复杂工程调度影响下的洪水预...研究——以分水江水文站为例_姬战生.pdf

第 卷第期 年 月浙江水利水电学院学报 ：复杂工程调度影响下的洪水预报研究 以分水江水文站为例姬战生，刘小勇，秦纯，胡永成，张振林，徐欢（杭州市水文水资源监测中心，浙江 杭州 ；江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 南京 ；河海大学 水文水资源学院，江苏 南京 ；浙江省水文管理中心，浙江 杭州 ）摘要：分水江水文站洪水预报是区域防灾减灾重要的非工程措施。通过概化流域水系拓扑关系和水量平衡关系，利用三水源新安江模型，构建考虑复杂工程调度影响下的分水江站洪水预报模型，并利用 年水文资料进行率定验证。结果表明：日径流模型径流深相对误差均低于许可误差，确定性系数均大于 ；次洪模型 场洪水洪量和洪峰流量相对误差均低于许可误差，确定性系数均值为 ，拟合效果较好，预报精度达到甲级水平，可为区域防洪减灾提供技术支撑。关键词：复杂工程调度影响；洪水预报；新安江模型；分水江水文站中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，（，；，；，；，）：，：；收稿日期：基金项目：国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目（）；浙 江 省 水 利 科 技 计 划 项 目（，）；杭 州 市 科 技 计 划 引 导 项 目（）作者简介：姬战生（），男，河南洛阳人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为水文监测预报预警，：。洪水预报是防洪减灾最重要的非工程措施，也是水文学研究的热点和难点。围绕洪水预报，国内外学者开展了大量研究，国内最具代表性的是赵人俊教授 年提出的新安江模型，国外较有代表性的是日本学者菅原正巳 年提出的 模型和英国学者 、年提出的 模型。随着技术的进步，分布式水文模型迅猛发展，如雷晓辉开发的分布式水文模型 模型等，这些模型技术在实时洪水预报中发挥了重要作用。然而，现有技术无法直接考虑复杂水利工程对洪水预报的影响，特别是我国中小河流分布广泛，小流域自身调蓄能力弱，易受流域内复杂工程调度影响，复杂水利工程调度的洪水预报技术亟待突破。鉴于此，本文以分水江水文站为例，以三水源新安江模型为主要工具，提出一种受大型水库分水江水库和毕浦电站工程调度共同影响的分水江水文站流量预报方法，为复杂水利工程影响下开展洪水实时预报提供一种应用范例。研究方法通过流域拓扑关系及水量平衡关系概化，构建新安江模 型。新 安 江 模型 是 国 内 第一 个较为完整的流域水文模型，主要适用于湿润地区以及半湿润地区。模型通过分散性的结构设计，将流域产汇 流 过 程 划 分 为 四 个 计 算 层 次：蒸 散 发 计算、产流计算、分水源计算和汇流计算，其计算流程如图所示。图三水源新安江模型流程图复杂工程调度下的洪水预报模型构建 流域概况分水江是浙江省钱塘江的重要支流，发源于安徽省绩溪县的白云岭，支流天目溪和主流昌化溪在临安区汇合后称为分水江。流域地势东南低、西北高，河流上陡下宽，水流湍急，洪水暴涨暴落，是典型的山区性河流。研究区域为分水江水库至分水江水文站区间流域，区域有两个重要水利工程：分水江水库和毕浦电站。其中，位于分水江水文站上游的分水江水库为大型水库，以防洪为主，结合发电，兼顾供水、旅游等功能，水库放水与区间来水组合汇流至分水江水文站。毕浦电站以发电为主，兼顾旅游等综合效益，从水文站上游引水用于发电，发电尾水在水文站下游重新汇入分水江。水量平衡分析分析重点是率定分水江区间的新安江模型，其中核心问题是根据分水江水文站实测流量推求区间流量过程。研究区概化如图所示。第期姬战生，等：复杂工程调度影响下的洪水预报研究图研究区概化图区间流量区间由三部分组成，分别是分水江水文站实测流量放，毕浦电站发电引水流量入，和分水江水库出库流量引，。）放：选择分水江水文站 年年日流量数据和 年 场洪水场次数据，将数据插值为序列长度一致的逐时数据，得到实测流量过程数据。）入：毕浦电站位于水文站下游，距离较近，利用现有逐时引水数据可直接进行水量平衡分析。）引：已知分水江水库放水过程数据，运用马斯京根法演算到分水江水文站。）