经验相关图法在洪水预报中的应用分析

杨舒扬

巢湖市水务局 安徽巢湖 238000

洪涝灾害是我国损失最为严重的自然灾害之一。为运用非工程措施减轻洪涝灾害损失，我国开展了国家防汛抗旱指挥系统一期工程建设。2009年3月，水利部水利信息中心编写了国家防汛抗旱指挥系统《中央洪水预报系统需求说明书》，要求开发国内目前常用的25个洪水预报模型和通用方法，建立预报模型库，为中央洪水预报系统和7大江河洪水预报系统提供模型支持。中央洪水预报系统的开发建设坚持适用性、可用性、易用性、可扩展性、可移植性和可维护性等原则。根据中央洪水预报系统的建设原则，需要选择一种能够实现系统易用、可移植和可扩展的开发模式。从目前的技术来看，组件的开发模式是最好的，因此，本文在洪水预报模型组件化方面进行探索和实践，按照洪水预报模型结构和逻辑上的特性，将国内常用的12个洪水预报模型划分成多个相互独立的模块，并按照组件封装技术将其封装成组件，再按照组件的搭建模式将其搭建成洪水预报模型，同时针对具体流域实现其应用。

1 概述

水电水利工程建设的全过程就是分时段对水流进行控制和疏导的过程,施工导流大多数选择在枯水期的数个月内进行。因此,选择合理的施工洪水设计标准、确定合理的枯水期设计洪峰流量和洪水过程线是确定导流建筑物规模的关键。施工期洪峰流量主要取决于施工期流量、暴雨资料的统计计算。在实际中小型水利工程计算中,通常只能收集或利用地区综合法得到工程所在地多年内全年逐月的日最大暴雨统计资料。由于缺乏实测的流量资料和暴雨的不同时段的统计资料,在中小型水利工程全年设计洪水和校核洪水的计算时,通常采用《暴雨径流查算图表》的方法查算暴雨参数,利用综合单位线法或推理公式法进行计算。但是,施工期的洪水计算一般很难收集到准确的长系列流量资料和逐年的不同时段的最大暴雨的统计资料,由于缺乏施工分期洪水计算的依据,无法准确计算施工洪水流量,影响施工导流设计的准确性和合理性[1]。在缺乏资料的情况下,常用的施工洪水计算方法是根据统计施工期实测的最大24h暴雨参数,利用全年的最大1、6、72h的暴雨均值与24h暴雨参数的比例关系分别得到最大1、6、72h的暴雨参数,按施工期暴雨变差系数与全年暴雨变差系数相同的情况,并用推理公式或者单位线进行计算,但是上述计算比较繁琐。

2 受冻土影响流域产汇流规律分析

本文以永翠河流域为例介绍相关图法在冻土影响流域的预报应用。流域地貌属小兴安岭山地特征，位于我省冻土分区南部，流域下垫面自1月中旬至翌年4月中旬处于封冻状态。一般在7月时，流域下垫面少数地方上层冻土才完全解冻，其余地区，尤其是山地阴坡等低洼地带，始终存在岛状多年冻土，最大深度2.0m左右，冻土分布面积和深度自上游至下游逐渐减小。流域产汇流受冻土影响分析：流域内的冻土可以在降雨入渗、蒸发、坡地汇流等多个方面影响流域的产汇流规律。冻土透水性较弱降雨无法大量渗入地下，会增加地表净流的产流量，再就是由于冻层使流域地表和地下水的蒸发被抑制，实际蒸发远小于正常蒸发，遇强降雨时易产生大洪水。在不连续冻土区域的岛状冻土间隙区域分布较大的土壤孔隙，如果降雨强度较小时，会导致降雨入渗加大，流域产流则会偏小，这种现象在流域下游地区比较明显[2]。

3 洪水预报模型组件化方法

（1）模块划分。根据洪水预报模型的计算过程将其划分成各个模块。划分好的模块要求相对独立，即不与其他组件完全独立，但自身可以独立运算。模块的划分一般有两种方法：一是按照模型的计算过程划分，在计算过程中将模型分割成一个个模块，每个模块可以独立进行运算；另一种是按照模型的逻辑结构划分，如新安江模型常被分成蒸散发模块，产流模块等。而按照逻辑结构划分并不总是可行，如萨克拉门托模型常被划分成产流量计算、蒸散发计算、水分交换计算和下渗计算等模块，而这些模块其实并不能实现独立运算，从而不能成为模块，因此模块的划分一般要求划分者对模型的逻辑结构和计算过程非常了解。（2）组件封装。运用组件技术、WebService技术、面向服务的体系结构等组件封装技术将划分好的模块封装洪水预报模型组件。组件封装遵循上文提到的组件开发标准，封装后的组件有两个接口，一个用于传入数据和参数，另一个用于结果的输出，两个接口均遵循输入输出约束。（3）组件搭建。封装后的组件存入组件库，用户定制组件库中的组件并将其在可视化界面中搭建洪水预报模型。洪水预报模型的搭建方法有两种：多个模型共用一个或多个组件和多个组件的组合搭建。这两种搭建方法可以充分体现组件的可共用和可移植性[3]。

4 结语

因受冻土影响流域下垫面的特殊性，传统单一洪水预报方法难以应用，必须采用多方法综合来进行冻土区洪水预报。本文所述方法预报因子虽少但对预报影响非常重要，流域值综合反映了降雨和前期土壤含水量情况，降雨强度做为选择线型的标准具有重要的物理成因意义。相关图法限于自身成图条件，对有效预报因素采用较少，外加对冻土规律认识不够全面深刻，本方法历史拟合精度还较低，今后还待深入探讨提高和完善。