金华站预报方案建模及洪水预报系统研制

元晓华，王 浩

(浙江省水文局，浙江杭州 310009)



金华站预报方案建模及洪水预报系统研制

元晓华，王 浩

(浙江省水文局，浙江杭州 310009)

摘要随着人类活动的加剧，金华江流域下垫面情况发生了很大变化，原有预报方案很难反映金华站洪水规律。从这一点出发，重新制定金华站洪水预报方案，将重要水利工程考虑到方案中，并在资料选取、预报根据站选择，以及参数率定的过程中充分论证，采用合理的方法消除资料不足、面雨量计算及土壤初值等误差因素对方案的干扰，取得了较为满意的效果。最后，采用组态化的免编程技术，建设金华站洪水预报系统，提高金华站洪水预报服务能力。

关键词预报方案；洪水预报系统；误差；组态化；金华站

金华站控制金华江5 953 km2的流域面积，距离兰江只有25 km，其水量监测及洪水预报在金华江、兰江乃至整个钱塘江的防洪工作中均占据着举足轻重的位置。20世纪90年代，金华江流域曾构建洪水预报方案和研制洪水预报系统。然而，随着近年来人类活动的加剧，金华江流域内新增了许多水利工程，土地利用情况也发生了较大的变化，原有洪水预报方案已很难反映金华站洪水规律。同时，新操作系统和新数据平台更新速度加快，原有孤岛化预报系统也已经很难满足当前信息化系统搭建环境的需求。因此，修订金华站洪水预报方案，搭建新的洪水预报系统平台十分必要。

1洪水影响因子分析

金华流域为盆地地形，三面环山，区域内热量丰富，气流抬升，遇高山地形容易形成地形雨。特殊的地理位置，全年有2个明显的雨季：4～6月的春雨梅汛期为主要降水季节；8～9月有时受台风影响的台汛期，区域产流明显。流域内已建大型水库2座(横锦水库、南江水库)、中型水库11座，其蓄放水对金华站洪水过程产生影响。单库影响可能不足为患，但必须考虑其遭遇组合的影响。流域内拦河工程较多，因库容普遍不大，且多在河道流量达到一定级别时泄水保坝，因此对小洪水影响较大，对大洪水的洪峰影响不大。

2方案建模

2.1方案输入综上，金华洪水预报方案建模考虑的模型输入主要有3种：第1种，将金华站以上有闸门控制的7座大中型水库的出库流量作为模型输入之一。除杨溪水库外，其余6座中型水库在浙江省防汛防治抗旱指挥部办公室下达的报汛任务书中有明确人工拍报闸门启闭数据及其他水文要素的任务，并且通过人工数据融合至数据中心，可在实时预报中获取水库报汛流量数据。水库泄流发生在河道里，为河道汇流，此次建模以MSK河道分段连续演算法[1]模拟水库泄流汇流。

第2种，剔除7座大中型水库面积，至金华水文站之间的区域(4 874.6 km2)称为“金华区间”，以下简称“区间”。区间形成的洪水由新安江三水源产汇流模型[2]以区间降雨为输入来模拟计算。选取流域面上分布均匀且能控制各主要支流的22个资料站作为预报根据站(图1)，这样，各资料站控制流域面积相差不会太大，能在很大程度上消减面雨量计算误差对方案造成的干扰。

第3种，金华站大断面相对较为稳定，自20世纪80年代至今，约有4次较大的变化。2004年至今，水位流量关系曲线相对稳定，在2007年有一次比较明显的变化。

图1　区间预报根据站分布Fig.1　Distribution of interval prediction station

2.2方案输出金华站为河道水文站，防汛工作往往更关注水位情况。此次方案建模采用先预报流量，再通过Z—Q曲线转换成水位的方式预报金华站水位，因此，方案输出结果有2个：水位和流量。而流量由7个大中型水库泄流经河道汇流演算，与区间降雨产汇流流量线性叠加组成。