：区间流量过程可通过水量平衡分析求得，即放入引 考虑工程调度的新安江模型构建由于研究区较小，且研究区仅有分水江站一个水文站，因此，选择集中式新安江模型进行分水江站流量预报。根据收集整理的区域地形高程数据（）、雨量站点和水文站点等资料构建分水江站新安江模型。研究区内有分水江水库和毕浦电站两个水工建筑物，对径流量有一定影响，在构建模型时需考虑工程调度影响。数据处理完毕后将降雨和蒸发数据作为模型驱动，其中在模拟流量中考虑水库放水，实测流量中考虑毕浦电站引水，从而对比模拟流量与实测流量，并进行精度分析。具体分水江站新安江模型结构如图所示。图分水江站新安江模型结构图预报结果分析 日径流模型利用上述分析的分水江区间流量过程及对应降雨，构建分水江站新安江日模型，采用人机交互率定的方法进行参数率定，使模拟结果达到最优，日径流模型参数优选结果见表，率定和验证成果见表。表日径流模型参数优选结果参数 数值.表日径流模型模拟结果统计表项目年份降雨量实测径流深模拟径流深径流深相对误差确定性系数率定期 绝对值均值 验证期 绝对值均值 浙江水利水电学院学报第 卷由表可知，在年率定期中，分水江站日模型径流深相对误差除 年为 外，其余年 份 均 低 于 实 测 值 的 ，绝 对 值 均 值 为 ，满 足 水 文 情 报 预 报 规 范（）规定的小于实测值 的 许 可 误差要求；确定性系数均大于 ，均值为 ；在年验证期中，分水江站日模型径流深相对误差均低于实测值的，绝对值均值为 ；确定性系数均大于 ，均值为 ，模拟精度较高，满足规范要求。选取日模型率定期、验证期一段时间分水江站实测和模拟流量过程线放大，见图和图。由图可知，分水江站新安江日模型的模拟结果与实测序列过程线拟合较好。图分水江站率定期 日径流模拟流量过程线图分水江站验证期 日径流模拟流量过程线 次洪模型选择分水江站 年的 场洪水进行模拟分析，其中率定期为前 场洪水，验证期为后场洪水，次洪模型参数优选结果见表，模拟结果见表，率定期和验证期典型洪水的流量过程线模拟图分别见图和图。表次洪模型参数优选结果参数 数值.表次洪模型模拟结果统计表项目洪水场次洪量相对误差洪峰流量相对误差洪峰滞时确定性系数率定期 绝对值均值 验证期 绝对值均值 由表可知，率定期 场洪水，分水江站预报洪水的洪量和洪峰流量相对误差均低于规范要求的实 测 值 的 许 可 误 差，洪 量 相 对 误 差 在 之间，绝对值均值为 ；洪峰流量相对误差在 之间，绝对值均值为 ；洪峰滞时大部分在以内，在第期姬战生，等：复杂工程调度影响下的洪水预报研究误差允许范围内；确定性系数总体大于 ，仅两场在 之间，均值为 。验证期场洪水，分水江站预报洪水的洪量和洪峰流量相对误差均 低 于 实 测 值 的 ，绝 对 值 均 值 分 别 为 ，；洪峰滞时均为；确定性系数均大于 ，均值为 ，整体预报精度较高。综上所述，分水江站新安江次洪模型率定期和验证期 场洪水的洪水过程拟合效果较好，确定性系数在 之间，均值为 ，预报精度较高，达到甲级水平。图率定期典型洪水的流量过程线模拟图图验证期典型洪水的流量过程线模拟图结论笔者将上游水库放水和下游电站引水作为区间水量计算的两个重要因素，采用外部耦合的方式，根据水量平衡方程与新安江模型产流计算来综合考虑工程调度的影响，建立分水江站新安江日模型和次洪模型，对区间洪水过程进行预报模拟，弥补了现有水文模型难以直接考虑水利工程调度影响的不足。结果表明：模拟成果与实测数据拟合较好，预报精度水平达到甲级，可用于分水江站作业预报。与流量预报相比，水位预报对当地防洪减灾的实际意义更大，如何将流量预报转为高精度的水位预报仍是值得研究的问题。参考文献：刘金平，张建云中国水文预报技术的发展与展望水文，（）：赵人俊流域水文模拟：新安江模型与陕北模型北京：水利电力出版社，（），：，（）：雷晓辉，廖卫红，蒋云钟，等 分布式水文模型 （）：理论方法水利学报，（）：雷晓辉，蒋云钟，王浩，等 分布式水文模型 （）：应用实例 水利学报，（）：山成菊，纪碧华，张群羚基于新安江模型的横锦水库入库洪水预报研究浙江水利水电学院学报，（）：杨凯，阮晓波，游圆新安江模型在马尪溪流域径流模拟的应用 浙江水利水电学院学报，（）：李崇浩，纪昌明，陈森林，等 上游水库兴建后下游水库洪水预报系统的改进研究 中国农村水利水电，（）：梁犁丽，袁林山，李匡，等考虑水电站调蓄影响的堵河流域洪水预报方案构建人民珠江，（）：浙江水利水电学院学报第 卷