-单输出分布式遥感水文预报模型可以发挥其效用, 通过向模型输入气象卫星资料、陆地卫星资料、降水量等, 流量过程单一输出, 从而能够对来水进行比较准确的预测。

2、典型分析——LL-II全分布模型的应用

LL-II模型是由武汉大学李兰教授等人提出, 这是基于山坡水文学原理研发的全分布模型, 集成了雷达测雨信息、土地利用遥感信息、DEM和土壤结构数字化信息等, 建立了饱和壤中流、地下径流对流方程, 采用二维土壤含水量计算模式, 引进了能量平衡方程和改进了裸地和植被蒸散发能力计算模式。其结构示意图如下:

(图片来源:http://www.waterlab.cn/expert/lilan/LL/ll-2.htm)

其独特之处在于从垂直方向上分层考查雨强、截留、下渗、蒸发、土壤含水量之间的相互作用, 推导出了的坡面流、壤中流、地下水、河道汇流的耦合方程组, 由此就可以很方便地进行汇流计算。

由于LL-II全分布式水文模型是全分布式模型, 考虑的因素多, 因此涉及到的参数也多, 主要参数有流域最大截留量、稳定下渗率、地下水空隙率、土壤水空隙率、下渗参数系数、下渗参数指数、截留参数、蒸发能力参数、坡面流波速、河道波速、扩散系数等。构件模型时, 首先将网格雨量资料和流量资料处理成程序需要的格式, 然后利用我们上面所说的方法对相关参数进行率定, 确定参数结果, 然后再进行模拟验证。相关实践表明, 这种模型对洪水的预报, 准确性相对较高。

四、结论

分布式水文模型不仅可以用来对洪水进行预报, 还有可以解决其他许多水文问题, 是未来水资源管理、水资源政策制定的基础和依据。当然, 必须注意的是, 没有一个模型是普适的, 对于分布型的各种模型, 譬如LL-II模型也是如此, 在建立或修正分布式水文模型时, 尤其要注意模型的适用范围, 不可生搬硬套, 要建立参数和研究区域之间的定量关系, 使参数更精确, 保证预报更准确。

参考文献

[1]芮孝方:《水文学原理》[M].北京:中国水利水电出版社, 2004.[1]芮孝方:《水文学原理》[M].北京:中国水利水电出版社, 2004.

[2]贾仰文、王浩:《分布式流域水文模型原理与实践》[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.[2]贾仰文、王浩:《分布式流域水文模型原理与实践》[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.