2.3历史洪水筛选为减少参数率定的不确定因素，在水库放水资料相对齐全的年份中挑选洪水，消除水库蓄放水对方案造成的水量误差，从而影响洪峰。从原始报文查找出库流量更具考证价值，可判断数据库中没有泄流数据是因为没有报汛还是没有放水。目前，共收集到2007年以来共9年的原始报文。结合防汛实际需求，金华站水位接近或达到警戒水位34.67 m时，需要密切关注天气状况及水雨情信息，做好预报工作。因此，选取金华站2007年以来发生接近或超过警戒水位的洪水作为参数率定的依据，共16场，其中15场洪水用于参数率定，最后一场用于检验。

3参数率定及精度评定

3.1参数率定为了消除土壤含水量初值的影响，主要采用复式洪水(有2个或2个以上的洪峰，且第1个洪峰能保证流域蓄满)率定参数，因为第1场洪水流域蓄满后，第2场洪水的模拟精度便不再受土壤初值的影响。

金华水文站为河道站，河道防洪关注的是洪峰而非洪量，加之上游水利工程较多，影响金华站洪水过程形状。因此，参数率定过程中主要考虑洪峰及峰现时间的精度。洪水模拟效果举例见图2，模拟精度见表1。

图2　金华站洪水模拟结果Fig.2　Flood simulation results of Jinhua Station

洪号HonghaoQp,实测m3/sQp,计算m3/s相对误差Relativeerror∥%Zp,实测mZp,计算m绝对误差Absoluteerror水位许可误差Waterlevelpermissionerror峰时误差Peaktimeerror峰时许可误差Peaktimepermissibleerror合格否Qualifiedornot2007091914601440.2-1.434.0033.96-0.040.570-15.7合格 2007100930403067.20.935.3435.350.010.388-25.4合格 2008061021302100.9-1.434.3634.31-0.050.64825.1合格 2010030722501950.8-13.334.4634.14-0.320.038-45.4不合格2010041222602049.7-11.534.4734.25-0.220.69208.4合格 2011062036503851.33.135.9036.070.170.822-25.1合格 ︙︙︙︙︙︙︙︙︙︙合格

注：共15场历史洪水，1场不合格，合格率93.3%。

Note：There were in all 15 floods，and one flood was unqualified.Thus，the qualified rate was 93.3%.

3.2精度评定从金华站历史洪水模拟结果来看，当金华站实测流量在1 500 m3/s以上时，洪水过程平滑，而当实测流量在1 000 m3/s及以下时，洪水过程常常会有突变。根据有历史水文资料的中型水库放水规律分析和常规中小型水利工程的控制运行计划分析，金华江上几百个流量级别的洪水，主要以蓄为主，当洪水级别到1 000 m3/s及以上时，中小型水利工程以放水为主，容易导致多个中小型水库集中放水造峰，此时，洪水实测洪峰通常偏高；而当洪峰流量在3 000、4 000 m3/s左右时，洪水模拟精度较高，这种洪水多发生在连续阴雨的梅雨主汛期，证明水利工程对大洪水影响较小。

从表1可知，金华站15场历史洪水，14场合格，合格率为93.3%。根据《水文情报预报规范》GB/T 22482—2008，金华洪水预报方案为甲级精度。洪号20100307洪水不合格主要是洪量不平衡，该场洪水各预报根据站雨量整编资料齐全，最可能的原因就是没有掌握到部分水库的泄流数据。经分析，3月份浙江省还未进入汛期，部分水库还未开始报汛，该场洪水基本只有源口、横锦、南江3座水库在拍报出库流量。

以洪号20140820洪水来检验参数，模拟精度如下：Qp，实测为4 180 m3/s，Qp，计算为4 256.2 m3/s，相对误差1.8%，Zp，实测为36.49 m，Zp，计算为36.40 m，绝对误差-0.09，水位许可误差0.442，峰时误差1，峰时许可误差3.6。由此表明，金华站方案参数通过检验，方案合理，可用于实时作业预报。

4洪水预报系统

当前信息化技术发展日新月异，新操作系统和新数据平台更新速度加快，防洪工作对信息共享提出了更高的要求，以往的孤岛化预报系统已难以满足防汛实际需求。因此，采用模型组态化的免编程技术、以C/S和B/S相结合的方式建

