大伙房水库入库流量短期预报方法研究

马骁颖 张昱 李文博 李俊乐 郑国伟 沈斌 刘多文 乔延艳

摘要 以大伙房水库规模和作用为背景，以库区和水源区流域降水及入库流量历史资料为依据，探讨了短期水情预测方法问题。结果表明，大伙房水库水源区年平均降水量为782.5 mm，7—8月占比50%；大伙房水库年度入库流量在2.9～176.5 m3/s之间，主要流量集中在7—8月，占全年1/2以上，为防汛关键期；用本站和流域当日降水量和前1 d入库流量为预报因子，完成了大伙房72 h入库流量短期预报方法的研究并建立了业务应用资料系统，为大伙房水库今后开展未来3 d以内水情预报工作提供了可能。

关键词 大伙房水库；入库流量；预测方法；回归分析

中图分类号 P332 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0207-03

大伙房水库流域位于东经124°04′～124°21′，北纬41°50′～41°56′，流域面积5 437 km2。大伙房水库水资源比较丰富，现已成为辽宁七大城市居民饮用水的重要水源地，是抚顺地区气象重点服务单位。大伙房水库水源区包括清原县中南部、新宾县中北部和抚顺县的东南部地区。大伙房水库位于辽东迎风坡，主流域为东西沟，主流域南北两侧为山脉，中间为河谷地带，东窄西宽，呈狭管状，河水自东向西流，大伙房水库狭长，库区面积110 km2，总库容22亿m3，平均水深12 m，最大深度36 m，属于大型水体。大伙房水库位于天气运动方向的上游，天气系统多由西向东进入抚顺地区，地形西低东高，有气流抬升和汇聚作用，有利于降水形成，对天气系统有很好的水汽补充作用，从地形到天气运动方向都对水库水源区降水有利。

抚顺地区下辖3个县，即清原县、新宾县和抚顺县，抚顺地区属于大陆性季风气候，四季分明。一年当中大部分时间以蒙古气旋、锋面等北方天气为主，只有盛夏季节在副热带高压北上时有黄渤海气旋、华北气旋、河套倒槽等南来天气系统带来强降水。7月中旬至8月中旬为主汛期，是暴雨、大暴雨最集中的时期。

从现代水利建设情况看，城乡水网工程建设日趋完善，极大地改善了自然水环境。然而，因水致灾情况仍时有发生，洪涝、干旱仍在持续困扰着国家经济和人民生命财产安全。抚顺地区2013年“8·16”特大洪水造成的损失历历在目，通过“8·16”特大洪涝灾害折射出很多值得研究的问题，降水量再创新高，局地超过400 mm，超出了近60年来局地日最大降水记录164 mm。清原县位于辽东山区，自然植被条件非常好，很少发生山体滑坡，但“8.16”洪灾造成了大量的山洪泥石流和多处小范围山体滑坡，一次洪灾造成全县经济损失60亿元以上。

综上所述，治水要发挥人的主观能动性，要变被动为主动。根据水库水情管理和防汛工作需要，加强水庫来水预报对水库安全管理和水情的掌控具有重要意义。

1 资料与方法

入库流量是水库来水的重要指标，决定来水大小的主要影响因素又与水源区降水密切相关，故上游降水是预测来水的重要依据[1-2]。本研究的分析资料源于大伙房水库管理局，选取2003—2013年库区和流域逐日降水资料和入库流量资料。

采用多元回归方法建模，选择水库本站日降水量、流域降水量和前1 d入库流量为预报因子，分别建立24、48、72 h入库流量预报模式。回归模型：y=b0+b1x1+b2x2+b3x3。式中：y代表回归预报值，b0为回归常数，b1、b2、b3为多元回归系数；x1代表本站降水，单位为mm/年；x2代表流域降水量，单位为mm/年；x3代表前1 d入库流量，单位为m3/s。

2 结果与分析

2.1 相关因子分析

大伙房水库对来水的制约因素较多，如上游水库的控制、农业是否用水、土壤水分状况、降水量的大小、降水强度（小时降水量）、降水性质（阵性非阵性）、降水所在位置的远近、降水区域大小（局部非局部）、降水特点（连续非连续）等。因此，新增流量与上游降水的关系比较复杂，水源区降水不一定与来水完全成正比，离水库越远的地方的降水对水库来水的影响越小、越滞后，水库周边地带降水与水库来水关系密切[3-4]。相对而言，干旱时期降水不易产生径流，强降水有利来水的增加[5-6]。

据1959—2000年大伙房水库33个雨量站资料统计，水源区年平均降水量为782.5 mm，年最大降水量为1 151 mm，年最小降水量为492 mm。在33个雨量站中有7个站年雨量在800 mm以上，其余26个站在800 mm以下。流域内地区之间年平均降水量在720～880 mm之间，极差为160 mm左右。

