洪水预报方案用于水库汛限水位动态控制的可行性分析

高晓光

(五大连池市水务局，黑龙江五大连池164100)

1 洪水预报方案分类预报误差分析方法

1.1 分类预报误差分析的实践基础

就研究物理预报模型本身的科学性而言，一个真正能反映流域产、汇流规律性的预报模型，当测流误差可忽略时，其流域以其断面输出的洪水过程，应该能准确地响应所输入的各种类型、影响蒸发的气象因子等。由于流域暴雨径流形成机制复杂且至今未能科学描述、影响因子类型没全部显现且未能充分验证径流形成机制的科学性，所以现在符合规范要求的实用洪水预报模型和预报方案反映的只是有限资料的预报水平，预报有误差是必然的，在调度实践中研究可承受误差能力是必要的。另一客观事实也是公认的，即调试预报方案参数时，往注重视期望误差与合格率的评价标准，而忽略了模拟预报误差的分类特征。如次降雨＞100 mm的大洪水预报误差较小，中小洪水预报误差较大;流域下方向基本饱和时的预报误差较小，久旱后的洪水预报误差较大。以往的预报调度中，各种情况所采用的预报成果仅考虑一个;允许预报误差修正，实际上调度决策人员更关心发生大洪水时的洪水预报误差，它的误差修正是否科学合理，对水库及其防护对象的防洪安全有较大影响，至于中小量级洪水的预报误差大小，对防洪安全的影响度，应视水库调节性能，面临时实际运行水位高、低及其承载能力而定。

总之，上述事实与调度实践中关心的问题为分类预报分析奠定了实践基础。

1.2 产流预报方案分类预报误差分析

目前洪水预报的主要项目指产流的总量、汇流的峰与峰现时间、过程。

2 产流预报误差对汛限水位动态控制的影响分析

2.1 洪水总量预报误差对汛限水位动态控制的影响分析

2.1.1 分析的目的与论证的主要问题

这项分析的目的是在已达标的洪水总量预报方案误差特征值或误差分布律认定基础上，进一步论证洪水总量预报方案可利用性。

2.1.2 分析方法步骤

1)基于洪水开始消退或最高水位出现时间ts，统计分析该时段前、后洪量占洪水总量之平均比例，并按照此比例计算后段洪量误差的分配比。或者直接计算ts。以后的退水预报方案的误差;2)当次洪水ts前段量除正常供水量外，库水位超出汛限水位动态控制域上限值或防洪高水位，则前段洪水按照防洪调度规则调度，可以将库水位抑制在汛限水位动态控制域内。当最高水位出现时，实际上前段洪水预报的量及其误数已体现出来，为了控制洪水后段水位不超过动态控制上限值，一方面需要根据后期退水后预报决策下泄流量(其中最大下泄流量是对应动态控制域上限值的出流能力)，另一方面需计算预报偏小的误差对水库防洪安全的影响度。3)可利用评价准则。只要库水位控制在汛限水位动态控制域上限以下，且加大泄流量后的水库总泄流满足下游设计防洪安全要求，则产流预报方案可利用。

2.2 应用举例

选择五大连池红升水库次洪总量预报误差，分析其对汛限水位动态控制的影响。

五大连池市红升水库距五大连池市25 km。总库容216×104 m3，属山谷型水库。红升水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等综合利用的小(Ⅰ)型水库，按100 a一遇洪水校核。

1)该水库产流预报方案模拟预报合格率为91.7%，达到甲级水平。此用建库后发生弃水量级的12次洪水，模拟预报的绝对误差期望值为6.5 mm最大正、负误差值为+9.5～－15 mm，最小正、负误差值为+0.9～1.4 mm。即表1第②列数值。产流预报误差乘以流域面积得第③列洪水总量误差值。

2)分析历次洪水调度规律发现，水库调洪最高洪水位最早小现时间是洪峰后的第2时段，所以通过洪水峰后第2时段的退水余量所占次洪比例，求其平均值，即2～14第④列表头的B=0.579值，作为退水余量预报误差占总预报误差的比值。以B值乘以第③列的总量预报误差得退水余量预报误差值，即第④列。

3)根据本水库水位——库容关系特性，将退水余量预报误差值换算为动态控制域值(68.1～69.0 m)内的水位误差值，1 cm=0.551×106m3，见第⑤列数值，称预报误差对水库防洪安全的影响度。

4)分析本流域洪水特点:退水历时平均为3 d，暴雨间隔最短为1 d，因此计算下次洪水起涨前消除上述影响的1～3 d平均增加的泄流量(指预报偏小状况，表⑦～⑨列中的正值)，或计算1～3 d平均减少的泄流量(指预报偏大状况，表⑦～⑨列中的负值)。

表1 次洪产流误差对汛限水位动态控制的影响分析表

3 洪水退水总量预报误差对汛限水位动态控制的影响分析

3.1 分析的目的与论证的主要问题

鉴于实施汛限水位动态控制的最适宜时间是在最高水位进入控制域内且开始消退至下次暴雨洪水起涨之期间，而此期间正处于洪水的退水期，所以分析洪水退水总量预报方案的误差对实施汛限水位动态控制的影响程度更重要，通常其预报误差比次洪总量预报误差小，可利用性更高，为此需重点论证洪水退水总量预报方案对汛限水位动态控制的影响度，评价方案的可利用性。

3.2 分析分法步骤

1)根据已认定达到甲级水平的洪水退水预报方案，统计其误差特征值，主要包括误差期望值，最大正、负误差值，最小正、负误差值;2)为了控制下次暴雨洪水起涨之前不会超“汛限水位动态控制域”上限值，一方面需要根据退水预报方案使计算决策下泄流量，另一方面需附加计算预报偏小的误差对水库防洪安全的影响度，也可用超汛动态控制域上限的水位值描述;3)为防洪安全，要求下次洪水起涨前消除上述影响，为此首先需要统计最高水位至下次暴雨洪水起涨的间隔时间，并计算间隔期消除影响(即将超高水位降至控制域上限)所需加大的泄量值。若发生预报偏大，则可计算所减少的泄流量值，维持库水位值在控制域内;4)可利用评价准则。只要在下次暴雨洪水起涨前库水位降至汛限水位动态控制域上限以下，且加大泄流量后的水库总泄流满足下游设计防洪安全要求，则退水预报方案可利用。

总之，对水库汛限水位实行动态控制是从水库充分发挥蓄水兴利效益出发，以提高洪水资源化利用程度，提高城市居民、工农业用水保证率的控制方法。但由于水库汛限水位动态控制还处在探索阶段，其中有许多问题有待于人们去重新认识和研究。

［1］ 田玉浩，刘磊.日照水库汛限水位动态控制分析［J］.山东水利，2011(02):39－40.

［2］ 蔡侨，刘普海.提高黄羊河水库汛限水位的可行性研究［J］.水资源与水工程学报，2010(01):145－147.

［3］ 徐鸿昌，何旭东.某水库实行汛限水位动态控制的探讨［J］.大坝与安全，2010(02):12－15.