中国洪水预报系统在王快水库洪水预报方案中的应用

2016-08-18王国江

地下水 2016年4期

关键词：海河雨量径流

王　玲，王国江

(河北省保定水文水资源勘测局，河北保定 071000)

中国洪水预报系统在王快水库洪水预报方案中的应用

王玲，王国江

(河北省保定水文水资源勘测局，河北保定 071000)

采用中国洪水预报系统的应用平台建立王快水文站降雨径流模型洪水预报方案，更新了王快水库的预报方案。结果表明，该方案在精度的评定中取得较满意的效果，为中国洪水预报系统在大清河流域的应用积累了经验。

中国洪水预报系统；王快水库；预报方案

中国洪水预报系[1]统是由水利部水文局开发的水情预报软件，在全国统一的实时水情数据库和客户/服务器环境基础上，采用软硬件环境及模块化、开放性结构，建立了常用的预报模型和方法库，通过人机界面快速地构造多种类的预报方案，是通用性强、功能全面、操作简便的全国实时洪水预报业务系统。其中，为了更科学合理地制作方案和作业预报，给预报人员提供做大方便，系统还提供多种实用功能，来辅助制作方案和预报。自动流域边界圈画，系统可以根据数字高程模型(DEM)将现实流域中的地面山川河流等在计算机中用数字化表达出来。降雨量作为洪水预报方案的重要输入之一，直接关系到预报的精度和预报的合理性。中国洪水预报系统面雨量计算方法通常有：算术平均法、泰森多变形法、等雨量线法等，用户在构造预报方案时可以根据流域具体情况来自由选取任意计算方法。

图1　王快水库流域图

目前使用《海河流域实用水文预报方案》中王快水库洪水预报方案于1996年编制完成的[2]。编制方案时所使用的均为20世纪90年代以前的资料。但是，80年代以后王快水库流域内气候环境、下垫面情况的改变导致年降雨量较80年代普遍偏小[3]，降雨产汇流的形成也有所变化。为使降雨径流相关图曲线更契合当前的实际情况以及实现预报方案的计算机化，应用中国洪水预报系统对王快流域的降雨径流相关图进行修订非常重要。

1　王快水库概况

王快水库[4]位于海河流域大清河水系南支沙河上游，坝址健在河北省曲阳县郑家庄西，控制流域面积3 770 km2，其中河北省境内面积2 543 km2，山西省境内面积1 227 km2。水库控制面积占沙河流域面积的59%，总库容13.89亿 m3，是一座防洪、灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。近几年，王快水库又成为白洋淀生态补水和北京、沧州生活用水的供水水源地。因此，王快水库的预报方案对于保定市的防洪有重要意义。王快水库流域见图1。

2　王快水库预报方案

2.1预报方案原理

降雨径流相关图法是国内广大水文工作者在长期实践中总结建立起来的一种简便实用并具有较高精度的洪水预报方法。以次降雨量P与前期影响雨量Pa的和为纵坐标，以相应的径流深R(Rs)为横坐标，可按对应的P+Pa、R(Rs)在图上绘一个点，按点群分布的趋势，照顾大多数点子，绘出的一条线既为P+Pa ～R(Rs)相关图法。

Pa为前期影响雨量，反映土壤湿度。其计算公式为：

当上时段有雨量，即Pt-1>0

Pa，t=K(Pa，t-1+Pt-1)

(1)

当上时段无雨时，

Pa，t=K×Pa，t-1

(2)

式中：K为土壤含水量衰减系数；Pa，t、Pa，t-1为本时段和上时段的前期影响雨量；Pt-1为上时段降雨量。

用Im表示土壤最大初损量，以mm计。当计算的Pa，t>Im时，则以Im作Pa值计算，即认为此后的降雨不再补充初损量，全部形成径流。

2.2方案修订流程

利用中国洪水预报系统修订王快水库预报方案的流程见图2。在修订方案的过程中，需要注意的问题有：

图2　王快站方案修订流程

(1)挑选历史场次洪水资料，主要选择了建站以来主要的场次洪水，并记录场次洪水雨洪摘录资料(包含流量起涨结束时间、洪峰流量等要素、降雨起始时间等要素)。

(2)计算Pa、P、R中，前期影响雨量Pa起始日期可设定久旱之后某个时刻，距离本场洪水降水开始时刻越长越好，一般可设置1个月或者2个月之前，其中K值去0.93(以前方案中为0.90)，而Im取值120(以前方案中为110)。面雨量P计算方法即为方案构建时定义的方法，一般为泰森多边形计算方法。场次洪水径流深R根据计算公式为

R=W/1 000 F(mm)

(3)

式中：W为预报时间段内水库入库水量除去河道基流量，F为区间面积(本方案指王快流域的区间面积)km2。

3　王快水库预报方案成果与分析

3.1产流方案结果与分析

产流方案中的降雨径流相关图的误差评定见表1，绘制的降雨径流相关图见图3，有30场洪水合格，有6场不合格，其中计算单位线的二场洪水全部合格。对于不合格场次洪水分析如下：

图3　王快水库流域降雨径流相关图

(1)19560803号洪水前还有一次降雨，造成前期雨量较大，但是前一次降雨产流很少，使得此次降雨的计算径流R偏大。

(2)19780728，19880730，20040814号洪水造成不合格的因素差不多相同，都是降雨为局部暴雨形成，前期比较干旱，三场洪水的降雨历时时间比较长，导致计算R偏大。特别是19880730雨量最大的阜平，新房距离王快有比较近，20040814号洪水雨量最大的下庄，龙泉关，砂窩位于中下游，都导致计算径流r偏大。

(3)19940707号洪水前期土壤比较干旱，造成计算径流偏小

(4)19950718号洪水前有一次较大降雨，产流不多，是得此次降雨的Pa偏大，同时，起涨点比较低，考虑前期土壤还是比较干旱。

3.2汇流方案结果与分析

本次方案汇流部分仍沿用单位线，单位线是指[5]，在给定的流域上,单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程线，称为单位线。利用中国洪水系统求出的净雨及实测的流量过程，求出王快流域的1996年和2000年两条单位线。在原方案的基础上增加了2000年单位线，修订结果见图4。第一条是根据1996年8月上旬洪水推得的3 h单位线，暴雨中心在下庄，洪峰滞时9 h。第二条是根据2000年8月洪水推得的3h单位线，暴雨中心在桥南沟，洪峰滞时3 h。