由图1可知，大伙房流域降水量主要集中在5—9月之间，8月降水量最大，为202.8 mm，占全年降水量的26%；其次是7月，为173.9 mm，占全年降水量的22.3%；冬季（11月至翌年3月）降水量所占比重较小，约占25%。

由图2可知，大伙房水库各月历史平均流量：1—12月流量在2.9～176.5 m3/s之间；最大出现在7月，最小出现在1月和2月。从各月流量占全年流量百分比看，主要流量出现在7—8月，分别占全年流量的23.6%和32.0%。

各月历史最大流量：1—12月流量在7.5～852.0 m3/s之间，其中最大出现在7月，最小出现在1月。各月最大流量极差为173.7 m3/s，极差特别悬殊。

各月历史最小流量：1—12月最小流量在0～23.2 m3/s之间；最大出现在8月，最小出现在1月、2月和5月，分别出现在1998年、1996年和2002年。

1—12月平均库容增量在4.1～296.1 m3/s之间；最大出现在8月，最小出现在1月、2月、5月，均为0，12月平均库容增量接近为0，仅有0.2 m3/s。从各月库容增量占全年库容增量百分比来看，主要库容增量出现在7—8月，各占全年流量的24.9%和38.8%。

从流量情况看，关于流量的预测主要应关注4—10月夏季时间段，冬季降雪对即时性径流影响不大。

2.2 回归分析

通过高斯亚当消去法算得回归系数并分别建立降水与当天、次日和第3天水库入库流量的回归方程。经过联表计算、解矩阵和常数求解等实际计算，得到了大伙房水库水源区24 h降水分别与当日来水流量（y1）、次日来水流量（y2）和第3天來水流量（y3）之间的回归方程系数，预报效果见图3～5。

2.2.1 降水当天入库流量回归计算结果。降水当天入库流量回归预报方程为：

Y1=151.1+21.998x1-7.060 3x2+0.588 1x3

回归效果相关检验：R≈0.743，n=125，m=3，α=0.01，Rα=0.333，效果极显著。

2.2.2 降水次日入库流量回归计算结果。次日入库流量回归预报方程为：

Y2=99.5+6.1x1+3.4x2-107.9x3

相关检验：R≈0.907 9，n=69，m=3，α=0.01，Rα=0.396，效果极显著。

2.2.3 降水第3天入库流量回归计算结果。第3天入库流量回归预报方程为：

Y3=Y=73+1.165 5x1+1.879 9x2+0.769 5x3

回归效果相关检验：R≈0.933 4，n=55，m=3，α=0.01，Rα=0.375，效果极显著。

2.3 建立预报模板

综合计算结果，设计完成了雨后3 d日入库流量预测应用电子模板和资料一体化工作簿（表1）。大伙房水库入库流量短期预测结果比较理想。

3 结语

本文以大伙房水库规模和作用为背景，以库区和水源区流域逐日降水及入库流量资料为依据，以降水量为预报因子、入库流量为预报对象，为建立一套预报模式和业务应用工具开展了相关探索和研究，相关结论如下。

（1）大伙房水库属大型水库且位于抚顺的上游，直接关乎七大城市及下游广大地区的用水和防汛安全，加强大伙房水库水情预测工作具有重要意义。

（2）对1959—2000年大伙房水库33个雨量站资料进行统计，水源区年降水量平均为782.5 mm，年最大降水量1 151 mm，年最小降水量492 mm。降水量主要集中在7—8月，接近全年降水量的50%。其中，8月降水量最大，为202.8 mm，占26%；7月次之，为173.9 mm，占22.3%；冬季（11月至翌年3月）降水量占全年降水量的25%。

（3）大伙房水库1—12月入库流量在2.9～176.5 m3/s之间；主要流量集中在7—8月，分别占全年流量的23.6%和32.0%，总量占全年1/2以上，为防汛关键期。

（4）以库区当日本站降水量、流域降水量和前1 d入库流量为预测因子，用多元回归形式，开展了大伙房入库流量72 h短期预测方法的研究，建立了回归方程和模板，应用效果比较理想。

（5）鉴于大型水库水环境复杂的特点，在水预测研究方面还有较大空间，可进行更加细化的研究，如按流域、按区块分别建立相应的预测模式，预测效果可能会更好。

4 参考文献

[1] 林三益.水文预报[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[2] 雒文生，宋星原.洪水预报和调度[M].武汉：湖北科技出版社，2000.

[3] 刘晓阳，毛节泰，李纪人，等.雷达联合雨量计估测降水模拟水库入库流量[J].水利学报，2002（4）：51-55.

[4] 廖春花，郭海峰，张永锋，等.东江水库入库流量与流域面雨量变化分析[J].水利科技与经济，2017，23（8）：32-38.

[5] 徐元顺.近75年丹江口水库入库流量时间变化特征与气候成因[J].湖北气象，2005（4）：21-23.

[6] 王玉华，鲍正风，杨旭.三峡水库入库流量短期洪水预报[J].水利水电技术，2011，42（2）：62-65.