立金华站洪水预报系统，系统结构见图3。预报模型子系统是C/S方式运行的软件系统，与WEB洪水预报子系统紧密相连。预报模型子系统基于数据中心搭建，所编辑管理的预报模型、方案都在数据中心进行管理，其成果直接应用于WEB洪水预报子系统，并不需额外的数据交换过程。

图3　系统结构Fig.3　Diagram of system structure

预报模型子系统集成了种类繁多的水文模型，主要分2类：允许用户自主编辑的脚本计算模型，以及用程序定制好的模型，如输入、输出等。这些水文模型被模块化，做成像工具零部件一样的成品，方案由各模块组合而成，使方案构建更灵活，不但可快速搭建方案，且有多种方法可供选择。

在模型组态化的基础上，金华站洪水预报系统集成了断面管理、模型管理、方案管理、历史洪水模拟、接入未来降雨的实时洪水预测、自动洪水预报、预报结果管理、历史数据维护等功能，能够满足根据未来天气形势和当前水雨情势做洪水预测和分析的防汛实际需求。

5结语

金华水文站受上游众多水利工程蓄放水影响，方案参数率定存在很大的不确定性。经分析，拦河工程及小型水库、山塘主要影响流量级别在1 000 m3/s左右的洪水，对流量级别在3 000、4 000 m3/s左右的大洪水不会产生影响。无闸门控制的中型水库因水库蓄满才会溢流，具有一定的规律性；有闸门控制的大中型水库根据调度规则或者调令开闸泄洪，泄流能力大且泄流时间不确定。该研究抓住主要影响因子，将流域内具有闸门控制的大中型水库作为方案输入项之一，并严谨地从原始报文考证出库流量的可靠性，对金华站洪水预报方案参数率定的合理性起到了至关重要的作用。

金华区间集雨面积4 874.6 km2，若预报根据站网布设不合理，将会影响区间面雨量的计算，给洪水预报带来大的误差。该研究采用分散性三水源新安江模型模拟金华区间产汇流，即考虑降水和下垫面条件的不均匀分布，将流域分成22个单元(每个预报根据站代表1个单元)，对每个单元进行产汇流计算，在流域出口处做线性叠加。22个预报根据站为区间内分布均匀的、控制各主要支流具有长系列资料的国家基本雨量站，这样即使各雨量站等权重，也不会带来很大的误差。采用免编程技术、以C/S和B/S相结合的方式建立金华站洪水预报系统，方案构建便捷、灵活，大大提升了金华站洪水预报服务能力。系统功能强大，能够满足防汛工作对洪水预测分析的实际需求。

参考文献

[1] 华东水利学院.中国湿润地区洪水预报方法[M].北京：水利水电出版社，1978:74-84.

[2] 包为民.水文预报[M].3版.北京：中国水利水电出版社，2006:99-108.

[3] 中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.水文情报预报规范:GB/T 22482-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

基金项目浙江省中小河流监测系统建设项目(中央投资，浙发改函[2012]358号)。

作者简介元晓华(1981- )，女，吉林集安人，工程师，硕士，从事水文学及水资源研究。

收稿日期2016-05-12

中图分类号S 27

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)16-254-02

Modeling and Development of Flood Forecasting System of Jinhua Station

YUAN Xiao-hua, WANG Hao

(Hydrological Bureau of Zhejiang Province, Hangzhou, Zhejiang 310009)

AbstractAs Jinhua river basin has been greatly changed by human activities, the original forecast scheme is difficult to reflect the flood law of Jinhua Station. From this point, the flood forecasting scheme of Jinhua station is re-established by taking into account the major water project. With a full analysis and demonstration, a reasonable approach was used in data selection, rainfall station selection, and calibration to avoid error influence of insufficient data, areal rainfall calculation and initial moisture content of soil on scheme; the results were satisfactory. At last, the flood forecasting system of Jinhua Station was built by using configurable technology, which could improve the flood forecasting service ability of Jinhua Station.

Key wordsForecast scheme; Flood forecast system; Error; Configuration; Jinhua Station